DE69709806T2

DE69709806T2 - Brennkammer einer Dieselbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69709806T2
Application number: DE69709806T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Ohashi; Atsuo Sato; Tetsuya Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-09-06
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2017-09-06
Also published as: KR19980024402A; EP0828066B1; EP0828066A1; JPH1082323A; KR100289775B1; DE69709806D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer; die in dem oberen Bereich eines Kolbens eines Dieselmotors ausgebildet ist, und im spezielleren auf eine Brennkammer, die in wirksamer Weise zum Verbessern der Kraftstoffverbrennungsleistung verwendet wird.
Im allgemeinen ist ein Dieselmotor im großen und ganzen derart ausgebildet, daß in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstofftröpfchen und Luft gleichmäßig gemischt werden, um die Verwendung von Luft gegenüber dem Kraftstoff zu verbessern, um dadurch den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen, und daß eine Verbrennungssteuerung ausgeführt wird, um mechanische und thermische Belastungen innerhalb bestimmter Grenzen einzuschränken.
Außerdem besteht die Erwartung, daß die Abgaskonzentration, die Mengen der ausgestoßenen Substanzen, der Geräuschpegel usw. reduziert oder vermindert werden. Herkömmlicherweise sind Dieselmotoren mit Direkteinspritzung als Antriebsquellen für verschiedene Anwendungen und großdimensionierte Kraftfahrzeugmotoren verwendet worden.
Bei den Dieselmotoren dieses Typs hängt die Mischung der Kraftstofftröpfchen und der Luft von Luftströmungen ab, wie zum Beispiel von einem Luftwirbel, der durch einen Ansaugkanal eingebracht wird, sowie Quetschwirbeln, die in Abhängigkeit von der Gestalt einer Brennkammer erzeugt werden, die in dem oberen Bereich eines Kolbens ausgebildet ist.
Da bei den Dieselmotoren dieses Typs die Energie der Luftströmungen relativ gering ist, müssen die Rate der Kraftstoffeinspritzung, das Sprühmuster, der Sprühpartikeldurchmesser usw. optimiert werden, um die Mischung aus Kraftstofftröpfchen und Luft zu beschleunigen.
Aus diesem Grund hat der vorliegende Erfinder einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung vorgeschlagen, bei dem ein Kraftstoffsprühnebel gegen eine Rippe ausgestoßen wird, die an einer Seitenwandoberfläche einer Brennkammer ausgebildet ist, so daß die Mischung aus Luft und Kraftstofftröpfchen beschleunigt wird.
Wie in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 60- 173310 beschrieben ist, ist genauer gesagt eine Brennkammer des sogenannten Typs mit einspringendem Hohlraum in dem oberen Bereich eines Kolbens derart ausgebildet, daß sie sich in die obere Oberfläche des Kolbens öffnet und in Richtung auf den inneren Teil des Kolbens ausbreitet, und eine ringförmige Rippe ist an dem mittleren Bereich der Brennkammer derart ausgebildet, daß sie sich in Umfangsrichtung der Kammer erstreckt.
Bei diesem Beispiel des Standes der Technik wird der aus einem Kraftstoffeinspritzventil ausgestoßene Sprühnebel gegen verschiedene Oberflächenbereiche der Rippe gerichtet und von diesen reflektiert, wobei dies von der relativen Position des Kolbens in seiner Axialrichtung abhängig ist, so daß der Kraftstoffsprühnebel in der Brennkammer in verschiedenen Schichten verteilt wird.
Der Kraftstoff und die Luft werden durch diese mehrschichtige Verteilung des Kraftstoffsprühnebels sowie durch einen in der Brennkammer gebildeten Ansaugluftwirbel in zufriedenstellender Weise gemischt. Auf diese Weise lassen sich die Verbrennungseigenschaften des Kraftstoffs verbessern.
Gemäß dem Dieselmotor mit Direkteinspritzung, wie er in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 60-173310 beschrieben ist, wird die Ausnutzung der Luft dadurch verbessert, daß der von der Rippe reflektierte Kraftstoffsprühnebel in der Brennkammer in Schichten verteilt wird.
Bei diesem Motor dient ferner die Brennkammer mit einspringendem Hohlraum zum Unterbinden, daß Flammen in Richtung auf eine Zylinderwand (sogenannte Abkühlzone) weggeblasen werden, deren Temperatur selbst nach dem Zünden und der Verbrennung relativ niedrig ist, um dadurch die Menge an Abgasen zu reduzieren und die Ausgangsleistung zu verbessern.
