AT1295U1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH AN INJECTION NOZZLE ARRANGED IN THE CEILING AREA OF THE INLET FLOW PATH - Google Patents
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Abstract
Bei einer Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal (8) und ein Ansaugrohr (2) gebildeten Einlaßströmungsweg (9) pro Zylinder (22), wobei eine in einer Nische (7) im Deckenbereich (4) des Strömungsweges (9) angeordnete Einspritzdüse (5) Kraftstoff in den Einlaßkanal (8) im Zylinderkopf (1) einspritzt, und wobei die Achse (23) zumindest eines Einspritzstrahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges (9) zur Mündungsöffnung (21) des Einlaßkanals (8) in den Zylinder (22) gerichtet ist, kommt es häufig zu unerwünschter Tröpfchen- und Filmbildung an den Einlaßkanalwänden. Um dies zu verhindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Nische (7) stromaufwärts des Mündungsbereiches der Einspritzdüse (5) beidseits eines in die Nische (7) hineinragenden, strömungsgünstig geformten Einspritzdüsenbutzens (13) Ausläufer (10) aufweist, welche stromaufwärts des Einspritzdüsenbutzens (13) stetig an der Deckenfläche (11) des Strömungsweges (9) auslaufen, wobei die Wand (12) des Strömungsweges (9), im Querschnitt betrachtet, im Bereich des Einspritzdüsenbutzens (13) konvex ausgebildet ist.In an internal combustion engine with one or more cylinders, at least one inlet flow path (9) per cylinder (22) formed by an inlet channel (8) and an intake pipe (2), one in a recess (7) in the ceiling area (4) of the flow path ( 9) arranged injection nozzle (5) injects fuel into the inlet channel (8) in the cylinder head (1), and the axis (23) of at least one injection jet obliquely to the axis of the inlet flow path (9) to the orifice (21) of the inlet channel (8) in the cylinder (22) is directed, undesirable droplet and film formation often occurs on the inlet channel walls. To prevent this, it is proposed according to the invention that the recess (7) upstream of the mouth region of the injection nozzle (5) on both sides of an aerodynamically shaped injection nozzle nozzle (13) protruding into the recess (7) has runners (10) which are located upstream of the injection nozzle nozzle ( 13) run out continuously on the ceiling surface (11) of the flow path (9), the wall (12) of the flow path (9), viewed in cross section, being convex in the region of the injection nozzle nozzle (13).
Description
AT 001 295 UlAT 001 295 Ul
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern, zumindest einem durch einen Einlaßkanal und ein Ansaugrohr gebildeten Einlaßströmungsweg pro Zylinder, wobei eine in einer Nische im Deckenbereich des Strömungsweges angeordnete Einspritzdüse Kraftstoff in den Einlaßkanal im Zylinderkopf einspritzt, und wobei die Achse zumindest eines Einspritzstrahles schräg zur Achse des Einlaßströmungsweges ζμκί Mündungsöffnung des Einlaßkanals in den Zylinder gerichtet ist. ^The invention relates to an internal combustion engine with one or more cylinders, at least one inlet flow path per cylinder formed by an inlet duct and an intake pipe, an injection nozzle arranged in a niche in the ceiling region of the flow path injecting fuel into the inlet duct in the cylinder head, and the axis of at least one injection jet obliquely to the axis of the inlet flow path ζμκί opening of the inlet channel is directed into the cylinder. ^
Aus der DE 36 24 899yist eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt, bei welcher die Einspritzdüse am Ansaug^rohr angeordnet ist und in den an das Ansaugrohr anschließenden Einlaßkanal Kraftstoff einspritzt.From DE 36 24 899y an internal combustion engine of the type mentioned is known, in which the injection nozzle is arranged on the intake pipe and injects fuel into the intake duct adjoining the intake pipe.
