DE2909419A1

DE2909419A1 - Brennkammer fuer brennkraftmaschinen mit direkter einspritzung

Info

Publication number: DE2909419A1
Application number: DE19792909419
Authority: DE
Inventors: Seikichi Kanai; Kunihiko Komiyama; Masaru Okada
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1978-03-10
Filing date: 1979-03-09
Publication date: 1979-09-13
Also published as: GB2019938A; US4221190A; GB2019938B

Description

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER KomatSU

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer für Brennkraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs bzw. dem Gegenstand der Patentanmeldung P 27 39 419.0-13 der Anmelderin.

Es ist bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen die durch die Brennstoffverbrennung hervorgerufene Geräuschbildung reduziert und gleichzeitig die Verbrennungstemperatur und damit der NOx-Anteil der Auspuffgase gesenkt werden kann, wenn der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung in die Brennkammer in gewissem Ausmaß zurückgesetzt wird, so daß sich der Explosionsdruck und dessen Zunahmegeschwindigkeit verringern.

Auf der anderen Seite ergibt sich die Schwierigkeit, daß im allgemeinen bei Zurücknahme des Einspritzzeitpunktes der thermische Wirkungsgrad des Diesel-Prozesses abnimmt, so daß der Brennstoff-Verbrauch zunimmt und eine unvollkommene Verbrennung unter Bildung von schwarzem Auspuffgas oder Rauch eintreten kann.

Der Brennstoffverbrauch ist eine Funktion von 5 dM/dt«S·Tm.Td.de/dt, und in ähnlicher Weise sind- die Farbe des Auspuffgases, der NOx-Anteil der Auspuffgase, und die Geräuschbildung in der Maschine eine Funktion von dM/dt·S·Tm-Td*d©/dt.

Eine Verzögerung des EinspritzZeitpunkts dient zu einer Reduzierung der Zündverzögerung Td, und da eine mittlere Gastemperatur Tm des Zyklus und ein Wärmeerzeugungskoeffizient dö/dt verringert werden, verringern sich zugleich die Mischgeschwindigkeit von Brennstoff und Luft dM/dt und zeitliche und räumliche Verteilung S des Mischungsverhältnisses.

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Wenn daher der Zeitpunkt der Brennstoffeinspritzung verzögert wird, können der Geräuschpegel aufgrund der Brennstoffverbrennung und die NOx-Menge verringert werden, jedoch nimmt der Brennstoffverbrauch zu, so daß schwarzes Auspuffgas oder Rauch auf der Basis der obigen Beziehung gebildet wird. Zur Ausschaltung dieser Probleme ist es im Grunde nur notwendig, die Mischgeschwindigkeit dM/dt von Luft und Brennstoff bei der verzögerten Einspritzung zu steigern und die Verbrennungsgeschwindigkeit nach der Einspritzung zu erhöhen. Im einzelnen hängen die Bildung von schwarzem Auspuffgas und der erhöhte Brennstoffverbrauch davon ab, daß der Verbrennungsprozeß selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat. Zur Ausschaltung des angesprochenen Problems ist es daher notwendig, die Verbrennungsgeschwindigkeit zu erhöhen und damit den Verbrennungszeitraum zu verkürzen.

Zur Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit ist es notwendig, die Luftströmung und insbesondere die Luftströmung nach der Brennstoffeinspritzung innerhalb des Brennraums zu verstärken.

Unter Luftströmung soll im vorliegenden Zusammenhang eine größere Wirbelbewegung in der Brennkammer und eine daraus resultierende Turbulenz mit geringeren Abmessungen verstanden werden.

Zur Erzeugung der erwähnten Luftströmung ist es bekannt, einen viereckigen Brennraum in der Form einer viereckigen Aussparung im oberen Teil des Kolbenbodens zu verwenden.

Ein Brennraum dieser Form ermöglicht die Bildung von Luftturbulenzen mit kleinen Abmessungen durch eine große Wirbelbewegung der Luft in den Ecken des Quadrates, so daß eine starke Luftströmung erzeugt v/erden kann.