Gemäß der in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschriebenen Technik werden jedoch Luftströmungen für die Mischung von Luft und Kraftstofftröpfchen nicht in zufriedenstellender Weise verwendet. Zum Erzielen eines optimalen Verbrennungszustands in einem großen Bereich von Motordrehzahlen oder zum Reduzieren der Abgasmenge wird eine effizientere Ausnutzung der Luftströmungen erwartet.
Weiterhin ist ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung in der japanischen Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungsnummer 4-272425 beschrieben, wobei eine Seitenwand einer Brennkammer mit einer Luft-Unterkammer in Form einer Nut versehen ist, die sich in Axialrichtung eines Kolbens erstreckt.
Da sich die Luft-Unterkammer entlang der Seitenwandoberfläche der Brennkammer erstreckt und sich in die obere Oberfläche des Kolbens öffnet, besteht jedoch die Tendenz, daß ein in die Brennkammer eingespritzter Kraftstoffsprühnebel und darin vorhandenes Verbrennungsgas durch die Luft- Unterkammer aus der Brennkammer in einen Raum in einem Zylinder ausströmen. In manchen Fällen nimmt dadurch die Abgabe von unverbrannten Bestandteilen zu, oder die Luft in der Brennkammer kann nicht effektiv ausgenutzt werden.
Das Dokument JP-8049545 offenbart einen Dieselmotor mit einer Brennkammer vom Typ mit einspringendem Hohlraum, der in dem oberen Bereich des Kolbens ausgebildet ist, wie dies im ersten und dritten Absatz des Anspruchs 1 angegeben ist, wobei die Brennkammer eine Vielzahl von Vertiefungen aufweist, die in der Seitenwandoberfläche ausgebildet sind, wobei jede Vertiefung derart ausgebildet ist, daß sie ein Zentrum eines Kraftstoffauftreffbereichs umschließt, der einen von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffsprühnebel erhält.
Das Dokument JP-60011624 offenbart einen Dieselmotor mit einer Brennkammer vom Typ mit einspringendem Hohlraum gemäß dem ersten und dem dritten Absatz des Anspruchs 1. Bei diesem Motor weist die Brennkammer eine Vielzahl von Vertiefungen auf, die in der oberen Oberfläche des Kolbens ausgebildet sind, wobei jede Vertiefung über einem Kraftstoffauftreffbereich ausgebildet ist, der einen von dem Kraftstoffeinspritzventil eingespritzten Kraftstoffsprühnebel erhält, und wobei jede Vertiefung in bezug auf die vertikale Projektion des Kraftstoffauftreffbereichs geringfügig in Richtung auf die Abstromseite versetzt ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe einer Brennkammer, die in dem oberen Bereich eines Kolbens eines Dieselmotors ausgebildet ist, bei der das Kraftstoffverbrennungs-Leistungsvermögen dadurch verbessert ist, daß Kraftstoff und Ansaugluft in zufriedenstellenderer Weise als bei den vorstehend genannten Brennkammern des Standes der Technikgemischt werden.
Zum Erreichen des vorstehend genannten Zieles der Erfindung wird eine Brennkammer eines Dieselmotors angegeben; der folgendes aufweist: einen Ansaugkanal, der mit einem Zylinder des Motors durch ein Einlaßventil in Verbindung steht und dazu dient, in dem Zylinder einen Wirbel zu erzeugen; einen Auslaßkanal, der mit dem Zylinder durch ein Auslaßventil in Verbindung steht; einen Kolben, der in dem Zylinder gleitbar angeordnet ist; und ein Kraftstoffeinspritzventil, das in einem Zylinderkopf des Motors so vorgesehen ist, daß Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, und das dazu dient, Kraftstoff in Abhängigkeit von dem Verdichtungshub des Motors einzuspritzen.
Die Brennkammer ist vom Typ mit einspringendem Hohlraum, der in dem oberen Bereich des Kolbens ausgebildet ist und eine solche Gestalt hat, daß sich eine Seitenwandoberfläche der Brennkammer zu dem inneren Teil des Kolbens hin ausbreitet.
