DE69102212T2

DE69102212T2 - Diesel-Brennkraftmaschine.

Info

Publication number: DE69102212T2
Application number: DE69102212T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Sato
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1990-06-29
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2011-06-21
Also published as: DE69102212D1; US5103776A; EP0464497A1; JPH0460112A; EP0464497B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dieselmotor und spezieller einen Dieselmotor mit zwei Brennkammern, die in einem Kolben ausgebildet sind und miteinander in Verbindung stehen.
Bis heute wurden verschiedene Arten von Dieselmotoren vorgeschlagen. Eine ist ein Dieselmotor, der nur eine Brennkammer hat. Eine andere ist ein Dieselmotor, der zwei Brennkammern hat. Bei beiden Arten von Dieselmotoren wird Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt und es findet darin eine Selbstzündung statt, wodurch eine Verbrennung verursacht wird. Der Verbrennungsprozeß des Dieselmotors ist allgemein in einen Initialverbrennungsprozeß und einen diffusen Verbrennungsprozeß unterteilt. Der diffuse Verbrennungsprozeß ist ein Prozeß, der auf den Initialverbrennungsprozeß folgt.
Bei der erstgenannten Art von Dieselmotoren ist die Brennkammer allgemein in einer oberen Fläche eines Kolbens ausgebildet und Brennstoff wird in die Brennkammer eingespritzt. Bei der letzteren Art von Dieselmotoren ist eine Hauptbrennkammer in der oberen Oberfläche des Kolbens ausgebildet, und eine weitere Brennkammer (die als eine Wirbelkammer, eine Initialbrennkammer oder eine Hilfsbrennkammer bezeichnet werden kann) ist in einem Zylinderkopf eines Motors ausgebildet. Diese zwei Brennkammern stehen durch einen in dem Zylinderkopf ausgebildeten Durchgang miteinander in Verbindung.
Die Art eines Dieselmotors mit einer Brennkammer hat einen Vorteil gegenüber der Dieselmotorart mit zwei Brennkammern beim Brennstoffverbrauch, da die erstere den Durchgang im Zylinderkopf nicht benötigt, oder da der Durchgang, der die zwei Kammern verbindet, einen Drosselverlust erzeugt und den Brennstoffverbrauch verschlechtert. Andererseits hat die erstere einen Nachteil verglichen mit der letzteren bei den Abgasen (schwarzer Rauch oder Ruß), da ein Wirbelstrom und ein Quetschstrom, die in der Brennkammer erzeugt werden, vor und während der diffusen Verbrennung geschwächt werden, d.h. die erstere Art von Motoren stößt eine große Menge von Rauch oder Ruß aus.
Mittlerweile gibt es eine Gebrauchsmusteranmeldung, die eine modifizierte Version der Dieselmotorart mit zwei Brennkammern vorschlägt (japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnr. 62-72433, veröffentlicht am 9. Mai 1987 und im Besitz von Fuji Heavy Industries, Ltd.). Figur 1 der begleitenden Zeichnungen zeigt diesen Vorschlag. Wie in dieser Figur dargestellt ist, ist eine Brennkammer 107 in einer oberen Fläche eines Kolbens 103 ausgebildet, und eine Wirbelkammer 109 ist ebenfalls in der oberen Kolbenfläche ausgebildet. Die Wirbelkammer 109 hat ein kleineres Volumen als die Hauptbrennkammer 107. Diese Kammern 107 und 109 stehen durch einen Durchgang 111 miteinander in Verbindung, der sich von einer Seitenwand der Brennkammer 107 zu einer Seitenwand der Wirbelkammer 109 erstreckt. Die Kammern 107 und 109 sind ferner durch einen weiteren Durchgang miteinander verbunden, der sich von einem Boden der Brennkammer 107 zum Boden der Wirbelkammer 109 erstreckt. Der zweite Durchgang 112 wird in der obigen Gebrauchsmusteranmeldung als "Gaseinspritzöffnung" bezeichnet. Brennstoff wird von einer in einem Zylinderkopf 102 angeordneten Einspritzdüse 113 zugeführt. Die Einspritzdüse 113 hat eine größere Düsenöffnung 115 und eine kleinere Düsenöffnung 116. Brennstoff wird von der größeren Düsenöffnung 115 in die Brennkammer 107 und gleichzeitig von der kleineren Düsenöffnung 116 durch den ersten Durchgang 111 in die Wirbelkammer 109 gelenkt.
