DE4033822A1 - Brennraum eines dieselmotors mit direkter einspritzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Brennraum eines Diesel­ motors mit direkter Kraftstoff-Einspritzung.

Bei einem bekannten Brennraum eines Dieselmotors mit direk­ ter Einspritzung (JP-Patent-OS Nr. 63-3 06 220) ist eine konkave Kraftstoff-Reflexionsfläche schräg abwärts an einer Innenumfang-Wandfläche eines im Boden eines Kolbens vorhande­ nen Hohlraumes ausgestaltet. Die Kraftstoff-Reflexionsfläche weist eine als Bogen ausgebildete Querschnittsgestalt auf, und von einer Kraftstoff-Einspritzdüse wird Kraftstoff auf die Reflexionsfläche gespritzt. Die Anordnung und die Gestalt der Kraftstoff-Reflexionsfläche werden so bestimmt, daß der eingespritzte Kraftstoff an der konkaven Reflexionsfläche zurückgeworfen wird, und die Bahn oder der Weg des reflek­ tierten Kraftstoffs wird kontinuierlich vom peripheren Bereich des Hohlraumes zu dessen zentralem Bereich hin während eines Aufwärtshubes des Kolbens verschoben. Bei diesem Brennraum eines Dieselmotors wird jedoch, wenn der eingespritzte Kraft­ stoff am oberen Teil oder Abschnitt der Kraftstoff-Refle­ xionsfläche zurückgeworfen wird, weil der Winkel zwischen dieser Reflexionsfläche und dem eingespritzten Kraftstoff klein ist, der reflektierte Kraftstoff zum peripheren Bereich des Hohlraumes hin, d. h. zu dem der Innenumfang-Wandfläche des Hohlraumes nächstgelegenen Teil, gerichtet. Deshalb er­ hebt sich ein Problem insofern, als der Kraftstoff an der Innenumfang-Wandfläche des Hohlraumes haftet und nicht mit Luft in angemessener, richtiger Weise gemischt wird, so daß als Ergebnis Emissionen von Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) und Rauch nicht vermindert werden können.

Der Erfindung liegt die primäre Aufgabe zugrunde, einen Brenn­ raum für einen Dieselmotor mit direkter Kraftstoff-Einsprit­ zung zu schaffen, durch den die oben angeführten Probleme gelöst und beseitigt werden.

Erfindungsgemäß wird eine Brennraumanordnung in einem Diesel­ motor mit direkter Kraftstoff-Einspritzung, der einen Zylin­ derblock, einen in diesem aufgenommenen, hin- und hergehenden Kolben, in dessen Boden ein Hohlraum als eine Brennkammer ausgebildet ist, und eine Einrichtung, um Kraftstoff zum Hohl­ raum hin einzuspritzen, umfaßt, geschaffen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein Teil der Innenumfangswand des Hohlraumes eine konkave Gestalt in einem Längsschnitt von diesem besitzt und eine konkave Kraftstoff-Reflexions­ fläche bildet, wobei die Anordnung sowie die Gestalt dieser konkaven Reflexionsfläche mit Bezug zur Kraftstoff-Einspritz­ einrichtung so vorgesehen sind, daß der eingespritzte Kraft­ stoff an der konkaven Kraftstoff-Reflexionsfläche zurückge­ worfen und die Bahn oder der Weg des reflektierten Kraftstoffs kontinuierlich vom Umfangsbereich des Hohlraumes zu dem zen­ tralen Bereich dieses Hohlraumes hin während einer Aufwärts­ bewegung des Kolbens verschoben wird, und wobei wenigstens eine Ausnehmung oder Höhlung mit einer Tiefe, die zur Boden­ fläche des Kolbens hin zunimmt, an der Kraftstoff-Reflexions­ fläche ausgebildet ist.