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Ein Brennraum dieser Form hat jedoch den Nachteil, daß die Intensität der Turbulenz mit kleinen Abmessungen, die in den Ecken des Quadrats erzeugt wird, und diejenige der großen Wirbelbewegung einander gegenläufig sind. Wenn der Radius R in den Ecken des Quadrats im Verhältnis zu dem Radius Ro des in die vierseitige Aussparung einbeschriebenen Kreises, d.h. R/Ro verringert ist, kann die Intensität der Luftturbulenzen mit kleinen Abmessungen in den Ecken des Quadrats erhöht werden. Wenn das Verhältnis R/Ro gesteigert wird, nimmt die Intensität des großen Luftwirbels zu, während die kleinen Turbulenzen in den Ecken des Quadrats abnehmen.

In jedem Falle ermöglicht es die herkömmliche erwähnte Brennkammer nicht, verstärkte Turbulenzen mit kleineren Abmessungen und einen starken, größeren Luftwirbel zu gleicher Zeit zu bilden. Die Turbulenzen können nur in den Ecken des Quadrats erzeugt werden, so daß insgesamt kein ausreichend starker Luftstrom entsteht.

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Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Brennkammer mit einer gleichseitig-polygonalen Aussparung und einer kreisringförmigen Aussparung mit glatten Übergängen in dem Kolben zu schaffen, die eine Annäherung an einen theoretischen Verbrennungsprozeß ermöglicht. Die Luftströmung soll durch zwei Luftwirbel in den beiden Aussparungen verbessert werden und der Auftreffwinkel des Brennstoffs in Bezug auf die Aussparungswand und der dadurch befeuchtete Bereich sollen so eingestellt sein, daß sich eine verbesserte Vermischung von Luft und Brennstoff ergeben.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.
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Erfindungsgemäß ist ein Brennraum für Brennkraftmaschinen mit direkter Brennstoffeinspritzung vorgesehen, der durch

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den Zylinderkopf, den Zylinder oder eine Zylinderbuchse und den Kolben begrenzt ist. Der Kolben weist eine Aussparung auf, in der ein Luftwirbel auf bekannte Weise erzeugt werden kann.
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Diese Aussparung umfaßt eine gleichseitig-polygonale Aussparung im oberen Bereich des Kolbens und eine kreisringförmige Aussparung im unteren Bereich des Kolbens, die kontinuierlich in die polygonale Aussparung übergeht. Ein Brennstoff-Einspritzventil mit einer Anzahl von Einspritzdüsen befindet sich oberhalb der Aussparungen und spritzt Brennstoffstrahlen radial gegen die Wand der Aussparungen.

Ein relativ langsamer Wirbel wird in der polygonalen Aussparung auch bei hohen Maschinendrehzahlen erzeugt, jedoch wird auch bei niedrigen Drehzahlen eine ausreichende Intensität der Verwirbelung beibehalten. Ein Wirbel relativ hoher Geschwindigkeit entsteht in der kreisringförmigen Aussparung bei hohen Maschinendrehzahlen, so daß sich Luftturbulenzen zwischen den beiden Wirbeln ergeben und die Luftströmung in der Brennkammer verbessern.

Die gleichseitig-polygonale Aussparung weist ausgerundete Ecken auf. Das Verhältnis des Radius dieser ausgerundeten Ecken zu dem Radius des einbeschriebenen Kreises der polygonalen Aussparung liegt erfindungsgemäß im Bereich von etwa 0,05 bis 0,8 und ergibt eine ausgezeichnete Luft-Brennstoff-Vermischung.

Die Einspritzwinkel des Brennstoffs in senkrechter und waagerechter Richtung sind ebenfalls für die Vermischung wesentlich und werden daher erfindungsgemäß festgelegt. 35

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich eine Verringerung des Geräuschpegels sowie eine Reduzierung

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der Menge der Stickoxide NOx in den Auspuffgasen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen

erfindungsgemäßen Brennraum;

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den Kolben

gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der Tiefe der polygona

len Aussparung zu der Tiefe der kreisringförmigen Aussparung und dem Turbulenzgrad des Fluidstroms in beiden Aussparungen;

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Fig. 4 erläutert den Mischvorgang zwischen

Luft und Brennstoff;

Fig. 5 ist eine entsprechende Draufsicht; 25

Fig. 6 veranschaulicht den Einspritzwinkel

der Einspritzdüse in senkrechter

Richtung;

Fig. 7 ist ein Diagramm zur Veranschauli-

chung eines Vergleichs der Auspuffgasfarbe und des relativen Brennstoffverbrauchs bei Änderungen der Einspritzrxchtung;

.