Die Brennkammer zeichnet sich dadurch aus, daß sie eine Vertiefung aufweist, die in der Seitenwandoberfläche ausgebildet ist, wobei sich ein Rand der Vertiefung an der Seite einer oberen Oberfläche des Kolbens in der Brennkammer befindet, wobei die Vertiefung an der Abstromseite eines Kraftstoffauftreffbereichs in bezug auf den Wirbel ausgebildet ist und der Kraftstoffauftreffbereich einen Kraftstoffsprühnebel erhält, der von dem Kraftstoffeinspritzventil ausgestoßen wird und gegen diesen läuft.
Bei dieser Anordnung wird der im Ansaughub des Kolbens in dem Zylinder erzeugte Wirbel auf die Brennkammer des Kolbens begrenzt gehalten, der sich in der letzten Stufe seines Verdichtungshubs nach oben bewegt. Der Kraftstoff wird von dem Kraftstoffeinspritzventil bei sowie nach der letzten Stufe der Verdichtungsstufe in die Brennkammer eingespritzt.
In der ersten Phase der Verbrennung trifft der in Richtung auf die Seitenwandoberfläche der Brennkammer eingespritzte Kraftstoff auf den Kraftstoffauftreffbereich der Seitenwandoberfläche auf und wird dadurch reflektiert, so daß er mittels des Wirbels mit Luft gemischt wird. Anschließend wird der Kraftstoffsprühnebel durch den Wirbel die Seitenwandoberfläche der Brennkammer entlang in Umfangsrichtung der Brennkammer zu der Abstromseite des Wirbels getragen.
Beim Strömen des Wirbels entlang der Seitenwandoberfläche wird auf der Abstromseite der Vertiefung in der Seitenwandoberfläche eine Turbulenz erzeugt, so daß die Mischung aus Kraftstoff und Luft beschleunigt wird. Da die Vertiefung auch eine Strömung hervorruft, die eine Trennung von der Seitenwandoberfläche erzeugt, kann die Adhäsion der Kraftstoffströmung an der Seitenwandoberfläche und der inneren Oberfläche der Vertiefung reduziert werden.
Folglich können Kraftstoff und Luft in effizienter Weise gemischt werden, so daß sich die Ausnutzung von Luft verbessern läßt. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors beginnt die lokale Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs vor oder nach dessen Auftreffen auf die Seitenwandoberfläche.
Das resultierende lokale Verbrennungsgas sowie unverbrannte Gasgemische aus anschließend eingespritztem Kraftstoff und Luft werden sukzessive gemischt und verbrannt, woraufhin sich die Verbrennung durch das gesamte Innere der Brennkammer hindurch ausbreitet.
Da der Kolben seine Abwärtsbewegung beginnt, wenn er in seinen Expansionshub in der zweiten Phase der Verbrennung übergeht, ist der in der Brennkammer strömende Wirbel nicht stark. Eine Turbulenz wird auch dann erzeugt, wenn eine nach außen gehende Luftströmung (ein sogenannter umgekehrter Quetschwirbel) von der Innenseite der Brennkammer die Vertiefung entlang der Seitenwandoberfläche bei der Abwärtsbewegung des Kolbens passiert.
Diese Turbulenz ist für ein erneutes Mischen des unverbrannten Gases und der Luft hilfreich. Die vorliegende Brennkammer ist eine vom Typ mit einspringendem Hohlraum und die Vertiefung ist vollständig in der Seitenwandoberfläche der Brennkammer ausgebildet, ohne sich zu der oberen Oberfläche des Kolbens zu erstrecken.
Somit kann unverbranntes Gas in der Brennkammer daran gehindert werden, aus der Brennkammer auszuströmen. Das unverbrannte Gas wird somit höchstens auf die Brennkammer begrenzt, so daß die in der Brennkammer verbliebene Luft in effektiver Weise verwendet werden kann.
In der ersten Phase der Verbrennung wird somit die Mischung aus Kraftstoff und. Luft durch den Wirbel und die Turbulenz beschleunigt, die durch die Vertiefung und den Wirbel erzeugt wird. In der zweiten Phase der Verbrennung wird dagegen die Mischung aus dem Kraftstoff und Luft durch die Turbulenz beschleunigt, die durch die Vertiefung und den Umkehr-Quetschwirbel erzeugt wird.
Somit kann der Kraftstoff in einer relativen kurzen Zeit, in der sich der Kolben in der Nähe seines oberen Totpunkts befindet, in zufriedenstellender Weise verbrannt werden. Folglich läßt sich die Motorausgangsleistung steigern, der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden, und der Ausstoß von NOx (Stickoxiden) und HC (Kohlenwasserstoff) läßt sich reduzieren.