Die Aufgabe und weitere Ziele der Erfindung wie auch deren Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden, auf die Zeich­ nungen Bezug nehmenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kolben eines Dieselmotors, der gemäß der Erfindung ausgestaltet ist;

Fig. 2 einen lotrechten Schnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen Dieselmotors;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 2;

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie IV-IV in der Fig. 1;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt nach der Linie V-V in der Fig. 1;

Fig. 6 den Querschnitt nach der Linie VI-VI in der Fig. 4;

Fig. 7 Darstellungen zur Erläuterung des Verbrennungs­ vorgangs;

Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung einer Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Drehmoment, wenn die Posi­ tion der Reflexion des Kraftstoffs verschoben wird;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Motordrehzahl und dem Vollast-Drehmoment;

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehungen zwischen ausgestoßenen NOx- sowie Partikel- oder Feststoff­ teilchenmengen und zwischen ausgestoßenen Mengen an NOx sowie Kohlenwasserstoffverbindungen (HC) im Leer­ laufzustand des Motors;

Fig. 11 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Stärke einer Wirbelströmung und einem Drehmoment;

Fig. 12 eine Draufsicht auf den Boden eines Kolbens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt einen Teil eines Dieselmotors mit einem Zy­ linderblock 1, einem darin hin- und hergehenden Kolben 2, einem am Zylinderblock 1 festen Zylinderkopf 3, einem zwischen der Innenwand des Zylinderkopfes 3 und dem Boden 2a des Kol­ bens 2 ausgebildeten Brennraum 4 und einer in der Deckfläche des Brennraumes angeordneten Kraftstoffdüse 5. Im Zylinderkopf 3 sind ein (nicht dargestellter) Ansaug- sowie Auspuffkanal ausgebildet, an deren Öffnungen zum Brennraum 4 hin jeweils ein (nicht dargestelltes) Ansaug- sowie Auspuffventil angeord­ net sind. Als Ansaugkanal wird ein gedrallt gestalteter Kanal verwendet, um der in den Brennraum 4 strömenden Ansaugluft eine Wirbelströmung zu vermitteln. Alternativ kann, um die Ansaugluft zu verwirbeln, ein Ansaugventil mit einer teilwei­ sen Abdeckung verwendet werden oder besteht die Möglichkeit, den Ansaugkanal tangential mit dem Brennraum 4 an dessen Außenumfangsbereich zu verbinden.

Gemäß Fig. 2 ist die Kraftstoff-Einspritzdüse 5 geneigt ange­ ordnet, um einen störenden Einfluß der Düse auf das Ansaug­ sowie Auspuffventil und den Ansaug- sowie Auspuffkanal zu vermeiden.

Gemäß den Fig. 2 und 3 hat der Kolben 2 eine ebene Kolbenbo­ denfläche 2a, in der ein Hohlraum 6 ausgestaltet ist. Am obe­ ren Endabschnitt der Umfangswand 6a des Hohlraumes 6 ist eine einwärts vorragende Ringlippe 7 und an deren Umfangsfläche sind zwei voneinander getrennte ringförmige Dämme oder Stege 8 sowie 9 ausgebildet. Der Innendurchmesser des ersten Ste­ ges 8 ist geringer als der Innendurchmesser des zweiten Ste­ ges 9, weshalb folglich der erste Steg 8 einen Hals bildet, der den geringsten Durchmesser von allen Umfangsflächen der ringförmigen Lippe 7 hat. Der Steg oder Damm 8 ist scharf­ kantig ausgebildet, während der Steg 9 eine relativ sanft gekrümmte Fläche hat.

Ein oberes Umfang-Endstück 7a der Lippe 7, das sich vom Kol­ benboden 2a zum Steg 8 erstreckt, ist trichterförmig ausge­ bildet, wobei die Querschnittsfläche nach unten hin allmäh­ lich geringer wird. Ein Umfang-Mittelstück 7b, das vom ersten Steg 8 zum zweiten Steg oder Damm 9 verläuft, ist als eine konkav gekrümmte Fläche ausgestaltet, wobei die Querschnitts­ fläche nach unten hin allmählich zunimmt, und dieses Umfang- Mittelstück 7b ist im lotrechten Schnitt bogenförmig schräg abwärts geführt. Das Innenumfang-Mittelstück 7b ist zum Zen­ trum des Bodens des Hohlraumes 6 hin gerichtet. Ein unteres Umfang-Endstück 7c der Ringlippe 7, das vom zweiten Steg 9 abwärts verläuft, bildet einen Teil einer unteren Umfangswänd­ fläche 6b des Hohlraumes 6. Diese Umfangswandfläche 6b ist als eine konkav gekrümmte Fläche ausgestaltet, und die gesam­ te untere Umfangswandfläche 6b wölbt sich mit Bezug zum zwei­ ten Steg 9 nach auswärts. Das Bodenteil 6c des Hohlraumes 6 hat im wesentlichen eine Kegelgestalt mit einem erhöhten Zentrum.