Bei diesem Vorschlag wird jedoch Brennstoff gleichzeitig in die Brennkammern 107 und 109 eingespritzt (Anspruch 1 und Beschreibung S. 5, 3. Absatz, S. 7, 2. Absatz, S. 8, 1. Absatz der obigen japanischen Gebrauchsmusteranmeldung). Wenn der Brennstoff den zwei Kammern gleichzeitig zugeführt wird, findet die Verbrennung meistens in der kleineren Kammer 109 früher als in der größeren Kammer 107 statt. Somit können von der Wirbelkammer 109 in die Hauptbrennkammer 107 strömende Gase in einer frühen Phase der Verbrennung in der Hauptbrennkammer 107 eine Turbulenz von Brennstoff, Luft und Flammen sowie Ruß in der Hauptbrennkammer 107 erzeugen. Jedoch sind diese Gase eventuell geschwächt und können daher eine Turbulenz von Luft, Brennstoff, Flammen und Ruß in einer späten Verbrennungsphase in der Hauptbrennkammer 107 nicht aufrechterhalten. Natürlich können der Wirbelstrom und der Quetschstrom helfen, die Turbulenz in der Hauptkammer 107 zu erzeugen, aber diese Flüsse sind ebenfalls graduell geschwächt und es bleibt ein geringer Einfluß in der späten Phase der Verbrennung.
In der Darstellung bezeichnen unterdessen 101 einen Dieselmotor, 104 einen Einlaßdurchgang, 105 ein Einlaßventil, 106 eine Zylinderlaufbuchse, 110 eine heiße Kerze, 114 eine Einspritzdüsenspitze und 117 eine Pleuelstange.
Ferner ist als der DE-A-3 720 865 ein Dieselmotor bekannt, der eine erste in einem oberen Abschnitt eines Kolbens ausgebildete Brennkammer und eine als ein Vorsprung am Boden der ersten Brennkammer ausgebildete zweite Brennkammer hat. Für die Verbindung zwischen beiden Kammern sind in der Wand der Vorsprungs kanalähnliche Verbindungen vorgesehen. Die Brennstoffeinspritzeinrichtung hat Düsen zum Einspritzen des Brennstoffs. Eine dieser Düsen lenkt den Brennstoff durch einen vertikalen Kanal oder eine vertikale Öffnung in die zweite Brennkammer. Das Einspritzen in beide Kammern findet gleichzeitig statt. Daher wird die gewünschte Turbulenz in der ersten Brennkammer während der Verbrennung frühzeitig nach der Selbstzündung geschwächt. Somit ist die Qualität der Verbrennung in einer späten Phase nicht optimal. Insbesondere verbleiben Rußpartikel in den Abgasen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Dieselmotor zu schaffen, der eine Turbulenz während des Verbrennungsprozesses in der Hauptbrennkammer aufrechterhalten kann. Anders ausgedrückt ist es ein Ziel der Erfindung, den Turbulenzstrom in der Hauptbrennkammer aufrechtzuerhalten, auch nachdem der Wirbelstrom und/oder der Quetschstrom in der Hauptbrennkammer geschwächt sind/ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Dieselmotor geschaffen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß in einer oberen Fläche eines Kolbens eine erste Brennkammer (Hauptbrennkammer) ausgebildet ist, daß in der ersten Brennkammer ein Vorsprung ausgebildet ist, so daß sich der Vorsprung von einer Bodenwand der ersten Brennkammer erhebt, daß in dem Vorsprung eine zweite Brennkammer ausgebildet ist, daß an einer Oberseite des Vorsprungs eine Brennstoffeinführöffnung ausgebildet ist, um Brennstoff das Eindringen in die zweite Brennkammer zu gestatten, daß in einer Seite des Vorsprungs Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen ausgebildet sind, um bei der Verbrennung in der zweiten Brennkammer erzeugten Gasen den Austritt aus der zweiten Brennkammer und den Eintritt in die erste Brennkammer als Turbulenzstrom in der ersten Brennkammer zu gestatten, daß eine Brennstoffeinspritzdüse, die erste Düsenöffnungen und eine zweite Düsenöffnung hat, so vorgesehen ist, daß Brennstoff von den ersten Düsenöffnungen in die erste Brennkammer und von der zweiten Düsenöffnung in die zweite Brennkammer eingespritzt wird, und daß der Brennstoff in einer solchen Weise in die zweite Brennkammer eingespritzt wird, daß in der ersten Brennkammer während des Verbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer ein ausreichender Turbulenzfluß aufrechterhalten wird.