Da das unverbrannte Gas an einem Ausströmen an der Brennkammer gehindert ist, kann ferner die Menge an HC in dem Abgas reduziert werden, und zusätzlich dazu kann die Entstehung von Ruß durch wirksame Ausnutzung der Luft in der Brennkammer gehemmt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Brennkammer ferner eine Rippe aufweisen, die an dem Kraftstoffauftreffbereich der Seitenwandoberfläche geformt und so ausgebildet ist, daß sie die Reflexionsrichtung des auftreffenden Kraftstoffsprühnebels in Abhängigkeit von der relativen Position des Kolbens in dessen Axialrichtung ändert. Während sich der Kolben in seiner Axialrichtung bewegt, ändert sich in diesem Fall die Position, an der der aus dem Kraftstoffeinspritzventil ausgestoßene Kraftstoff auf den Kraftstoffauftreffbereich auftrifft.
Der auf den Kraftstoffauftreffbereich aufgetroffene Kraftstoff wird somit derart reflektiert, daß er in Schichten in Axialrichtung der Brennkammer verteilt wird, so daß das Mischen von Kraftstoff und Luft noch weiter verbessert werden kann.
Gemäß der Erfindung kann sich ferner die Rippe im wesentlichen an dem Mittelbereich der Seitenwandoberfläche in Axialrichtung derselben befinden und sich so erstrecken, daß sie den Gesamtumfang der Brennkammer auf eine solche Weise bedeckt, daß die Vertiefung einen Teil der Rippe überlappt.
Da die Vertiefung so ausgebildet ist, daß sie einen Teil der Rippe überlappt, ist in diesem Fall die Länge des peripheren Rands der Vertiefung in Strömungsrichtung des Wirbels länger als in dem Fall, in dem die Brennkammer nicht mit der Rippe ausgestattet ist, so daß der Bereich für die Erzeugung von Turbulenzen erweitert wird. Die Mischung aus Kraftstoff und Luft kann somit zusätzlich beschleunigt werden.
Gemäß der Erfindung kann ferner das Kraftstoffeinspritzventil so in dem Zylinderkopf angeordnet sein, daß es sich in dem zentralen Bereich der Brennkammer befindet, und es kann eine Vielzahl von Düsen aufweisen, aus denen der Kraftstoff zu der Seitenwandoberfläche der Brennkammer radial ausgestoßen wird. Außerdem können die Vertiefungen derart ausgebildet sein, daß ihre Anzahl den Kraftstoffsprühnebeln entspricht, die einzeln aus den Düsen ausgestoßen werden.
Gemäß der Erfindung kann die Vertiefung eine solche Gestalt haben, daß ihre Tiefe zu der Abstromseite des Wirbels hin allmählich abnimmt. Bei dieser Anordnung kann das unverbrannte Luft-/Kraftstoffgemisch und dergleichen in der Vertiefung in einfacher Weise durch den Wirbel aus der Vertiefung ausgeleitet werden, so daß eine bessere Verbrennung sichergestellt ist.
Weiterhin kann gemäß der Erfindung die Brennkammer ferner einen konischen Vorsprung aufweisen, der vom Boden der Brennkammer vorsteht und zu dem Kraftstoffeinspritzventil hin ragt.
Die Erfindung ist aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen noch besser zu verstehen; darin zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kolben zur Erläuterung einer Brennkammer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie von Kraftstoffsprühnebeln;
Fig. 2 eine Schnittansicht des Kolbens entlang der Linie II-II der Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Relationen zwischen der Wärmeerzeugungsrate und dem Kröpfungswinkel eines Dieselmotors, der mit der Brennkammer gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ausgestattet ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines Teils eines Kolbens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 5 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Teils eines Dieselmotors, der mit der in Fig. 1 gezeigten Brennkammer ausgestattet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
Ein Kolben 1 eines in den Fig. 1 und 2 gezeigten Dieselmotors ist mit einer Brennkammer 4 vom Typ mit einspringendem Hohlraum versehen, der in seinem oberen Bereich ausgebildet ist. Die Kammer 4 öffnet sich in eine ebene obere Oberfläche 2 des Kolbens 1.
Die Brennkammer 4 mit einspringendem Hohlraum hat eine solche Gestalt, daß sie sich von ihrem offenen Ende 3 zu dem inneren Teil des Kolbens hin ausbreitet. Ein konischer Vorsprung 5 steht vom Boden der Brennkammer 4 vor und ragt zu einem Kraftstoffeinspritzventil 8 hin (wobei dieses später noch erläutert wird).