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Pig. 8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Verhältnis des Radius der ausgerundeten Ecken der polygonalen Aus-. sparung und dem Radius des einbe

schriebenen Kreises R/Ro und der Auspuffgasfarbe, dem relativen Brennstoffverbrauch und dem NOx-Anteil, wobei sich durchgezogene Linien auf hohe Luftwirbelgeschwindigkeiten und

gestrichelte Linien auf niedrige Luftwirbelgeschwindigkeiten beziehen;

Fig. 9 ist eine Draufsicht auf die obere, polygonale Aussparung zur Erläute

rung des Einspritzwinkels in waagerechter Richtung;

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Maschinenbetriebs in Ab

hängigkeit von dem waagerechten Einspritzwinkel unter Berücksichtigung der Auspuffgasfarbe und des relativen Brennstoffverbrauchs, wobei sich gestrichelte Linien auf eine Maschi

ne ohne Luftverwirbelung, die durchgezogenen Linien auf eine Maschine mit mittlerer Luftverwirbelung und die strichpunktierten Linien auf eine Maschine mit starker Luftverwir

belung beziehen;

Fig. 11 entspricht Fig. 2, zeigt jedoch eine andere Ausführungsform der Erfindung; ·

Fig. 12 ist ein Längsschnitt zu Fig. 11;

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Fig. 13 entspricht Fig. 2, zeigt jedoch

eine weitere Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 ist ein Längsschnitt zu Fig. 13.

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In Fig. 1 sind mit der Bezugsziffer 2 eine Zylinderbuchse oder ein Zylinder und mit 4 ein Zylinderkopf bezeichnet, der etwa im Mittelbereich der Zylinderbuchse ein Einspritzventil 14 für Brennstoff trägt. 5

Ein Kolben 10 weist eine obere, viereckige Aussparung 11 und eine untere, toroiden- oder kreisringförmige Aussparung 12 auf, die durch Gießen oder Bearbeiten zusammenhängend und in senkrechter Richtung ineinander übergehend hergestellt sind.

Die abgerundeten Ecken 11a der oberen, viereckigen Aussparung 11 liegen weiter innen als die inneren Umfangswände 12a der unteren, kreisringförmigen Aussparung Die innere ümfangswand 12a ist in senkrechter Richtung der Aussparung 12 gleichmäßig und durchgehend gekrümmt und geht mit einer Krümmung 13 glatt in die innere Umfangswand 11b der oberen, viereckigen Aussparung 11 über. Die untere, runde Aussparung 12 weist einen Boden 12b auf, der mit einem konvexen oder angehobenen Querschnitt versehen ist.

Bei der dargestellten Ausfuhrungsform weist die obere, viereckige Aussparung 11 eine Tiefe D und die untere, runde Aussparung 12 eine Tiefe H auf, bei denen das Verhältnis D/H etwa 0,75 beträgt.

Die innere Ümfangswand 11b der oberen viereckigen Aussparung 11 überragt die innere Ümfangswand 12a der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12 um einen Wert "Z".

Brennstoffstrahlen können in Richtung auf oder etwas unter die Krümmung 13 gerichtet werden.

Auf diese Weise entsteht ein großer Wirbel'"A" auf bekannte Weise innerhalb der viereckigen Aussparung 11, und Luftturbulenzen B mit kleineren Abmessungen bilden

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sich in den ausgerundeten Ecken 11a, während ein unterer großer Wirbel C innerhalb der unteren, runden Aussparung 12 entsteht.

Zugleich können sich Luftturbulenzen D' und E mit kleineren Abmessungen an der gekrümmten inneren Umfangswand 12a und der Krümmung 13 bilden.

Während des Ansaughubes entstehen der obere große Wirbel A und der untere große Wirbel C in bei Ansaugvorgängen bekannter Weise. Aufgrund einer starken Reibung zwischen dem oberen großen Wirbel A und den Seitenwänden 11c der oberen Aussparung 11 wird die Wirbelbewegung des oberen Wirbels A gebremst, so daß die Intensität des unteren großen Wirbels C stärker als diejenige des oberen Wirbels A wird.