Bei einem Einlaßtakt des Kolbens wird externe Luft in die erste Brennkammer gesaugt und strömt zirkulär oder horizontal ("horizontal" bedeutet in dieser Beschreibung nur "in Richtung nach rechts und links in der Zeichnung") längs der Seitenwand der ersten Brennkammer und dem Seitenabschnitt der zweiten Brennkammer. Am Ende eines Kompressionstaktes des Kolbens wird Luft, die in der Nähe der Kolbenoberfläche vorhanden ist (oder nahe eines Eingangs der ersten Brennkammer) in eine radial nach innen gerichtete Richtung gedrängt und tritt in die erste Brennkammer ein, wobei sie vertikal längs der Seitenwand der ersten Brennkammer strömt. Somit wird längs des Vorsprungs in der ersten Brennkammer ein Quetschstrom erzeugt, und wird ein Wirbelfluß längs der Seitenwand der ersten Brennkammer erzeugt. Die ersten Düsenöffnungen der Brennstoffeinspritzdüse sind kurz vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstaktes geöffnet und Brennstoff wird zur Seitenwand der ersten Brennkammer gelenkt. Dann wird der Brennstoff vergast und vermischt sich mit dem Wirbelstrom und dem Quetschstrom, wodurch eine Mischung aus Brennstoff und Luft erhalten und in der ersten Brennkammer verteilt wird. Wenn in der Mischung eine Selbstzündung auftritt, wird die Flamme in der ersten Brennkammer gebildet. Somit wird eine Temperatur in der ersten Brennkammer erhöht und der Vorsprung wird erwärmt. Dies wird in dieser speziellen Beschreibung als "Initialverbrennungsprozeß" oder "frühe Phase der Verbrennung" bezeichnet (Jedoch ist die Initialverbrennung nicht genau dasselbe wie die frühe Phase der Verbrennung. Die "frühe Phase der Verbrennung" bezeichnet einen Verbrennungsprozeß, bei dem der Wirbel und das Quetschen die Turbulenz in der ersten Brennkammer aufrechterhalten können. Der "Initialverbrennungsprozeß" kann mit der "frühen Phase der Verbrennung" in bestimmten Fällen identisch sein.). Nach einer bestimmten Zeitverzögerung von der Brennstoffeinspritzung von den ersten Düsenöffnungen wird die zweite Düsenöffnung geöffnet und Brennstoff in die zweite Brennkammer eingeführt, so daß eine weitere Verbrennung in der zweiten Brennkammer auftritt. Da die zweite Brennkammer oder der Vorsprung bereits durch die Verbrennungshitze der ersten Brennkammer erwärmt ist, tritt die Verbrennung in der zweiten Brennkammer sofort auf, und während dieser Verbrennung erzeugte Gase strömen mit einer beträchtlich hohen Geschwindigkeit durch die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen in die erste Brennkammer und erzeugen dadurch eine Turbulenz der Flamme, die Luft und Brennstoff sowie Ruß, die während der Initialverbrennung erzeugt wurden, in der ersten Brennkammer hält. Folglich werden das Verbrennungsgas, die verbleibende Luft und der Brennstoff und der Ruß miteinander gemischt und der Ruß wird in der ersten Brennkammer verbrannt. Somit wird eine geringere Menge von Rauch (Ruß) aus dem Motor ausgegeben. Der Brennstoff wird in einer solchen Weise in die zweite Brennkammer eingespritzt, daß das Verbrennungsgas der zweiten Brennkammer die erste Brennkammer erreicht, bevor der Wirbelstrom und der Quetschstrom in der ersten Brennkammer abgeschwächt sind. Wenn der Verbrennungsprozeß in den Initialverbrennungsprozeß und einen diffusen Verbrennungsprozeß geteilt ist, wird der Brennstoff in die zweite Brennkammer eingespritzt, nachdem die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer beginnt. Die Brennstoffeinspritzdüse kann eine sogenannte Mehrloch-Nadeldüse sein, die mit einem Düsenhalter verbunden ist, der zwei verschiedene Öffnungsdrücke hat. Der Brennstoff kann in die zweite Brennkammer eingespritzt werden, bevor die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer beginnt.
Gemäß dem oben beschriebenen Dieselmotor wird eine geringere Menge von Rauch oder Abgasen aus dem Motor ausgegeben und der Brennstoffverbrauch wird verbessert. Zusätzlich hat der Dieselmotor zwei Brennkammern, benötigt aber nur eine Einspritzdüse, so daß, verglichen mit einem Dieselmotor, der zwei Einspritzdüsen hat, eine Verringerung der Kosten erreicht wird.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Dieselmotors,
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Dieselmotors gemäß der vorliegenden Erfindung, und
Fig. 3 ist eine Schnittansicht einer Spitze einer Einspritzdüse von Fig. 2.