Eine Rippe 6 ist an einer Seitenwandoberfläche 4a der Brennkammer 4 in Richtung auf den zentralen Bereich der Kammer 4 ragend in Radialrichtung in einer im wesentlichen mittleren Position in bezug auf die Richtung einer Achse C des Kolbens 1 ausgebildet. Die Rippe 6 liegt in Form eines Rings vor, der sich kontinuierlich in Umfangsrichtung der Kammer 4 erstreckt.
Die Seitenwandoberfläche 4a ist derart ausgebildet, daß sie fünf Vertiefungen 7 mit sphärischer Innenoberfläche aufweist, die in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung der Brennkammer 4 angeordnet sind. Jede Vertiefung 7 überlappt einen Teil der Rippe 6.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist der Kolben 1 in einem Zylinder 10 gleitbar eingeordnet. Wenn der Kolben 1 seinen Ansaughub ausführt, wird ein Wirbel A Ansaugluft durch einen Ansaugkanal 11 in dem Zylinder 10 erzeugt. Ein Einlaßventil 12 ist an dem Ende des Ansaugkanals 11 vorgesehen, das mit dem Zylinder 10 verbunden ist.
Ein Auslaßventil 14 ist an dem Ende eines Auslaßkanals 13 vorgesehen, das mit dem Zylinder 10 verbunden ist. Der Wirbel A wird in dem letzten Stadium des Verdichtungshubs des Kolbens 1 auf die Brennkammer 4 des Kolbens 1 begrenzt gehalten.
In der letzten Stufe des Verdichtungshubs des Kolbens 1 bildet somit ein aus dem Kraftstoffeinspritzventil 8 eingespritzter Kraftstoff eine Vielzahl von Kraftstoffsprühnebeln 9. Das Ventil 8 ist beispielsweise mit fünf Düsen 8a versehen.
Das Ventil 8 stößt die Kraftstoffsprühnebel 9 in fünf winkelmäßig gleichen Umfangsrichtungen der Brennkammer 4 in der durch die Pfeile in Fig. 1 angedeuteten Weise in Richtung auf diejenigen Oberflächenbereiche (Kraftstoffauftreffbereiche 6a) der Rippe 6 auf der Seitenwandoberfläche 4a aus, die nicht mit den Vertiefungen 7 ausgebildet sind. Das Kraftstoffeinspritzventil 8 ist in einem Zylinderkopf 20 (in Fig. 5 gezeigt) so vorgesehen, daß es sich in dem zentralen Bereich der Brennkammer 4 befindet.
Während sich der Kolben 1 in seinem Verdichtungshub nach oben bewegt, treffen somit die in Richtung auf die Rippe 6 ausgestoßenen Kraftstoffsprühnebel 9 nacheinander gegen die Seitenwandoberfläche 4a sowie die Oberflächen 6b, 6c und 6d der Rippe 6 auf. Nachdem dies stattgefunden hat, können die Kraftstoffsprühnebel 9 vollständig mit Ansaugluft in der Brennkammer 4 gemischt werden, indem sie von den Oberflächen 4a, 6b, 6c und 6d in verschiedenen Richtungen in der Kammer 4 reflektiert werden.
Da der Ansaugwirbel A in der Brennkammer 4 erzeugt wird, können ferner die Kraftstoffsprühnebel 9 auch mittels des Wirbels A mit der Ansaugluft gemischt werden. Wenn sich der Wirbel A den Vertiefungen 7 zugewandt weiter bewegt, wird er von der Oberfläche der Rippe 6 getrennt und beträchtlich gestört, woraufhin getrennte Strömungen erzeugt werden.
Das Mischen der Ansaugluft und der Kraftstoffsprühnebel 9, die in Umfangsrichtung der Brennkammer 4 befördert werden, durch den Wirbel A wird somit durch die getrennten Strömungen beschleunigt. Ferner können auch die Kraftstoffsprühnebel 9, die durch den Wirbel A jeder der Vertiefungen 7 nahegebracht werden, von der Oberfläche der Rippe 6 getrennt werden und in der Vertiefung 7 mit Ansaugluft gemischt werden.
Wenn sich der Kolben 1 in Richtung seiner Achse C bewegt, treffen somit die Kraftstoffsprühnebel 9, die in Richtung des Bereichs in der Nähe der Rippe 6 der Brennkammer 4 ausgestoßen werden, auf die Seitenwandoberfläche 4a und die Oberflächen 6b, 6c und 6d der Rippe 6 auf und werden dadurch mittels des Wirbels A in verschiedenen Schichten reflektiert sowie mit Luft gemischt.