Die Kraftstoff-Einspritzdüse 5 besitzt sechs Düsenöffnungen, wobei, wie durch die Pfeile F in Fig. 2 angedeutet ist, der Kraftstoff von den sechs Düsenöffnungen aus zum Innenumfang- Mittelstück 7b hin gespritzt wird. Ein Teil des eingespritz­ ten Kraftstoffs wird am Umfang-Mittelstück 7b reflektiert oder zurückgeworfen, weshalb dieses Innenumfang-Mittelstück 7b als eine Kraftstoff-Reflexionsfläche bezeichnet wird.

Gemäß Fig. 1 fällt das Zentrum 0 _C des Hohlraumes 6 nicht mit dem Zentrum 0 _P des Kolbens 2 zusammen, und das Zentrum 0 _I der Spitze der Einspritzdüse 5 stimmt nicht mit den Zentren 0 _C sowie 0_P überein, so daß die von den Düsenöffnungen der Einspritzdüse 5 ausgehenden Kraftstoffstrahlen einander un­ ter Winkeln von 60° treffen.

Wie den Fig. 1, 4 und 5 zu entnehmen ist, sind am oberen Umfangs- Endstück 7a der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b drei Ausnehmun­ gen oder Höhlungen 20 voneinander getrennt ausgebildet. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform gemäß der Erfindung beträgt die Anzahl der Ausnehmungen 20 die Hälfte der Anzahl der Düsenöffnungen der Einspritzdüse 5. Eine Außenumfangsflä­ che 20a der Ausnehmung 20 wird von einer konkaven, vertikalen Fläche bestimmt, die sich um eine zur Achse des Kolbens 2 parallele Achse krümmt. Die Außenumfangsfläche 20a hat einen bogenförmigen Querschnitt mit einem Radius, der über die ge­ samte Länge der Ausnehmung 20 im wesentlichen gleich ist.

Wie die Fig. 4 zeigt, wird demzufolge an der Kraftstoff-Re­ flexionsfläche 7b die Tiefe D der Ausnehmung 20, d.h. der Abstand zwischen der Reflexionsfläche 7b und der Außenumfangs­ fläche 20a der Ausnehmung 20, zur Oberseite der Reflexions­ fläche 7b hin größer. Auch wird, wie Fig. 5 zeigt, an der Reflexionsfläche 7b die Umfangslänge L der Außenumfangsflä­ che 20a zur Oberseite der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b hin größer.

Wie der Fig. 6 zu entnehmen ist, bewegt sich die im Brennraum 4 erzeugte Wirbelströmung SW im Uhrzeigersinn (s. auch Pfeil SW in Fig. 1). Der Winkel R_U zwischen der Reflexions­ fläche 7b und der Außenumfangsfläche 20a an deren stromaufwär­ tigem Ende 20b im Sinn der Wirbelrichtung ist größer als der Winkel R_D zwischen der Außenumfangsfläche 20a und der Refle­ xionsfläche 7b am im Sinn der Wirbelrichtung stromabwärtigen Ende 20c der Umfangsfläche 20a, so daß folglich die Wirbel­ strömung über das stromaufwärtige Ende 20b sanft in die Aus­ nehmung 20a eingeht. Wenn die Wirbelströmung aus der Ausneh­ mung am stromabwärtigen Ende 20c austritt, so wird die Strö­ mung von der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b einer Störung unterworfen, so daß stromab vom stromabwärtigen Ende 20c eine Turbulenz oder Verwirbelung R hervorgerufen wird. Da die Tiefe D der Ausnehmung 20 (s. Fig. 4) zur Oberseite der Reflexionsfläche 7b hin tiefer wird, wird die Turbulenz R zur Oberseite hin stärker. Weil der Krümmungsradius der Re­ flexionsfläche 7b zu deren Oberseite hin kleiner wird, wer­ den auch die Winkel R_U und R_D zur Oberseite hin kleiner, weshalb also die Turbulenz R zum Oberteil hin stärker wird.

Es ist zu bemerken, daß die Tiefe D der Ausnehmung 20 derart bemessen wird, daß die Wirbelströmung SW nicht zu schwach wird, und das Volumen der Ausnehmung 20 derart gewählt wird, daß das Kompressionsverhältnis nicht zu sehr herabgesetzt wird. Vorzugsweise ist z. B. das Volumen von einer einzelnen der Ausnehmungen 20 geringer als 0,3% des Gesamtvolumens des Hohlraumes 6.