Nun wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 2 und 3 der begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 ist ein Kolben 5 in einen Zylinder 4 eingesetzt, der durch einen Zylinderkörper 2 eines Motors 3 definiert ist, so daß sich der Kolben 5 in dem Zylinder 4 hin- und herbewegen kann. Eine erste Brennkammer 7 ist in einem oberen Abschnitt 6 des Kolbens 5 ausgebildet. Brennstoff wird vor dem Ende des Kompressionstaktes des Kolbens 5 in die erste Brennkammer 7 eingespritzt. Der Brennstoff wird in der ersten Brennkammer 7 vergast und dann findet darin eine Selbstverbrennung statt.
Die erste Brennkammer 7 ist durch eine in dem oberen Abschnitt 6 des Kolbens 5 definierte Ausnehmung gebildet. Eine Mittelachse der ersten Brennkammer fällt mit einer Mittelachse des Kolbens 5 zusammen. Die erste Brennkammer 7 hat im vertikalen Querschnitt ("vertikal" gibt in dieser Beschreibung nur die Aufwärts- und Abwärtsrichtung in der Zeichnung an) eine kegelstumpfförmige Form, so daß die obere Fläche 8 des Kolbens 5 an einem Eingang der ersten Brennkammer 7 einen Lippenbereich definiert. Der Lippenbereich erzeugt einen starken Quetschstrom beim Kompressionstakt des Kolbens 5. Die erste Brennkammer 7 hat eine radial einwärts geneigte Seitenwand 10a und eine flache Bodenwand 10. Die geneigte Seitenwand 10a erzeugt einen starken Wirbelstrom in der ersten Brennkammer.
Ein Vorsprung 12 ist an der Bodenwand 10 der ersten Brennkammer 7 ausgebildet. Der Vorsprung 12 erhebt sich in der Axialrichtung des Kolbens 5. Der Vorsprung 12 enthält eine Basis 11 und eine Kugel 49. Die Basis 11 und die Kugel 49 sind integral ausgebildet. Die Basis 11 ist wie ein massiver Zylinder geformt und ihr Durchmesser ist kleiner als der Durchmesser der Kugel 49. Eine zweite Brennkammer 13 ist in der Kugel 49 des Vorsprungs 12 ausgebildet. Somit ist die zweite Brennkammer 13 im wesentlichen von der ersten Brennkammer 7 isoliert. Der Vorsprung 12 hat eine einzige Öffnung 14 an seiner Spitze und eine Mehrzahl von Öffnungen 15 an seiner Seite. Der Brennstoff wird in die Brennstoffeinführöffnung 14 eingeführt und in der zweiten Brennkammer 13 findet eine Verbrennung statt. Bei der Verbrennung in der zweiten Brennkammer 13 erzeugte Gase werden durch die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 15 von der zweiten Brennkammer 13 in die erste Brennkammer 7 gedrängt. Die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 15 sind umfangsmäßig in bestimmten Abständen ausgebildet. Die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 15 erstrecken sich horizontal in einer unteren Hälfte der Kugel 49. Die Brennstoffeinführöffnung 14 erstreckt sich vertikal und die Mitte der Brennstoffeinführöffnung 14 fällt mit der Mittelachse des Kolbens 5 zusammen.
Eine Brennstoffeinspritzdüse 16 ist in einem Zylinderkopf 1 des Motors 3 in Axialrichtung des Kolbens 5 angeordnet. Die Brennstoffeinspritzdüse 16 spritzt den Brennstoff kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 5 in die erste Brennkammer 7. Die Brennstoffeinspritzdüse 16 spritzt den Brennstoff mit einer bestimmten Verzögerung ab der Brennstoffeinspritzung in die erste Brennkammer 7 auch in die zweite Brennkammer 13. Die Brennstoffeinspritzung in die zweite Brennkammer 13 beginnt, nachdem die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 begonnen hat.
Die Brennstoffeinspritzdüse 16 enthält einen Düsenkörper 17, einen Düsenhalter 18 und ein Rückhalteelement 19. Der Düsenkörper 17 enthält ein Gehäuse 20, und ein Nadelventil 21 ist in dem Gehäuse 20 beweglich untergebracht. Das Nadelventil 21 hat einen Hauptschaftabschnitt (22 und 48) und einen sich verjüngenden Spitzenabschnitt (25, 31 und 26). Ein unteres Ende des Hauptschaftabschnittes ist verjüngt, um eine Druckaufnahmefläche (einen ersten verjüngten Abschnitt) 48 zu bilden. Der verjüngte Spitzenabschnitt enthält einen zweiten verjüngten Abschnitt 25, einen Schaftabschnitt 31 und einen Drosselabschnitt (ein dritter verjüngter Abschnitt) 26. Somit hat das Nadelventil 21 drei verjüngte Flächen 48, 25 und 26.