Ferner wird die Mischung aus Luft und Kraftstoffsprühnebeln 9, die durch den Wirbel A zu der Abstromseite der Brennkammer 4 in Umfangsrichtung der Kammer 4 befördert wird, durch eine Turbulenz beschleunigt, die auf der Abstromseite jeder Vertiefung 7 erzeugt wird. Da die Vertiefungen 7 ebenfalls Strömungen erzeugen, die sich von der Seitenwandoberfläche 4a trennen, kann eine Adhäsion des abgegebenen Kraftstoffs an der Wandoberfläche 4a und der Innenoberfläche jeder Vertiefung 7 reduziert werden.
Folglich können Kraftstoff und Luft in effizienter Weise gemischt werden, so daß die Ausnutzung von Luft verbessert werden kann. Wenn sich der Kolben 1 nach unten bewegt, ist ferner eine Turbulenz, die als Ergebnis davon erzeugt wird, daß sich umgekehrte Quetschwirbel (nach außen gehende Luftströmungen von dem Inneren der Brennkammer 4) entlang der Seitenwandoberfläche 4a sowie an den Vertiefungen 7 vorbei bewegen, zum erneuten Mischen von unverbranntem Gas und Luft hilfreich.
Somit kann der Kraftstoff in relativ kurzer Zeit in zufriedenstellender Weise verbrannt werden, wenn sich der Kolben 1 nahe seines oberen Totpunkts befindet und die Brennkammer 4 eine hohe Temperatur aufweist. Die Motorleistung läßt sich somit steigern, und der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden.
Da die Brennkammer 4 den konischen Vorsprung 5 aufweist, der von ihrem Boden vorsteht, kann Luft in dem zentralen Bereich der Kammer 4, die sich in dem Zentrum des Wirbels A befindet und so sanft strömt, daß ihre Verwendung wahrscheinlich vermindert wird, ebenfalls zu dem Außenumfangsbereich der Kammer 4 verteilt werden. Die Luftausnutzung läßt sich somit noch weiter verbessern.
Fig. 3 zeigt eine Wärmeerzeugungsrate E im Vergleich zu einem Kurbelwinkel O, wie sich dies im Leerlaufbetrieb des Dieselmotors ergibt. In Fig. 3 stellt die durchgezogene Linie X den Fall des Dieselmotors dar, der den Kolben 1 mit den Vertiefungen 7 aufweist, während die Kurve Y in unterbrochenen Linien den Fall eines Dieselmotors darstellt, der einen Kolben ohne die Vertiefungen 7 aufweist. Die Kurve X zeigt im Vergleich zu der Kurve Y daß der Kraftstoff in einer relativ kurzen Zeitdauer ab dem Beginn gut verbrennt und einen hohen Wärmefreisetzungswert für diese Zeitdauer gewährleistet, so daß die Motorleistung gesteigert wird.
Da die Kraftstoffsprühnebel 9 und die Ansaugluft in der vorstehend beschriebenen Weise vollständig in der Brennkammer 4 gemischt werden, läßt sich die Kraftstoffverbrennungsleistung beträchtlich verbessern, so daß die Entstehung von Zunder oder Ruß vermindert werden kann.
Somit läßt sich die Menge an EGR-Gas (Abgasrezirkulationsgas) in einem System mit Abgasrezirkulation zum Beispiel auf ein relativ hohes Niveau steigern, so daß die Entstehung von NOx in einfacher Weise reduziert werden kann.
In der Brennkammer 4 sind keine Vertiefungen 7 in den Oberflächenbereichen (Kraftstoffauftreffbereichen) 6a der Rippe 6 vorhanden, auf die die von dem Kraftstoffeinspritzventil 8 ausgestoßenen Kraftstoffsprühnebel 9 auftreffen.
Somit kann die Oberfläche der Rippe 6 in jedem Oberflächenbereich 6a nicht zu breit sein, so daß die Temperatur der Kraftstoffsprühnebel 9, die auf die Rippe 6 aufgetroffen sind, an einem Sinken gehindert werden kann. Da jede Vertiefung 7 in der Rippe 6 ausreichend kleiner als die eigentliche Brennkammer 4 ist, macht die Bildung der Vertiefungen 7 die Oberfläche der Seitenwandoberfläche 4a der Kammer 4 niemals zu breit.