Eine weitere Brennkraftmaschine der genannten Art ist aus der USHPSi 4 957 08iybekannt, wobei die Einspritzdüse am Zylinderkopf befestigt ist und ebenfalls Kraftstoff in den Einlaßkanal einspritzt.Another internal combustion engine of the type mentioned is known from USHPSi 4 957 08i, the injection nozzle being fastened to the cylinder head and also injecting fuel into the intake port.
Der Nachteil dieser bekannten Brennkraftmaschinen ist, daß die im Mündungsbereich der Einspritzdüse im Ansaugrohr bzw. im Einlaßkanal ausgebildete Nische stromaufwärts durch eine Kante begrenzt wird, welche einen Strömungsabriß der einströmenden Ansaugluft verursacht. An der Kante entstehen Verwirbelungen, welche eine Ablenkung des Kraftstoffstrah-les verursachen und eine Anlagerung des Kraftstoffes an den Einlaßkanalwänden bewirken.The disadvantage of these known internal combustion engines is that the niche formed in the opening area of the injection nozzle in the intake pipe or in the inlet duct is delimited upstream by an edge which causes the intake air to flow in. At the edge, swirls occur which cause the fuel jet to deflect and cause the fuel to accumulate on the inlet duct walls.
Die Anlagerung des Kraftstoffes an den Kanalwänden wird auch dadurch verursacht, daß am Beginn der Einspritzung der Kraftstoffstrahl nicht - gemäß dem theoretischen Idealfall - scharf gebündelt, sondern mehr oder weniger stark gestreut ist. Während der Ventilüberschneidungsphase zwischen Auslaß- und Einlaßventilen kommt es zu einer einlaßseitigen Rückströmung, welche den flüssigen Kraftstoffilm Richtung Einspritzdüse zurückdrängt, wodurch sich schließlich an der Einspritzdüsenspitze Tropfen bilden. Dieser Effekt tritt bei Luftdurchsätzen von 67 kg pro Stunde auf und nimmt mit höheren Durchsätzen zu. Schließlich formen sich große Tropfen an der Einspritzdüsenspitze, welche sich loslösen. Die Kraft-stofftröpfchen sammeln sich schließlich in bestimmten Bereichen des Einlaßkanales und sorgen für eine unkontrollierte 2 AT 001 295 Ul Überfettung des Gemisches und ein Abweichen von der gewünschten Luftzahl.The accumulation of the fuel on the channel walls is also caused by the fact that at the beginning of the injection the fuel jet is not - in accordance with the theoretical ideal case - focused sharply but rather more or less scattered. During the valve overlap phase between the exhaust and intake valves, there is a backflow on the intake side, which forces the liquid fuel film back towards the injection nozzle, as a result of which drops form at the tip of the injection nozzle. This effect occurs at air throughputs of 67 kg per hour and increases with higher throughputs. Finally, large drops form at the tip of the injector, which become detached. The fuel droplets eventually collect in certain areas of the inlet channel and cause an uncontrolled 2 AT 001 295 Ul over-greasing of the mixture and a deviation from the desired air ratio.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Anlagern des eingespritzten Kraftstoffes an den Einlaßkanalwänden zu verhindern.The object of the present invention is to avoid these disadvantages and to prevent the injected fuel from accumulating on the inlet duct walls.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Nische stromaufwärts des Mündungsbereiches der Einspritzdüse in den Strömungsweg beidseits eines in die Nische hineinragenden Einspritzdüsenbutzens Ausläufer aufweist, welche stromauf- ten wärts des Einspritzdüsenbutzens stetig an der DecJqEläche des Deckenbereiches des Strömungsweges auslaufen, wobei die Wand des Strömungsweges, im Querschnitt betrachtet, im Bereich des Einspritzdüsenbutzens konvex ausgebildet ist. Die stromaufwärtigen Ausläufer der Nische sind aerodynamisch günstig mit stetig verlaufenden Strömungsoberflächen ausgebildet. Ein Teil der Luft des Strömungsweges strömt entlang der Deckenfläche des Strömungsweges, wodurch im Bereich der Einspritzdüsenspitze ein Strömungsabriß verhindert wird. Gleichzeitig wird der eingespritzte Kraftstoffstrahl beidseitig durch die Teil Strömungen eingeschlossen und bündelt den zu Einspritzbeginn buschig aufgefächerten Einspritzstrahl.According to the invention, this is achieved in that the niche upstream of the opening region of the injection nozzle in the flow path has spurs on