Die Stösselstange 24 hat einen kleineren Durchmesser als der Hauptkörper 22. Das Rückhalteelement 19 hat eine Öffnung 23 in seiner Mitte. Die Stösselstange 24 erstreckt sich von der Oberseite des Hauptkörpers 22 nach oben und paßt in die Öffnung 23 des Rückhalteelements 19. Das obere Ende oder freie Ende der Stösselstange 24 steht von dem Rückhalteelement 19 vor.
Das Düsengehäuse 20 hat in ungefähr seiner oberen Hälfte einen hohlen Teil 27 und in ungefähr seiner unteren Hälfte eine Brennstoffkammer 29. Die Brennstoffkammer 29 hat einen elliptischen Querschnitt in der Vertikalrichtung und einen kreisförmigen Querschnitt in der Horizontalrichtung. Der kreisförmige Querschnitt der Brennstoffkammer 19 ist größer als der kreisförmige horizontale Querschnitt des zylindrischen hohlen Teils 27. Der Hauptschaft 22 des Nadelventils 21 paßt gleitend in den zylindrischen hohlen Teil 27. Am Boden der Brennstoffkammer 29 ist ein Ventilsitz 28 ausgebildet. Die zweite verjüngte Fläche 25 sitzt auf dem Ventilsitz 28, wenn kein oder ein kleiner Druck auf die Druckaufnahmefläche 48 wirkt. Düsenlöcher 30 und 32 sind in bzw. knapp unter dem Ventilsitz 28 ausgebildet. Konkret sind die ersten Düsenlöcher 30 in der Umfangsrichtung des Nadelventils 21 in Abständen in den Ventilsitz 28 gebohrt. Jedes erste Düsenloch 30 verläuft unter einem Winkel bezüglich der Mittelachse der Düse 16, so daß Brennstoff durch die ersten Düsenöffnungen 30 zur Seitenwand 10a der ersten Brennkammer 7 hin eingespritzt wird. Die zweite Düsenöffnung 32 verläuft vom Boden des Ventilsitzes 28 in Axialrichtung der Düse 16, so daß durch die zweite Düsenöffnung 32 eingespritzter Brennstoff in die zweite Brennkammer 13 eintritt. Wenn die zweite verjüngte Fläche 25 auf dem Ventilsitz 28 sitzt, ist die Brennstoffkammer 29 nicht mit den Düsenöffnungen 30 und 32 in Verbindung, so daß kein Brennstoff aus der Einspritzdüse 16 herauskommt.
Der Düsenhalter 18 hat zwei Kammern 34 und 35. Diese Kammern 34 und 35 beherbergen jeweils Federn 42 und 43. Die Federkammer 34 ist von der Federkammer 35 in der Vertikalrichtung durch einen zweiten Rückhalteabschnitt 36 getrennt. Der zweite Halter 36 hat in seiner Mitte eine Öffnung 38. Eine zweite Stösselstange 39, die an ihrer Unterseite einen Kolben 37 hat, ist in der unteren Federkammer 34 untergebracht. Eine Feder (eine erste Rückstellfeder) 42 in der unteren Federkammer 34 sitzt auf dem Kolben 37 und die Oberseite der Feder 42 wird von dem zweiten Halter 36 gehalten. Dieser Kolben 37 sitzt an dem ersten Halter 19. Der Kolben 37 hat eine Ausnehmung 41 an seiner Unterseite, um die Oberseite der Stösselstange 24 aufzunehmen. Somit spannt die erste Rückstellfeder 42 das Nadelventil nach unten vor. Die zweite Stösselstange 39 erstreckt sich in die Öffnung 38 des zweiten Halters 36, steht aber nicht in die obere Federkammer 35 vor, wenn das Nadelventil 21 in seiner Ruheposition ist. Ein zweiter Kolben 40 ist in der oberen Federkammer 35 vorgesehen und sitzt an dem zweiten Halter 36. Es gibt einen Freiraum zwischen dem Boden des zweiten Kolben 40 und der zweiten Stösselstange 39. Eine Feder (eine zweite Rückstellfeder) 43 in der oberen Federkammer 35 sitzt an dem zweiten Kolben 40. Somit spannt die zweite Rückstellfeder 43 den zweiten Kolben 40 nach unten vor, spannt aber das Nadelventil 21 nicht vor, wenn kein oder nur ein kleiner Brennstoffdruck auf die erste verjüngte Fläche 48 wirkt, da es einen Freiraum zwischen dem zweiten Kolben 40 und der zweiten Stösselstange 39 gibt. Wenn der Brennstoffdruck in der Brennstoffkammer 29 auf einen ersten vorbestimmten Wert P&sub1; ansteigt, beginnt sich das Nadelventil 21 nach oben zu bewegen und die Stösselstange 39 wird angehoben. Folglich berührt die Stösselstange 39 den zweiten Kolben 40. Wenn der Druck in der Druckkammer 29 weiter auf einen Wert P&sub2; ansteigt, drückt die Stösselstange 39 den zweiten Kolben 40 nach oben. Der Wert P&sub1; ist so eingestellt, daß er kleiner als P&sub2; ist. Der Wert P&sub1; kann "Vorhebe- oder Initialhebedruck" genannt werden und der Wert P&sub2; kann "Nadelventiltotalhebedruck" genannt werden. Der Freiraum ist so eingestellt, daß er kleiner als die Höhe des dritten Schaftabschnittes 31 des Nadelventils 21 ist.