Somit kann ein Absinken der Temperatur der Kraftstoffsprühnebel 9, die die Seitenwandoberfläche 4a der Brennkammer entlang strömen, verhindert werden, so daß auch ein Anstieg der Menge von HC in dem Abgas als unverbrannter Bestandteil unterbunden werden kann, ohne daß eine Möglichkeit zu einem Absinken der Zündbarkeit des Kraftstoffs besteht.
Die Vertiefungen 7 in der Rippe 6 sind von dem offenen Ende 3 der Brennkammer 4 in bezug auf den Kolben 1 in Richtung nach innen getrennt. Somit befindet sich ein Rand 7a jeder Vertiefung 7 auf der Seite der oberen Oberfläche 2 des Kolbens kurz vor dem offenen Ende 3.
Auf diese Weise wird verhindert, daß die Kraftstoffsprühnebel 9, die in die Brennkammer 4 hinein eingespritzt werden, sowie das in der Kammer 4 erzeugte Brenngas über die Vertiefungen 7 aus der Kammer 4 heraus in den Zylinder 10 strömen. Dies vereinfacht eine Begrenzung der Kraftstoffsprühnebel 9 und des Brenngases auf das Innere der Brennkammer 4, so daß eine Zunahme der Menge an HC in dem Abgas, das auf die Abgabe der unverbrannten Komponenten zurückzuführen ist, verhindert werden kann.
Da die Luft in der Brennkammer 4 in effektiver Weise ausgenutzt werden kann, kann ferner die Entstehung von Ruß vermindert werden, und die Brenneigenschaften des Kraftstoffs in der Kammer 4 lassen sich in zufriedenstellender Weise aufrechterhalten.
Da die Kapazität jeder Vertiefung 7 in der Rippe 6 ausreichend kleiner ist als die der Brennkammer 4, können die Vertiefungen 7 in der Praxis keinerlei Veränderung in dem Verdichtungsverhältnis der Kammer 4 hervorrufen. Somit lassen sich bestehende Kolben problemlos mit den Vertiefungen 7 ausbilden.
Bei der inneren Oberfläche jeder der auf diese Weise in der Rippe 6 ausgebildeten Vertiefung 7 handelt es sich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zwar um eine sphärische Oberfläche, jedoch kann es sich alternativ hierzu auch um eine gekrümmte Oberfläche mit elliptischem Querschnitt oder dergleichen oder um eine polygonale Oberfläche handeln.
Die gleichen Funktionen und Wirkungen des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels lassen sich auch durch Ausbildung von Vertiefungen mit einer beliebigen Formgebung erzielen, die einen Ansaugwirbel in der Brennkammer von der Seitenwandoberfläche der Brennkammer trennen können.
Fig. 4 zeigt eine modifizierte Vertiefung 7, die von ihrem tiefsten Bereich 7c in Richtung auf die Abstromseite des Ansaugwirbels A allmählich flacher wird. Die gleichen Wirkungen und Funktionen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lassen sich auch durch Ausbilden von Vertiefungen an den nachfolgend genannten Positionen unter Berücksichtigung von Quetschwirbeln (nach innen gehenden Luftströmungen von außerhalb der Brennkammer 4) in der Brennkammer 4 mit einspringendem Hohlraum erzielen, die erzeugt werden, wenn sich der Kolben 1 in dem Verdichtungshub befindet.
Die Vertiefungen befinden sich in Positionen, die von den Kraftstoffauftreffbereichen 6a versetzt sind, auf die die Kraftstoffsprühnebel 9 auf der Seitenwandoberfläche 4a in Umfangsrichtung des Kolbens 1 auftreffen, und sind in Richtung der Achse C des Kolbens 1 verschoben.
Ferner sind diese Vertiefungen derart ausgebildet, daß sie sich nicht zu dem offenen Ende 3 der oberen Oberfläche 2 des Kolbens erstrecken. Ein Teil des Ansaugwirbels A in der Brennkammer 4 kann durch die in dieser Weise angeordneten Vertiefungen in wirksamer Weise von der Seitenwandoberfläche 4a der Kammer 4 getrennt werden.
Es versteht sich, daß die Anzahl der Vertiefungen gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen in geeigneter Weise geändert werden kann und/oder daß die Anzahl der Vertiefungen, die in der Seitenwandoberfläche 4a der Brennkammer 4 ausgebildet sind, in geeigneter Weise von der Anzahl von Kraftstoffsprühnebeln 9, die aus den Düsen 8a des Kraftstoffeinspritzventils 8 ausgestoßen werden, verschieden gewählt werden kann.