Aufgrund der Wirbelgeschwindigkeit des unteren Wirbels C, die größer als diejenige des oberen Wirbels A ist, entsteht eine Turbulenz aufgrund einer Scherströmung zwischen dem oberen Wirbel A und dem unteren Wirbel C.

Die Intensität der Turbulenz aufgrund dieser Scherströmung ändert sich in Abhängigkeit von dem Verhältnis D/H oder dem Verhältnis der Tiefe D der oberen Aussparung 11 zu der Tiefe H der unteren Aussparung 12.

Fig. 3 zeigt den Turbulenzgrad, der sich durch Änderung des Verhältnisses D/H ergibt, wobei das Verhältnis des Innenradius r der unteren Aussparung 12 zu dem Radius Ro des in die obere, viereckige Aussparung 11 einbeschriebenen Kreises, d.h. r/Ro bei 1,2 liegt. Aus dem Diagramm der Fig. 3 geht hervor, daß eine befriedigend starke Luftturbulenz erzeugt wird, wenn das Verhältnis D H im Bereich von 0,3 bis 1,2 liegt. Vorzugsweise liegt das Verhältnis D/H im Bereich von 0,5 bis 1,0.

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Bei dem Diagramm der Fig. 3 wird der Turbulenzgrad ermittelt durch Division der senkrechten Reynoldssehen Scherspannung durch das Quadrat der mittleren Wirbelströmung.
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Da sich das Maß des Überhanges Z in Umfangsrichtung ändert, ändert sich auch die Intensität der Turbulenzen D¹ und E mit kleineren Dimensionen in umfangsrichtung, so daß Scherspannungen in diesen Bereichen entstehen und die Turbulenzen D¹ und E komplizierter werden.

Es können daher verschiedene Arten von Wirbel und Turbulenzen in der Brennkammer erzeugt werden, so daß der Luftstrom in der Brennkammer verstärkt wird und damit die Brennstoff-Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird, und der Brennstoffverbrauch kann verringert werden, so daß die Bildung von schwarzem Auspuffgas ausgeschaltet wird.

Anschließend soll ein bestimmter Verbrennungsprozeß erläutert werden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, werden Brennstoffstrahlen von einem Einspritzventil 14 an der Krümmung 13 zwischen den Aussparungen verteilt oder getrennt. Die Krümmung 13 dient somit als Grenze zwischen zwei Strömungsrichtungen, deren eine in die obere, viereckige Aussparung 11 und deren andere in die untere, kreisringförmige Aussparung 12 gerichtet ist. Die Brennstoffstrahlen treten schräg von oben in die Brennkammer ein, so daß sie zunächst durch den oberen großen Wirbel A hindurchgehen, der auch als Bereich langsamer Wirbelgeschwindigkeit bezeichnet werden kann, und sodann durch den Turbulenzbereich F hindurch den unteren Wirbel C erreichen, der eine hohe Wirbelgeschwindigkeit aufweist.

Da die Brennstoffstrahlen auf der Krümmung 13 oder etwas

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unterhalb dieser Krümmung auftreffen, gehen sie für die längste Zeit durch den mittleren Wirbelbereich F hindurch. Es ist erkennbar, daß die beste Verbesserung von Brennstoff und Luft erfolgt, wenn die Brennstoffstrahlen durch den Turbulenzbereich F hindurchgehen.

Fig. 5 zeigt den Vorgang der Vermischung des durch das Einspritzventil eingespritzten Brennstoffs mit Luft. Brennstoffstrahlen gehen durch einen Wirbelbereich G mit langsamer Wirbelgeschwindigkeit hindurch, ohne durch den Wirbel mitgenommen zu werden, und treten sodann in den Wirbelbereich H ein, indem sie in zufriedenstellender Weise mit Luft durch Turbulenzen vermischt werden, während sie durch den Wirbel in gewissem Ausmaß mitgenommen werden. Jedoch können verhältnismäß grobe Brennstoffteilchen nicht ausreichend mit Luft vermischt werden, und zwar auch nicht im Luft-Turbulenzbereich. Daraufhin treffen grobe Brennstoffteilchen auf den Hochgeschwindigkeits-Luftstrom in dem Wirbelbereich C, so daß die Zerteilung, Zerstäubung und Verdampfung der Brennstoffteilchen beschleunigt und diese in ausreichendem Maße im Bereich I mit Luft vermischt werden.