Eine normale Einspritzdüse kann als die Brennstoffeinspritzdüse 16 verwendet werden. Die zweite Düsenöffnung 32 wird geöffnet, nachdem die ersten Düsenöffnungen 30 geöffnet sind, da die ersten Düsenöffnungen 30 geöffnet werden, wenn das Nadelventil 21 den Ventilsitz 28 verläßt, aber der dritte Schaft 31 des Nadelventils 21 noch die zweite Düsenöffnung 32 für eine Weile verschließt, auch nachdem das Nadelventil 21 den Ventilsitz verläßt, wie in Figur 3 gezeigt ist. Daher sind die ersten Düsenöffnungen 30 während der frühen Phase der Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 oder während des Initialverbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer 7 geöffnet und die zweite Düsenöffnung 32 ist zusätzlich zu den ersten Düsenöffnungen 30 während der späten Phase der Verbrennung oder während des diffusen Verbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer 7 geöffnet. Von einem anderen Standpunkt aus betrachtet, sind die ersten Düsenöffnungen 30 geöffnet, wenn der Druck in der Brennstoffkammer 29 den Wert P&sub1; übersteigt, und die zweite Düsenöffnung 32 ist geöffnet, wenn der Druck den Wert P&sub2; übersteigt.
Die Länge des dritten Schaftes 31 ist so eingestellt, daß sie im wesentlichen gleich der Länge der zweiten Düsenöffnung 32 ist, und die dritte verjüngte Fläche ist an der Unterseite des dritten Schaftes 31 ausgebildet. Der zweite verjüngte Abschnitt 25 terührt den Ventilsitz 28 in seinem oberen Abschnitt, wie in Figur 3 dargestellt ist. Ein Durchmesser des Drosselabschnittes 32 der Düse 16 ist größer als ein Durchmesser des dritten Schaftes 31 des Nadelventils 21, aber der Unterschied zwischen diesen Durchmessern ist sehr klein, da Brennstoff durch einen Freiraum zwischen dem dritten Schaft 31 und dem Drosselabschnitt 32 hindurchleckt, wenn der Durchmesserunterschied relativ groß ist, d.h., wenn der Durchmesserunterschied relativ groß ist, wird Brennstoff gespritzt und die zweite Düsenöffnung 32 wird "geöffnet", wenn die ersten Düsenöffnungen 30 geöffnet sind.
Die Funktion der Ausführungsform wird nun erklärt.