Wie den Fig. 4 und 5 klar zu entnehmen ist, ist die Ausneh­ mung 20 nicht an der Innenumfangswand 6a unterhalb des Ste­ ges 9 ausgebildet. Deshalb kann ein frühzeitiger Ausstoß von im Hohlraum 6 befindlichem Gas über die Ausnehmungen 20 im Verbrennungshub verhindert werden, weshalb also ein Unter­ drücken oder Kühlen (Quenching) von unverbranntem Gas in einem Quetschbereich eingeschränkt wird.

Gemäß Fig. 1 sind die drei Ausnehmungen 20 so ausgestaltet, daß jeder zweite Kraftstoffstrahl auf die Reflexionsfläche 7b nahe der Ausnehmung 20 stromab von dieser mit Bezug auf die Richtung der Wirbelströmung trifft.

Die Fig. 7A-7E zeigen den Zustand der Kraftstoff-Einsprit­ zung. In Fig. 7A befindet sich der Kolben 2 kurz vor dem obe­ ren Totpunkt (OT), in welchem Zustand das Einspritzen von Kraftstoff beginnt. In Fig. 7B hat sich der Kolben aus der Lage von Fig. 7A nach oben bewegt, und in Fig. 7C befindet er sich im OT. In Fig. 7D hat sich der Kolben aus dem OT nach unten bewegt, und in Fig. 7E hat eine Abwärtsbewegung des Kolbens aus der Lage von Fig. 7D stattgefunden.

Wie die Fig. 7A zeigt, trifft bei Beginn des Einspritzens der Kraftstoff F auf einen oberen Endabschnitt der Kraftstoff- Reflexionsfläche 7b, und wenn der Kolben 2 im OT ist, wie Fig. 7C zeigt, dann trifft eingespritzter Kraftstoff F auf einen unteren Endabschnitt der Reflexionsfläche 7b. Das be­ deutet, daß die Lage oder der Ort der Kraftstoff-Reflexions­ fläche 7b und die Richtung der Einspritzung durch die Düse 5 so bestimmt sind, daß bei Beginn einer Einspritzung der eingespritzte Kraftstoff F auf den oberen Endabschnitt der Reflexionsfläche 7b auftrifft, und wenn der Kolben 2 sich im OT befindet, der eingespritzte Kraftstoff auf den unteren Endabschnitt der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b trifft. Diese Reflexionsfläche 7b hat eine solche Krümmung, daß der zurück­ geworfene Kraftstoff nach unten gerichtet wird, und die Quer­ schnittsgestalt der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b ist ein Bogen. Demzufolge wird, wie in den Fig. 7A, 7B und 7C gezeigt ist, der Winkel zwischen der Reflexionsfläche 7b und dem eingespritzten Kraftstoff F mit einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 allmählich vergrößert, weshalb der Winkel zwischen der Achslinie von zur Reflexionsfläche 7b hin gerichtetem eingespritzten Kraftstoff F und der Achslinie des an der Flä­ che 7b reflektierten Kraftstoffs mit einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 allmählich vermindert wird.

Wenn ein Einspritzen von Kraftstoff beginnt, so wird, wie in Fig. 7A gezeigt ist, der reflektierte Kraftstoff G zum peripheren Teil des Hohlraumes 6 gerichtet, und die reflek­ tierte Richtung des zurückgeworfenen Kraftstoffs G bewegt sich, wie in Fig. 7B gezeigt ist, bei einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 von einem Umfangsabschnitt zum zentralen Teil des Hohlraumes 6. Wenn sich der Kolben 2 im OT befindet, so wird, wie in Fig. 7C gezeigt ist, der reflektierte Kraftstoff G dann zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 gerichtet. Das bedeutet, daß vom Zeitpunkt, an dem das Einspritzen ausge­ löst wird, bis zum Zeitpunkt, an dem sich der Kolben 2 im OT befindet, die Reflexionsrichtung des reflektierten Kraft­ stoffs G sich kontinuierlich vom peripheren Abschnitt zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 hin bewegt. Die Gestalt der Reflexionsfläche 7b wird also so bestimmt, daß vom Beginn des Einspritzens von Kraftstoff bis zum Zeitpunkt, in dem der Kolben 2 im OT ist, die Richtung des reflektierten Kraft­ stoffs eine ununterbrochene Bewegung vom peripheren Abschnitt oder Teil des Hohlraumes 6 zu dessen zentralem Teil hin aus­ führt.