both sides of an injection nozzle nozzle protruding into the niche, which upstream of the injection nozzle nozzle continuously on the DecJq surface of the ceiling region of the flow path, with the wall of the flow path viewed in cross section, is convex in the area of the injector nozzle. The upstream foothills of the niche are aerodynamically favorable with continuously flowing flow surfaces. Part of the air of the flow path flows along the ceiling surface of the flow path, whereby a stall is prevented in the area of the injector tip. At the same time, the injected fuel jet is enclosed on both sides by the partial flows and bundles the injection jet fanned out bushy at the start of the injection.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Querschnitt des Strömungsweges samt Nische im Mündungsbereich der Einspritzdüse stromabwärts des Einspritzdüsenbutzens etwa die Form eines gleichschenkeligen, in Richtung der Decl^-fläche zusammenlaufenden,, Dreieckes mit , abgerundeten Ecken aufweist. Durch diese zum Bereich der Deckjpläche zusammenlaufende Formgebung des Strömungsquerschnittes wird einerseits der Totraum der Einspritzdüsennische reduziert und andererseits die Durchströmung der Nische gefördert. Beides bewirkt, daß auch bei großen zurückströmenden Luftdurchsätzen Tropfenbildung an der Einspritzdüsenspitze verhindert wird.In an embodiment of the invention it is provided that the cross-section of the flow path including the niche in the mouth region of the injection nozzle downstream of the injection nozzle nozzle has approximately the shape of an isosceles triangle with rounded corners converging in the direction of the Decl ^ surface. This converging shape of the flow cross section to form the area of the cover surface reduces the dead space of the injection nozzle recess on the one hand and promotes the flow through the recess on the other. Both have the effect that drop formation at the tip of the injector nozzle is prevented even with large backward air throughputs.
In einer anderen, äußerst vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist vorgesehen, daß die Einspritzdüsenspitze in den vorzugsweise nischenlos ausgeführten Strömungsweg hineinragend angeordnet und von der Strömung umspült ist. Die Düsenspitze liegt damit nicht mehr in einem durch eine Nische gebildeten strömungsarmen Totraum, sondern in einem Bereich mit hohen Einströmungsgeschwindigkeiten.In another, extremely advantageous embodiment variant according to the invention it is provided that the injection nozzle tip is arranged so as to protrude into the flow path, which is preferably niche-free, and the flow flows around it. The nozzle tip is therefore no longer in a low-flow dead space formed by a niche, but in an area with high inflow velocities.
Unerwünschte Turbulenzen und Strömungsabrisse im Bereich der Düsenspitze können vermieden werden, indem der Ein- 3 AT 001 295 Ul spritzdüsenbutzen bis in den Strömungsweg hineinragend ausgebildet ist* und* zumindest stromaufwärts der Düsenspitze eine stetig verlaufende, strömungsgünstige Form aufweist.Undesired turbulence and flow stalling in the area of the nozzle tip can be avoided by designing the injection nozzle to protrude into the flow path * and * at least upstream of the nozzle tip having a continuous, streamlined shape.
Bei einer Brennkraftmaschine mit zwei benachbarten, durch eine Wand getrennten Einlaßkanälen pro Zylinder ist es vorteilhaft, wenn die Einspritzdüse im Bereich der die beiden Strömungswege trennenden Wand angeordnet ist, wobei die Düsenspitze im Bereich eines Wanddurchbruches liegt. Durch die strömungsgünstige Form des Einspritzdüsenbutzens stromaufwärts der Düsenspitze werden Wandablösungen und Strömungsabrisse vermrfieden, wodurch auch im Bereich der Düsenspitze hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorliegen.In an internal combustion engine with two adjacent intake ducts per cylinder separated by a wall, it is advantageous if the injection nozzle is arranged in the region of the wall separating the two flow paths, the nozzle tip being in the region of a wall opening. The aerodynamic shape of the injector nozzle upstream of the nozzle tip avoids wall detachments and flow breaks, which means that high flow velocities are also present in the area of the nozzle tip.