Es liegt auf der Hand, daß die Luftturbulenzen B,D und E mit geringen Abmessungen zu der erwähnten Bildung eines vermischten Dampfes beitragen. Der Durchsatz der Brennstoffstrahlen durch den Luftturbulenzbereich und der Durchgangszustand können gesteuert werden durch Änderung des Einspritzwinkels θ gemäß Fig. 4. 30

Wenn der obere Einspritzwinkel O₁ und der untere Einspritzwinkel θ₂ in Bezug auf die Krümmung 13 zur Messung der Farbe des Auspuffgases und des relativen Brennstoffverbrauchs geändert werden, tritt das in Fig. 7 gezeigte Ergebnis ein.

Dieses Diagramm zeigt, daß ein zufriedenstellendes Ergeb-

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nis erzielt werden kann, wenn der obere Einspritzwinkel Θ. etwa 5° und der untere Einspritzwinkel ©₂ bis etwa 14° beträgt. Ein vorzuziehender Einspritzwinkel liegt im Bereich von Q bis etwa 4°.
5

Wie bereits erwähnt wurde, existieren Luftwirbel und Turbulenzen aufgrund von Scherströmungen in der gesamten Brennkammer, so daß ein ausreichend starker Luftstrom erzeugt wird und die eingespritzten Brennstoffstrahlen vom Beginn des Einspritzvorganges an bis zu dessen Beendigung in ausreichender Weise mit Luft vermischt werden können und die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht wird.

Zur weiteren Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit des Brennstoffs nach der Zündung ist es notwendig, den Brennstoff zu verbrennen, der in allen Bereichen der Brennkammer nach Beendigung der Einspritzung verbleibt.

Diesem Zweck dient die erwähnte lokale Anwesenheit von Turbulenzen in der Brennkammer, jedoch ist die Anwesenheit von Wirbeln wichtiger für den Vermischungseffekt insgesamt.

Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform bewegt sich der untere, große Wirbel C in der unteren Aussparung wegen seiner hohen Wirbelgeschwindigkeit bei Beendigung der Brennstoff-Einspritzung und Beginn des Abwärtshubes des Kolbens aus dem unteren Bereich der Brennkammer in Richtung der oberen, viereckigen Aussparung 11, so daß die Brennstoffteilchen ausreichend mit Luft vermischt und die Verbrennungsgeschwindigkeit weiter erhöht wird. Zugleich tritt ein Luftstrom ein, der einem Verdrängungseffekt (squish) äquivalent ist, so daß Luftturbulenzen mit kleinen Abmessungen im unteren Bereich der oberen Aussparung 11 gebildet werden.

Die untere, kreisringförmige Aussparung 12 dient nicht

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nur zur Erzeugung einer Wirbelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem oberen großen Wirbel A und dem unteren großen Wirbel C, sondern auch als Speicherkammer für einen Hochgeschwindigkeitswirbel zur Bildung erneuter Wirbel in der gesamten Brennkammer während des Abwärtshubes des Kolbens.

Zur Erzielung einer guten Vermischung des Brennstoffs mit der Luft wird der Brennstoff in eine Brennkammer eingeleitet, in der eine lebhafte Luftströmung herrscht. Es sind verschiedene Versuche durchgeführt worden,um den optimalen Bereich des Verhältnisses des Radius der ausgerundeten Ecken 11a zu dem einbeschriebenen Kreis der oberen, viereckigen Aussparung 11, das mit R/Ro bezeichnet werden kann, zu ermitteln, bei dem ein ausreichend starker Luftstrom in der Brennkammer erzeugt werden kann.

Die obere Aussparung 11 muß im gesamten Bereich des Verhältnisses R/Ro die Eigenschaften einer viereckigen Aussparung beibehalten.

Die Beziehung zwischen dem Verhältnis R/Ro und der Auspuffgasfarbe, dem relativen Brennstoffverbrauch und dem NOx-Anteil ist in Fig. 8 widergegeben. Bei dieser Ausführungsform beträgt das Verhältnis D-H 0,66. Durchgezogene Linien beziehen sich auf Hochgeschwindigkeitswirbel und gestrichelte Linien auf Wirbel niedriger Ge-? schwindigkeit.