Wie den Fig. 7C-7E zu entnehmen ist, bewegt sich der reflek­ tierte Kraftstoff G vom Zeitpunkt, in welchem der Kolben 2 den OT erreicht, bis zu dem Zeitpunkt der Beendigung des Einspritzens ohne Unterbrechung vom zentralen Teil des Hohl­ raumes 6 zu dessen peripherem Teil hin.

Bei Beginn des Einspritzens von Kraftstoff trifft der einge­ spritzte Kraftstoff F, wie Fig. 7A zeigt, auf den oberen End­ abschnitt der Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b. In diesem Fall ist der Winkel zwischen der Reflexionsfläche 7b und dem einge­ spritzten Kraftstoff F klein, und der reflektierte Kraftstoff G wird zum Umfangsabschnitt oder -teil des Hohlraumes 6 hin gelenkt, d. h. in die Nähe der Innenumfangswand des Hohlraumes 6. Deshalb haftet der eingespritzte Kraftstoff an der lnnen­ umfangswand 6a des Hohlraumes 6, weshalb der Kraftstoff nicht in angemessener, zufriedenstellender Weise mit Luft zerstäubt werden kann. Als Ergebnis dessen erhebt sich ein Problem inso­ fern, als eine Menge an Feststoffteilchen, Kohlenwasserstoff­ verbindungen (HC) und Rauch nicht herabgesetzt werden kann.

Da jedoch gemäß der Erfindung die Ausnehmung 20 an der Kraft­ stoff-Reflexionsfläche 7b ausgebildet ist,wird, wenn die Wirbel­ strömung SW in den Hohlraum 6 eintritt, lokal stromab vom stromabwärtigen Ende 20c eine Turbulenz R erzeugt, und diese Turbulenz R wird zum oberen Teil der Reflexionsfläche 7b hin stärker. Folglich wird am oberen Teil der Reflexionsfläche 7b reflektierter Kraftstoff mit Luft gemischt und durch die Turbulenz R zerstäubt und/oder ausgebreitet. Selbst wenn Kraftstoff am oberen Teil der Reflexionsfläche 7b zurückge­ worfen und der reflektierte Kraftstoff zum peripheren Teil des Hohlraumes 6 hin geleitet oder gelenkt wird, so wird aus den obigen Gründen der Kraftstoff nicht an der Innenumfangs­ fläche 6a des Hohlraumes 6 haften.

Wenn sich der Kolben 2 nahe dem OT befindet, so bewegt sich, wie in Fig. 7A gezeigt ist, von einem Quetschbereich oder -spalt 10, welcher zwischen dem peripheren Teil des Kolben­ bodens 2a sowie dem Zylinderkopf 3 abgegrenzt ist, eine Quetschströmung S zum zentralen Teil des Brennraumes 4. Die­ se Quetschströmung S verläuft abwärts längs des oberen Umfang- Endstücks 7a der Ringlippe 7. Da der Steg oder Damm 8 (s. Fig. 3) eine relativ scharfe Kante bildet, wird die längs des oberen Innenumfang-Endstücks 7a fließende Quetschströ­ mung S am Steg 8 gestört oder aufgerissen, und es wird rund um die Kraftstoff-Reflexionsfläche 7b eine Mikroturbulenz hervorgerufen, die ein Haften von Kraftstoff an der Refle­ xionsfläche 7b verhindert. Wie bereits erwähnt wurde, wird unmittelbar nach Beginn des Einspritzens von Kraftstoff, da der eingespritzte Kraftstoff am peripheren Teil des Hohl­ raumes 6 angesammelt wird, ein Luft-Kraftstoffgemisch P an diesem peripheren Teil des Hohlraumes 6 gebildet.

Wie die Fig. 7B zeigt, bewegt sich die Richtung des reflek­ tierten Kraftstoffs G vom peripheren zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 hin, wenn der Kolben 2 eine Aufwärtsbewegung ausführt. Da die Turbulenz R zum Boden der Reflexionsfläche 7b hin schwächer wird, wird die Energie des an einem unteren Teil der Reflexionsfläche 7b zurückgeworfenen und zum zentra­ len Teil des Hohlraumes 6 hin gerichteten reflektierten Kraftstoffs G ein wenig vermindert, weshalb der reflektier­ te Kraftstoff G den zentralen Teil des Hohlraumes 6 erreichen kann.