Wenn Luft durch eine spiralförmige Einlaßöffnung (nicht gezeigt) in den Zylinder 4 gesaugt wird, tritt die Luft mit einer gemäß einem Verhältnis eines Durchmessers des Zylinders 4 zu einem Durchmesser der Eingangsöffnung der ersten Brennkammer 7 bestimmten Intensität in die erste Brennkammer 7 ein und die Luft strömt zirkular oder horizontal längs der Seitenwand 10a der ersten Brennkammer 7 und des Vorsprungs 12. Die in der Nähe des Eingangs der ersten Brennkammer 7 vorhandene Luft wird am Ende des Kompressionstaktes des Kolbens 5 in die erste Brennkammer 7 gedrängt, da der Freiraum zwischen dem Zylinderkopf 1 und der oberen Oberfläche 8 des Kolbens 5 abnimmt, so daß derartige Luft vertikal längs der Seitenwand 10a der ersten Brennkammer 7 strömt. Folglich wird in der Nähe des Vorsprunges 12 ein Wirbelstrom erzeugt, und ein Quetschstrom wird in der Nähe der Seitenwand 10a der Brennkammer 7 erzeugt. Der Druck des in die Brennstoffkammer 29 zugeführter Brennstoffes wird durch eine Brennstoffpumpe (nicht gezeigt) geregelt, die von dem Motor 3 synchron angetrieben wird. Konkret ist, wenn eine Brennstofftransferrate der Brennstoffpumpe klein ist, der Druck in der Brennstoffkammer 29 klein ist und wenn die Brennstofftransferrate hoch ist, wird der Druck hoch. Eine Steuerung des Brennstofftransfers von der Brennstoffpumpe ist so bestimmt, daß der Druck in der Brennstoffkammer 29 den Wert P&sub1; erreicht und die ersten Düsenöffnungen 30 kurz vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 5 öffnen. Somit wird der Brennstoff vor dem oberen Totpunkt des Kolbens 5 zur Seitenwand 10a der ersten Brennkammer 7 hin eingespritzt. Dieser Brennstoff wird mit Luft hoher Temperatur in der ersten Brennkammer 7 vergast und gleichzeitig wird dieser Brennstoff mit den Wirbel- und Quetschströmen gemischt, so daß der Brennstoff mit der Luft gut gemischt und in der Nähe des Vorsprungs 12 sowie der Seitenwand 10a der ersten Brennkammer 7 verteilt wird. Etwas des Brennstoffs wird mit der Luft hoher Temperatur selbstgezündet und es findet eine sogenannte Initialverbrennung statt, bevor sich die Flamme graduell zum verbleibenden Brennstoff ausbreitet. Der Verbrennungsprozeß nach dem Initialverbrennungsprozeß wird allgemein der diffuse Verbrennungsprozeß genannt.
Die zweite Düsenöffnung 32 ist geschlossen, bis die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 beginnt. Die zweite Düsenöffnung 32 ist durch den dritten Schaft 31 des Nadelventils 21 verschlossen. Wenn der Brennstoffdruck in der Brennstoffkammer 29 den Wert P&sub2; übersteigt, wird die zweite Rückstellfeder 43 nach oben bewegt, und dann wird die zweite Düsenöffnung 32 geöffnet, wobei die ersten Düsenöffnungen 31 geöffnet sind. Folglich wird der Brennstoff auch in die zweite Brennkammer 13 eingeführt. Zu dieser Zeit ist der Vorsprung 12 bereits durch die in der ersten Brennkammer 7 gebildete Flamme erwärmt. Somit ist das Innere der zweiten Brennkammer 13 ebenfalls erwärmt. Als ein Ergebnis wird der in die kleinvolumige Kammer 13 eingespritzte Brennstoff sofort verbrannt und die während der Verbrennung erzeugten Gase gehen durch die Verbrennungsgas-Austrittsöffnung 15 aus der zweiten Brennkammer 13 heraus. Dieses Verbrennungsgas tritt in die erste Brennkammer 7 ein, wenn die Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 etwas vorangeschritten ist, und erzeugt eine Turbulenz der Flamme, von verbliebener Luft und verbliebenem Brennstoff und Ruß, der während der Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 erzeugt wurde. Die Wirbel- und Quetschströme, die in der ersten Brennkammer 7 erzeugt wurden, werden graduell geschwächt, aber das Verbrennungsgas in der zweiten Brennkammer 13 strömt in die erste Brennkammer 7, bevor die Wirbel- und Quetschströme geschwächt sind. Dem entsprechend wird die Turbulenz der ersten Brennkammer 7 während des Verbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer 7 durch die Wirbel- und Quetschströme während ungefähr einer ersten Hälfte (allgemein bezeichnet als "Initialverbrennungsperiode") des Verbrennungsprozesses und durch die Gase von der zweiten Brennkammer 13 während ungefähr einer zweiten Hälfte (allgemein bezeichnet als "diffuse Verbrennungsperiode") aufrechterhalten. Daher wird der Ruß fast vollständig verbrannt und eine geringe Menge von Abgasen (hauptsächlich Ruß) wird aus dem Motor ausgegeben.