Aus der Zeichnung geht hervor, daß ein angemessener Bereich für R/Ro zwischen 0,05 und 0,8, insbesondere im Bereich von 0,3 bis 0,6 liegen.

Wenn das Verhältnis R/Ro innerhalb dieses Bereiches gewählt wird, können die Auspuffgasfarbe, der relative Brennstoffverbrauch und der NOx-Anteil wesentlich verbessert werden.

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Wie bereits ausgeführt wurde, liegt der optimale Einspritzwinkel in senkrechter Richtung im Bereich von -5° bis 14° und insbesondere im Bereich von 0 bis 4°.

Zur Erzielung eines ausgezeichneten Brennstoff-Luft-Gemisches spielt nicht nur der senkrechte, sondern auch der waagerechte Einspritzwinkel eine wichtige Rolle, so daß er entsprechend festgelegt werden sollte.

Gemäß Fig. 5 wird der eingespritzte Brennstoff beim Durchgang durch den Luftwirbel in einer Kurvenbahn mitgenommen .

Da auf der anderen Seite die obere Aussparung viereckig ausgebildet ist, werden Luftturbulenzen B mit geringen Abmessungen in den Ecken 11a gebildet, so daß dort die Luftdichte erhöht wird. Daher werden die eingespritzten Brennstoffstrahlen so gesteuert, daß sie in die Endbereiche 11a gelangen, so daß sich eine ausgezeichnete Vermischung ergibt. Die Anzahl der Einspritzdüsen oder Einspritzventile sollte daher gleich der Anzahl der Ecken der viereckigen Aussparung sein, und der Brennstoff sollte auf der stromaufwärtigen Seite des Luftwirbels in Bezug auf eine Bezugslinie P eingespritzt werden, die den Mittelpunkt der Einspritzdüse 14 mit der jeweiligen Ecke 11a der viereckigen Aussparung 11 verbindet, wie es in Fig. 9 gezeigt ist.

In einer Versuchsreihe wurde der optimale Bereich des waagerechten Einspritzwinkels anhand der Auspuffgasfarbe und des relativen Brennstoffverbrauchs bestimmt. Die Versuchsergebnisse gehen aus Fig. 10 hervor.

Die gestrichelten Linien beziehen sich auf eine Maschine ohne Verwirbelung, die durchgezogenen Linien auf eine Maschine mit Verwirbelung mittlerer Intensität und die strichpunktierten Linien auf eine Maschine mit starker

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Verwirbelung. Die Versuche wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt.

D/H = 0,66

r/Ro = 1,2

R/Ro =0,4

Die Linien U und V stellen Richtwerte dar, die bei dem Experiment zu erreichen waren.
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Ein Wert ist um so besser, je niedriger er liegt.

Aus Fig. 10 geht hervor, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn der Einspritzwinkel bei einer Maschine ohne Wirbelbildung gleich 0 ist. Je stärker die Wirbelbildung ist, desto größer wird der Einspritzwinkel. Bei besten Ergebnissen bis zu einem maximalen Einspritzwinkel von etwa 30°.

Daher sollte ein vorzuziehender Einspritzwinkel in Bezug auf die waagerechte Richtung im Bereich von etwa 0 bis 30° auf der stromaufwärtigen Seite des Luftwirbels liegen, bezogen auf eine Bezugslinie zwischen dem Mittelpunkt der Einspritzdüse 14 und der jeweiligen Ecke 11a der viereckigen Aussparung 11.

Fig. 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Mittelpunkt der Aussparung gegenüber dem Mittelpunkt des Kolbens versetzt ist. Bei dieser Ausführungsform liegt die obere, viereckige Aussparung ebenfalls koaxial zu der unteren, kreisringförmigen Aussparung 12. Bei kleinen Maschinen mit hoher Leistung ist es üblich, relativ große Einlaß- und Auslaßventile zu
verwenden, damit die Wirksamkeit des Ansaug-: und Auspuff-Vorganges verbessert wird. Bei derartigen kleinen Maschinen ist es daher kaum möglich, Aussparungen koaxial zu dem Kolben vorzusehen.

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Mit 20 ist ein Einlaßventil und mit 22 ein Auslaßventil bezeichnet.