Wird die Temperatur der Kraftstoffpartikel hoch genug, so wird ein Luft-Kraftstoffgemisch P (s. Fig. 7A) am peripheren Teil des Hohlraumes 6 entzündet und verbrannt. Wenn die Wir­ belströmung eine große und eine kleine Masse an Gas enthält, so bewegt sich das Gas, das eine große Masse hat, zum peri­ pheren Teil hin, während das Gas mit kleiner Masse am zentra­ len Teil gesammelt wird. Da die Masse des Verbrennungsgases kleiner als die Masse von Luft ist, wird das Verbrennungsgas in der Wirbelströmung zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 hin bewegt, während die in der Wirbelströmung enthaltene Luft zum peripheren Teil des Hohlraumes 6 hin bewegt wird. Demzu­ folge beginnt, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch P (s. Fig. 7A) am peripheren Teil entzündet und verbrannt wird, das Ver­ brennungsgas Q (s. Fig. 7B) mit seiner Bewegung zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 hin, und gleichzeitig wird eine Flamme zu diesem zentralen Teil hin fortgepflanzt. Folglich setzt sich, wie Fig. 7B zeigt, die Flamme so fort, daß sie sich hinter den reflektierten Kraftstoff G bewegt, d. h. bei Bil­ dung eines Luft-Kraftstoffgemischs durch den reflektierten Kraftstoff G wird sofort eine Flamme zu einem Luft-Kraftstoff­ gemisch hin in einem guten, geeigneten Zeitpunkt fortgepflanzt und somit dieses Gemisch verbrannt. Demzufolge wird, wie in Fig. 7C gezeigt ist, wenn der reflektierte Kraftstoff zum zentralen Teil des Hohlraumes 6 hin gerichtet wird, ein in diesem zentralen Teil durch den reflektierten Kraftstoff G gebildetes Luft-Kraftstoffgemisch sofort durch die Flamme entzündet.

Andererseits bewegt sich Luft vom zentralen Teil des Hohlrau­ mes 6 zu dessen peripherem Teil, so daß folglich, wie in Fig. 7D und 7E gezeigt ist, wenn der Kolben 2 mit seiner Abwärtsbewegung beginnt und der reflektierte Kraftstoff G sich vom zentralen zum peripheren Teil des Hohlraumes 6 be­ wegt, der reflektierte Kraftstoff G zu einem Bereich hin ge­ richtet wird, in welchen eine ausreichende Luftmenge vorhanden ist, und zu dieser Zeit bewegt sich die Flamme vom zentralen zum peripheren Teil des Hohlraumes 6.

Da gemäß der Erfindung die Ausnehmung 20 in der Kraftstoff- Reflexionsfläche 7b ausgebildet ist, wird bei Eintreten einer Wirbelströmung SW in den Hohlraum 6 eine Turbulenz R lokal erzeugt. Deshalb haftet der reflektierte Kraftstoff nicht an der inneren Umfangswand 6a, sondern wird er mit Luft ge­ mischt und durch die Turbulenz R ausgebreitet und zerstäubt. Dagegen wird am unteren Teil der Reflexionsfläche 7b reflek­ tierter Kraftstoff nicht durch die Turbulenz R beeinflußt und erreicht den zentralen Teil des Hohlraumes 6, so daß als Ergebnis eine gute Verbrennung erhalten wird und die Menge an Feststoffteilchen, HC sowie Rauch vermindert wer­ den kann.

Weil ein Teil der Wirbelströmung SW in die Turbulenz R umge­ wandelt wird, wird die Wirbelströmung SW nicht zu stark. Kommt eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung mit einer Mehrzahl von Düsenöffnungen zur Anwendung, so überlappen oder überdek­ ken sich deswegen die durch den von diesen Öffnungen ausge­ stoßenen Kraftstoff gebildeten Kraftstoffnebel auch dann nicht, wenn die Motordrehzahl hoch ist, was zum Ergebnis hat, daß ein Anstieg in der Menge an Rauch verhindert werden kann.