Hier sollte beachtet werden, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Zum Beispiel verlaufen die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen 15 bei der Ausführungsform in der horizontalen Richtung, aber sie können sich auch in andere Richtungen, wie in der Tangentialrichtung der Kugel 49 des Vorsprungs 12 erstrecken. Zusätzlich wird bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Brennstoff nach dem Beginn der diffusen Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 in die zweite Brennkammer 13 eingespritzt. Jedoch kann der Brennstoff in die zweite Brennkammer 13 eingespritzt werden, bevor die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 beginnt, oder zum Zeitpunkt des Beginns der diffusen Verbrennung so lange eingespritzt werden, wie die Turbulenz in der ersten Brennkammer 7 während des Verbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer 7 aufrechterhalten wird. Wenn der Brennstoff in die zweite Brennkammer 13 eingespritzt wird, bevor die diffuse Verbrennung in der ersten Brennkammer 7 beginnt, wird die Turbulenz in der ersten Brennkammer während 7 des Initialverbrennungsprozesses nicht nur durch den Wirbelstrom und den Quetschstrom, sondern auch die aus der zweiten Brennkammer 13 in die erste Brennkammer 7 kommenden Gase aufrechterhalten.

Claims

1. Dieselmotor umfassend eine erste Brennkammer (7), die in einem oberen Abschnitt (8) des Kolbens (5) des Motors ausgebildet ist und einen Boden (10) sowie eine Seitenwand (10a) hat; einen an dem Boden (10) der ersten Brennkammer (7) ausgebildeten Vorsprung (12); eine in dem Vorsprung (12) ausgebildete zweite Brennkammer (13); eine Brennstoffeinführöffnung (14), die in einer oberen Wand des Vorsprunges (12) derart ausgebildet ist, daß sie mit der zweiten Brennkammer (13) in Verbindung steht; Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (15), die in der Seitenwand des Vorsprunges derart ausgebildet sind, daß die zweite Brennkammer (13) mit der ersten Brennkammer (7) über die Austrittsöffnungen (15) in Verbindung steht; und eine Brennstoffeinspritzdüsenanordnung (16) mit ersten Düsenöffnungen (30) und einer zweiten Düsenöffnung (32) derart, daß die ersten Düsenöffnungen (30) auf die Seitenwand (10a) der ersten Brennkammer (7) gerichtet sind und daß die zweite Düsenöffnung (32) auf die zweite Brennkammer (13) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzdüsenanordnung (16) den Brennstoff während einer vorgegebenen Zeitspanne nur aus den ersten Düsenöffnungen (30) in die erste Brennkammer spritzt und nach der vorgegebenen Zeitspanne aus den ersten Düsenöffnungen und der zweiten Düsenöffnung in die erste Brennkammer bzw. die zweite Brennkammer spritzt, wobei der in die zweite Brennkammer (13) eingespritzte Brennstoff durch die Brennstoffeinführöffnung (14) strömt.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Brennkammer (7) in einem die Achse enthaltenden Schnitt durch den Kolben (5) betrachtet kegelstumpfförmig ist.

3. Dieselmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (12) eine zylindrische Basis (11) und eine einstückig mit der Basis (11) ausgebildete Kugel (49) umfaßt und daß die zweite Brennkammer (13) durch einen kugelförmigen Hohlraum in der Kugel (12) gebildet ist.

4. Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser eines zylindrischen Abschnittes der Basis (11) kleiner als der Durchmesser der Kugel (49) ist.

5. Dieselmotor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Brennstoffeinführöffnung (14) mit der axialen Richtung des Kolbens (5) zusammenfällt und daß der von der zweiten Düsenöffnung (32) kommende Brennstoff in Achsrichtung des Kolbens (5) strömt.

6. Dieselmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (15) init Abständen voneinander in der Seitenwand der Kugel (49) ausgebildet sind.

7. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (15) sich im wesentlichen parallel zu dem Boden (10) der ersten Brennkammer (7) erstrecken.

8. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbrennung in der ersten Brennkammer aus einem Initialverbrennungsprozeß am Anfang und einem darauffolgenden diffusen Verbrennungsprozeß besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff in die zweite Brennkammer (13) vor oder nach dem Beginn des diffusen Verbrennungsprozesses in der ersten Brennkammer (7) eingespritzt wird.

9. Dieselmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinspritzdüsenanordnung (16) einen Mehrlochnadeldüsenkörper (17) und einen in zwei Stufen öffnenden Düsenhalter (18) umfaßt, so daß die ersten Düsenöffnungen (30) geöffnet werden, wenn ein Druck in einer Brennstoffkammer (29) der Düsenanordnung (16) einen ersten vorgegebenen Wert erreicht, und daß die zweite Düsenöffnung (32) zusätzlich geöffnet wird, wenn der Druck einen zweiten vorgegebenen Wert erreicht.

10. Dieselmotor nach einem der vorausgegangenen Ansprüche mit Ausnahme des Anspruchs 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgas-Austrittsöffnungen (15) sich in tangentialer Richtung der Kugel (49) erstrecken.