Angesaugte Luft aus dem Einlaßventil 20 gelangt in die viereckige Aussparung ' 11 und bildet einen oberen großen Wirbel A sowie einen unteren großen Wirbel C in der unteren, runden Aussparung 12.

Wie bei der ersten Ausführungsform entsteht eine Luftturbulenz P zwischen den Wirbeln A und C aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Wirbelbewegungen.

Die Geschwindigkeit der "Verdrängung", die sich durch die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens ergibt, ändert sich in Abhängigkeit von der Position der Aussparung in Bezug auf die Mitte des Kolbens.

Die Verdrängungsgeschwindigkeit ist daher auf der versetzten Seite größer und auf der gegenüberliegenden Seite geringer. Dadurch werden unregelmäßige Luftturbulenzen in der Brennkammer erzeugt, die zu einer ausgezeichneten Vermischung von Luft und Brennstoff führen.

Fig. 13 und 14 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die obere, viereckige Aussparung 11 und die untere, runde Aussparung 12 gegeneinander versetzt und gemeinsam gegenüber der Kolbenmitte versetzt sind. Aufgrund dieser komplizierten Ausbildung der Aussparungen entstehen in noch höherem Maße unregelmäßige Luftturbulenzen in der Brennkammer, die zu einer guten Vermischung führen.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4B00 B!e!efe!d

Triftstraße 4 Siekerwall 7 2909419

FP 79-2-Ger.
St/ri

KABUSHIKI KAISHA KOMATSU SEISAKUSHO 3-6, 2-chome, Akasaka, Minato-ku, TOKYO, Japan

Brennkammer für Brennkraftmaschinen mit direkter

Einspritzung

PRIORITÄT: 10. März 1978, Japan, No. 29,658/78 10. März 1978, Japan, No. 29,659/78 10. März 1978, Japan, No. 29,660/78

ZUSATZANMELDUNG ZU P 27 39 419.0-13 PATENTANSPRÜCHE

ί 1 .J Brennkammer für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, die durch einen Zylinderkopf, eine Zylinderbuchse und einen mit einer Aussparung im Kolbenboden versehenen Kolben begrenzt ist, mit einer mehrere Düsenöffnungen aufweisenden Einspritzdüse, die im wesentlichen im Mittelbereich der Aussparung angeordnet ist und deren Düsenöffnungen Brennstoffstrahlen radial gegen die Wände der Aussparung abgeben, wobei die Aussparung im oberen Bereich eine im wesentlichen gleichseitig-polygonale

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Aussparung und im unteren Bereich eine im wesentlichen kreisringförmige Aussparung umfaßt, bei denen das Verhältnis der Tiefe D der oberen Aussparung zu der Tiefe H der unteren Aussparung etwa 0,3 bis 1,2 beträgt, gemaß Patentanmeldung P 27 39 419.0-13, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichseitig-polygonale Aussparung (11) ausgerundete Ecken (11a) aufweist und daß das Verhältnis des Radius (R) der ausgerundeten Ekken zu dem Radius (Ro) des in die obere Aussparung einbeschriebenen Kreises etwa im Bereich von 0,05 bis 0,8 liegt.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Einspritzdüsen des Einspritzventils gleich der Anzahl der Ecken (11a) der gleichseitig-polygonalen Aussparung (11) ist und daß die Brennstoffstrahlen auf die stromaufwartige Seite eines in der Brennkammer umlaufenden Luftwirbels in Bezug auf eine Bezugslinie zwischen der Mitte des Einspritzventils

(14) und der jeweiligen Ecke (11a) der polygonalen Aussparung (11) gerichtet sind, wobei der Einspritzwinkel in waagerechter Richtung im Bereich von etwa 0 bis 30° in Bezug auf diese Bezugslinie (P) liegt.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichseitig-polygonale Aussparung (11) und die kreisringförmige Aussparung (12) koaxial zueinander liegen und gemeinsam in Bezug auf die Mitte des Kolbens (10) seitlich versetzt sind.
4. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichseitig-polygonale Aussparung (11) und die kreisringförmige Aussparung (12) gegeneinander und gemeinsam in Bezug auf die Mitte des Kolbens (10) seitlich versetzt sind.

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