In einer besonders bevorzugten Ausbildungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, daß der Strömungsquerschnitt im gesamten Bereich des Einspritzdüsenbutzens und des Mündungsbereiches der Einspritzdüse annähernd konstant ausgeführt ist. Dadurch wird eine bessere Durchspülung ohne Strömungsablösun-gen erreicht.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the flow cross section is made approximately constant in the entire area of the injector nozzle and the mouth area of the injector. Thereby a better flushing without flow separation is achieved.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of the figures.
Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch den Zylinderkopf und ein erfindungsgemäß gestaltetes Ansaugrohr, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht auf die Flanschfläche des Ansaugrohres aus Fig. 1, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Einlaßströmungsweges im Längsschnitt, Fig. 5 bis 10 jeweils Querschnitte des Strömungsweges nach den Linien V-V, VI-VI, VII-VII, VIII-VIII, IX-IX und X-X in Fig. 4, Fig. 11 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäß gestalteten Strö- _ , , .Vr> LJineiicb.rtiib ... mungsweges für zwei Emlaßkanale γ nach der Linie XI-XI m Fig. 18, Fig. 12 bis 17 Strömungsquerschnitte nach den Linien XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV, XV-XV, XVI-XVI und XVII-XVII in Fig. 11.1 shows a section through the cylinder head and an intake pipe designed according to the invention, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a view of the flange surface of the intake pipe from FIG. 1, FIG. 4 a further embodiment of an inlet flow path designed according to the invention in longitudinal section, FIGS. 5 to 10 each cross sections of the flow path along the lines VV, VI-VI, VII-VII, VIII-VIII, IX-IX and XX in Fig. 4, Fig. 11 a another embodiment of a flow designed according to the invention, .Vr > LJineiicb.rtiib ... mungsweges for two outlet channels γ along the line XI-XI m Fig. 18, Fig. 12 to 17 flow cross-sections along the lines XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV, XV-XV, XVI-XVI and XVII-XVII in Fig. 11.
Fig. 1 zeigt ein an einen Zylinderkopf 1 angeflanschtes Ansaugrohr 2, wobei im Bereich der Flanschfläche 3 des Ansaugrohres 2 im Deckenbereich 4 eine Einspritzdüse 5 angebracht ist, deren Düsenspitze 6 in eine Nische 7 des durch das Ansaugrohr 2 und den Einlaßkanal 8 gebildeten Strömungsweges 9 einmündet.1 shows an intake pipe 2 flanged to a cylinder head 1, an injection nozzle 5 being fitted in the area of the flange surface 3 of the intake pipe 2 in the ceiling area 4, the nozzle tip 6 of which in a recess 7 of the flow path 9 formed by the intake pipe 2 and the inlet duct 8 flows into.
Mit 10 sind in Fig. 1 strichliert Ausläufer der Nische 7 angedeutet, welche stromaufwärts der Nische 7 in der 4 AT 001 295 UlWith 10 in Fig. 1 are dashed foothills of the niche 7, which upstream of the niche 7 in the 4 AT 001 295 ul
Deckenfläche 11 der Wand 12 des Strömungsweges 9 stetig aus-laufen.Ceiling surface 11 of the wall 12 of the flow path 9 continuously run out.
Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Strömungsquer-schnitt ersichtlich ist, sind die Ausläufer 10 beidseits eines konkav in den Strömungsweg 9 hineinragenden Einspritzdüsenbutzens 13 im Deckenbereich 4 des Strömungsweges 9 vorgesehen. Die entlang der Ausläufer 10 in die Nische 7 einströmende Luft umströmt beidseits die Einspritzdüsenspitze 6, wobei im Bereich der Nische 7 relativ hohe Strömungsgeschwindigkeiten vorherrschen.As can be seen from the flow cross section shown in FIG. 2, the extensions 10 are provided on both sides of an injector nozzle 13 projecting concavely into the flow path 9 in the ceiling region 4 of the flow path 9. The air flowing into the recess 7 along the outlets 10 flows around the injection nozzle tip 6 on both sides, relatively high flow velocities prevailing in the region of the recess 7.
Wie der in Fig. 3 ersichtlichen Draufsicht auf die Flanschfläche 3 zu entnehmen ist, weist der Strömungsweg 9 stromabwärts des Einspritzdüsenbutzens 13 im Bereich der Nische 7 einen Querschnitt in der Form eines etwa gleichschenke-ligen, in Richtung des Deckenbereiches 4 zusammenlaufenden Dreiecks mit abgerundeten Ecken auf.As can be seen from the top view of the flange surface 3 shown in FIG. 3, the flow path 9 downstream of the injector nozzle 13 in the area of the recess 7 has a cross section in the form of an approximately isosceles triangle with rounded corners in the direction of the ceiling area 4 on.
In Fig. 4 ist eine nischenlose Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, wobei der Zylinderkopf 1 lediglich durch die Zylinderkopf ebene 14, die Zylinderachse 15 und die Ventilachse 16 angedeutet ist. In dieser Ausführungsform ragt die Einspritzdüsenspitze 6 in den Strömungsweg 9 hinein und wird dadurch direkt von der hohe Strömungsgeschwindigkeiten aufweisenden Ansaugluft umströmt. Auch der Einspritzdüsenbutzen 13 ist in den Strömungsweg 9 hineinragend ausgebildet und stromaufwärts der Einspritzdüsenspitze 6 strömungsgünstig gestaltet, wobei der Einspritzdüsenbutzen 13 stetig in die Deckenfläche 11 der Wand 12 des Strömungsweges 9 ausläuft. Auch hier sind zwei in Längsrichtung des Strömungsweges 9 beidseits des Einspritzdüsenbutzens 13 verlaufende Ausläufer 10, in Fig. 4 durch eine strichlierte Linie dargestellt, vorgesehen, welche einen Teil der Luft beidseitig des Einspritzdüsenbutzens 13 zur Einspritzdüsenspitze 6 leiten und den dort austretenden Kraftstoff sofort mitreißen.4 shows a niche-less variant of the invention, the cylinder head 1 being indicated only by the cylinder head plane 14, the cylinder axis 15 and the valve axis 16. In this embodiment, the injector tip 6 projects into the flow path 9 and is therefore directly flowed around by the intake air having high flow velocities. The injector nozzle 13 is also designed to protrude into the flow path 9 and is designed to be aerodynamically upstream of the injector tip 6, the injector nozzle 13 continuously running into the ceiling surface 11 of the wall 12 of the flow path 9. Here, too, two outlets 10 running in the longitudinal direction of the flow path 9 on both sides of the injector nozzle 13, shown by a dashed line in FIG. 4, are provided, which conduct a part of the air on both sides of the injector nozzle 13 to the injector tip 6 and immediately entrain the fuel escaping there.