Die Fig. 8 gibt eine Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einem Drehmoment im Fall einer in Umfangsrichtung verlau­ fenden Änderung einer Kraftstoff-Reflexionsposition oder -stelle an. Wird diese Reflexionsstelle entgegen dem Uhrzei­ gersinn (in Fig. 1) um einen Winkel von 5° verschoben, wie in Fig. 8 angegeben ist, so wird das Drehmoment bei niedri­ ger Motordrehzahl erheblich abgesenkt und, weil der Kraft­ stoffnebel aus dem Hohlraum 6 bei niedriger Motordrehzahl entweicht oder aussickert, die Menge an Rauch sowie HC er­ höht. Wird die Reflexionsstelle im Uhrzeigersinn (in Fig. 1) um 5° verschoben, so wird das Drehmoment erniedrigt, und folg­ lich kann, wenn die Kraftstoff-Reflexionsstelle nahe sowie stromab dem stromabwärtigen Ende 20c der Ausnehmung 20 ange­ ordnet wird, wie es gemäß der Erfindung der Fall ist, eine gute Wirkung erhalten werden.

Die Fig. 9 stellt die Beziehung zwischen einer Motordrehzahl und einem Vollast-Drehmoment dar. Gemäß der Erfindung kann das Vollast-Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich des Motors gesteigert werden.

Die Fig. 10 gibt die Beziehungen zwischen einer ausgestoße­ nen NOx-Menge sowie einer Menge an ausgestoßenen Feststoff­ teilchen und zwischen einer ausgestoßenen NOx-Menge sowie einer Menge an ausgestoßenen HC-Verbindungen wieder. Gemäß der Erfindung können die Mengen an ausgestoßenen Feststoff­ partikeln und HC-Verbindungen vermindert werden, und selbst wenn die Menge an ausgestoßenem NOx herabgesetzt wird, so werden die Menge an ausgestoßenen Feststoffpartikeln und die Menge an ausgestoßenen HC-Verbindungen nicht erhöht.

Die Fig. 11 zeigt die Beziehung zwischen der Stärke der Wir­ belströmung und dem Drehmoment. Obgleich das Drehmoment bei einer Drehzahl von 3400 U/min erheblich abfällt, wenn die Wirbelströmung stärker wird, kann gegenüber dem Stand der Technik diese Tendenz durch die Erfindung vermindert oder gemäßigt werden, weil die Wirbelströmung im Hohlraum 6 durch die Ausnehmung 20 geschwächt wird.

Die Fig. 12 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Brennrau­ mes gemäß der Erfindung. Hierbei ist die Anzahl der Ausneh­ mungen 20 gleich der Anzahl der Düsenöffnungen der Kraft­ stoff-Einspritzdüse 5. Da bei dieser Ausführungsform der ge­ samte eingespritzte Kraftstoff nahe dem und stromab von dem stromabwärtigen Ende 20c der Ausnehmung 20 reflektiert wird, kann eine gegenüber der Ausführungsform von Fig. 1 gestei­ gerte Wirkung erzielt werden.

Durch die Erfindung wird die Ausbildung eines Brennraumes eines Dieselmotors mit direkter Einspritzung offenbart, wobei ein einen Brennraum bildender Hohlraum im Boden eines hin­ und hergehenden Kolbens ausgebildet und eine Kraftstoff-Ein­ spritzeinrichtung, die Kraftstoff zu dem Hohlraum hin ein­ spritzt, vorhanden ist. Ein Teil der Innenumfangswand des Hohlraumes ist konkav bogenförmig ausgestaltet und bildet eine konkave Kraftstoff-Reflexionsfläche, die so angeordnet ist, daß der eingespritzte Kraftstoff an dieser Fläche zurück­ geworfen und die Bahn des reflektierten Kraftstoffs kontinu­ ierlich vom peripheren Bereich des Hohlraumes zu dessen zen­ tralem Bereich hin während der Aufwärtsbewegung des Kolbens verschoben wird. Wenigstens eine Ausnehmung ist an der Kraft­ stoff-Reflexionsfläche ausgebildet und hat eine Tiefe, die zur oberen Bodenfläche des Kolbens hin tiefer wird.