Die Vertiefungen 7 gemäß jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind zwar in Form einer Reihe an der Seitenwandoberfläche 4a angeordnet, jedoch können sie auch durch in zwei Reihen angeordnete Vertiefungen ersetzt werden.
In diesem Fall sind kleinere Vertiefungen als die Vertiefungen 7 des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels über und unter der Rippe 6 derart angeordnet, daß die Vertiefungen die Oberflächen 6b und 6d überlappen.

Claims

1. Dieselmotor, der eine Brennkammer (4) hat und folgendes aufweist:

einen Ansaugkanal (11), der mit einem Zylinder (10) des Motors durch ein Einlaßventil (12) in Verbindung steht und dazu dient, in dem Zylinder (10) einen Wirbel (A) zu erzeugen, der um eine Achse des Zylinders (10) herum strömt,

einen Auslaßkanal (13), der mit dem Zylinder (10) durch ein Auslaßventil (14) in Verbindung steht,

einen Kolben (1), der in dem Zylinder (10) gleitbar angeordnet ist, und ein Kraftstoffeinspritzventil (8), das in einem Zylinderkopf (20) des Motors so vorgesehen ist, daß Kraftstoff direkt in den Zylinder (10) eingespritzt wird, und das dazu dient, Kraftstoff in Abhängigkeit von dem Verdichtungshub des Kolbens (1) einzuspritzen, wobei die Brennkammer (4) vom Typ mit einspringendem Hohlraum ist und einen Kolbenhohlraum aufweist, der im oberen Bereich des Kolbens (1) ausgebildet ist und eine solche Gestalt hat, daß sich eine Seitenwandoberfläche (4a) des Kolbenhohlraums von einem offenen Ende zu dem inneren Teil des Kolbens (1) hin ausbreitet,

- wobei die Brennkammer eine Vielzahl von Vertiefungen (7) aufweist, die in der Seitenwandoberfläche (4a) ausgebildet sind, wobei sich ein Rand (7a) der Vertiefung (7) an der Seite einer oberen Oberfläche (2) des Kolbens (1) in dem Kolbenhohlraum befindet, wobei jede Vertiefung (7) an der Abstromseite eines Kraftstoffauftreffbereichs (6a) der Seitenwandoberfläche (4a) in bezug auf den Wirbel (A) ausgebildet ist und der Kraftstoffauftreffbereich (6a) einen Kraftstoffsprühnebel (9) erhält, der von dem Kraftstoffeinspritzventil (8) ausgestoßen wird, und

- wobei das Kraftstoffeinspritzventil (8) so in dem Zylinderkopf (20) angeordnet ist, daß es sich in dem zentralen Bereich der Brennkammer (4) befindet, und eine Vielzahl von Düsen (8a) hat, aus denen der Kraftstoff nur zu einem jeweiligen Kraftstoffauftreffbereich (6a) der Seitenwandoberfläche (4a) der Brennkammer (4) radial ausgestoßen wird.

2. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Rippe (6) aufweist, die an dem Kraftstoffauftreffbereich (6a) der Seitenwandoberfläche (4a) geformt und so ausgebildet ist, daß sie die Reflexionsrichtung des auftreffenden Kraftstoffsprühnebels (9) in Abhängigkeit von der relativen Position des Kolbens (1) in Richtung einer Achse (C) des Kolbens (1) ändert.

3. Dieselmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rippe (6) im wesentlichen an dem Mittelbereich der Seitenwandoberfläche (4a) in der Richtung der Achse (C) befindet und sich so erstreckt, daß sie den Gesamtumfang der Brennkammer (4) auf eine solche Weise bedeckt, daß die Vertiefung (7) einen Teil der Rippe (6) überlappt.

4. Dieselmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Vertiefungen (7) ausgebildet ist, deren Anzahl den Kraftstoffsprühnebeln (9) entspricht, die einzeln aus den Düsen (8a) ausgestoßen werden.

5. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (7) eine solche Gestalt hat, daß ihre Tiefe zu der Abstromseite des Wirbels hin allmählich abnimmt.

6. Dieselmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen konischen Vorsprung (5) aufweist, der vom Boden der Brennkammer (4) vorsteht und zu dem Kraftstoffeinspritzventil (8) hin ragt.