Obwohl die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungs­ formen wörtlich und billdich erläutert wurde, so ist sie auf die dargelegten Einzelheiten keineswegs beschränkt, da dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre Abwandlungen und Abänderungen der verschiedensten Art an die Hand gegeben sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims (11)

1. Brennraum eines Dieselmotors mit direkter Einspritzung, der einen Zylinderblock (1), einen in diesen hin- und her­ bewegbar eingesetzten Kolben (2), der in seinem Kolbenbo­ den (2a) einen einen Brennraum (4) bildenden Hohlraum (6) aufweist, sowie eine Kraftstoff zu dem Hohlraum (6) ein­ spritzende Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (5) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Innenumfangswand (6a) des Hohlraumes (6) im Längsschnitt des Kolbens (2) eine konkave Ausgestaltung hat und eine Kraftstoff-Refle­ xionsfläche (7b) bildet, daß die Anordnung sowie Gestalt der konkaven Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) mit Bezug zu der Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (5) derart vorge­ sehen sind, daß der eingespritzte Kraftstoff (F) an der konkaven Kraftstoff-Reflexionsfläche zurückgeworfen und die Bahn des reflektierten Kraftstoffs (G) kontinuierlich vom peripheren Bereich des Hohlraumes (6) zu dessen zentra­ lem Bereich hin während einer Aufwärtsbewegung des Kolbens (2) verschoben wird, und daß wenigstens eine Ausnehmung (20) an der Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) ausgebildet ist, deren Tiefe zur Bodenfläche (2a) des Kolbens (2) hin zunimmt.

2. Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (20) eine konkave Fläche (20a) hat, die um eine zur Achse des den Kolben (2) aufnehmenden Zylin­ ders parallele Achse gekrümmt ist.

3. Brennraum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (20a) einen bogenförmigen Querschnitt mit einem Radius hat, der im wesentlichen über die gesamte Länge (L) der Ausnehmung (20) gleich ist.

4. Brennraum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkel zwischen der konkaven Fläche (20a) und der Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) zur Bodenfläche (2a) des Kolbens (2) hin abnimmt.

5. Brennraum nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Luft zum Strömen im Brennraum (6) längs der Kraftstoff- Reflexionsfläche (7b) gebracht wird und der Winkel (R_U) zwischen der konkaven Fläche (20a) sowie der Kraftstoff- Reflexionsfläche (7b) an einem in der Richtung der Wirbel­ strömung (SW) stromaufwärtigen Ende (20b) der konkaven Fläche (20a) größer ist als ein Winkel (R_D) zwischen der konkaven Fläche (20a) sowie der Kraftstoff-Refle­ xionsfläche (7b) an einem in der Richtung der Wirbelströ­ mung (SW) stromabwärtigen Ende (20c) der konkaven Fläche (20a).

6. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (5) eine Mehrzahl von Düsenöffnungen hat und die Anzahl der Ausnehmungen (20) gleich derjenigen der Düsenöffnun­ gen ist.

7. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Luft zum Strömen im Brennraum (6) längs der Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) gebracht wird und die Kraftstoff-Einspritzeinrichtung (5) Kraftstoff zu der Reflexionsfläche (7b) hin nahe der Ausnehmung (20) sowie in Richtung der Wirbelströmung (SW) stromab von dieser einspritzt.

8. Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Kraftstoff-Reflexionsflä­ che (7b) zwischen einer Oberen umlaufenden Kante (8) sowie einer unteren umlaufenden Kante (9) bestimmt ist und die Anordnung sowie Gestalt der konkaven Kraftstoff-Refle­ xionsfläche (7b) mit Bezug zu der Kraftstoff-Einspritz­ einrichtung (5) derart sind, daß die untere umlaufende Kante (9) dem an einem oberen Bereich der Kraftstoff- Reflexionsfläche (7b) kurz unterhalb der oberen umlaufen­ den Kante (8) reflektierten Kraftstoff die Möglichkeit bietet, zum peripheren Bereich des Hohlraumes (6) über­ zugehen.

9. Brennraum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftstoff-Einspritzung während einer Abwärtsbe­ wegung des Kolbens (2) fortsetzt und der Kraftstoff an der konkaven Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) zurückgewor­ fen sowie vom zentralen Teil des Hohlraumes (6) zu dessen peripherem Teil hin entgegengesetzt verschoben wird.

10. Brennraum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Kraftstoff-Reflexionsfläche (7b) im Längs­ schnitt von einem Kreisbogen gebildet ist.

11. Brennraum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (6) ein Bodenteil (6c) mit einer mittigen Erhebung umfaßt.