Aus den in den Fig. 5 bis 10 dargestellten Querschnitten des Strömungsweges 9, in welchen der teilweise sichtbare Einspritzdüsensitz mit 17 bezeichnet ist, ist deutlich die in Strömungsrichtung gesehen langsam zunehmende konvexe Einbuchtung des Einlaßströmungsweges 9 durch den Einspritzdüsenbutzen 13 zu erkennen. Ab der Einspritzdüsenspitze 6 stellt sich wieder in etwa der ursprüngliche Querschnitt des Strömungsweges 9 ein (Fig. 10). 5 AT 001 295 UlFrom the cross sections of the flow path 9 shown in FIGS. 5 to 10, in which the partially visible injector seat is designated 17, the convex indentation of the inlet flow path 9 through the injector nozzle 13, which is slowly increasing in the flow direction, can clearly be seen. From the injector tip 6, the original cross section of the flow path 9 is restored (FIG. 10). 5 AT 001 295 ul
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Strömungsweges 9 und die Positionierung der Einspritzdüsenspitze 6 in einer Zone mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten* ist auch bei einer im Bereich einer Trennwand 18 zwischen zwei Einlaßströmungswegen 9 angeordneten Einspritzdüse 5 möglich, wie aus den Fig. 11 bis 18 hervorgeht. Auch hier ist der Einspritzdüsenbutzen 13, welcher im Bereich der Trennwand 18 liegt und in die Strömungswege 9 beidseits der Trennwand 18 hineinragt, wie beispielsweise aus Fig. 13 zu entnehmen ist, stromaufwärts der Einspritzdüsenspitze 6 strömungsgünstig gestaltet und läuft in die Deckenflächen 11 der Strömungswege 9 allmählich aus. DieThe inventive design of the flow path 9 and the positioning of the injection nozzle tip 6 in a zone with high flow speeds * is also possible with an injection nozzle 5 arranged in the region of a partition 18 between two inlet flow paths 9, as can be seen from FIGS. 11 to 18. Here too, the injector nozzle 13, which lies in the region of the partition wall 18 and projects into the flow paths 9 on both sides of the partition wall 18, as can be seen, for example, from FIG. 13, has a streamlined design upstream of the injection nozzle tip 6 and runs into the ceiling surfaces 11 of the flow paths 9 gradually out. The
die Tthe T
Einspritzdüse 5 ist etwa symmetrisch zu einervjSrennwand 18 verlaufenden Mittelebene 19 ausgebildet. Im Bereich der Einspritzdüsenspitze 6 ist in der Trennwand 18 ein Wanddurchbruch 20 vorgesehen, wodurch die Einspritzdüse 5 in beide Strömungswege 9 Kraftstoff einspritzen kann, wie durch die auf die Mündungsöffnungen 21 in den Zylinder 22 gerichteten Strahlachsen 23 angedeutet ist. Durch den strömungsgünstig geformten, in die Strömungswege 9 hineinragenden Einspritzdüsen-butzen 13 wird die Einspritzdüsenspitze 6 entlang der Flächen 18' der Trennwand 18 mit hohen Geschwindigkeiten umströmt, wodurch die Benetzung der Trennwand 18 mit Kraftstoff verhindert und Turbulenzen im Bereich des Wanddurchbruches 20 möglichst klein gehalten werden.Injection nozzle 5 is formed approximately symmetrically with respect to a central plane 19 extending from partition 18. In the area of the injector tip 6, a wall opening 20 is provided in the partition 18, as a result of which the injector 5 can inject fuel into both flow paths 9, as indicated by the jet axes 23 directed into the orifices 21 in the cylinder 22. Due to the aerodynamically shaped injector nozzle 13 projecting into the flow paths 9, the injector tip 6 is flowed around at high speeds along the surfaces 18 ′ of the partition wall 18, thereby preventing the partition 18 from being wetted with fuel and keeping turbulence in the region of the wall opening 20 as small as possible will.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Strömungswege ist nicht nur auf eine am Ansaugrohr befestigte Einspritzdüse beschränkt. Die Einspritzdüse kann auch direkt am Zylinderkopf montiert sein, wobei Einspritzdüsenbutzen und Ausläufer und ggf. die Nische, zur Gänze oder z. T. im Deckenbereich des Einlaßkanales angeordnet sein können. 6The design of the flow paths according to the invention is not only limited to an injection nozzle attached to the intake pipe. The injection nozzle can also be mounted directly on the cylinder head, with injection nozzle slugs and extensions and possibly the niche, in whole or in. T. can be arranged in the ceiling area of the inlet channel. 6
Claims (5)
Priority Applications (2)
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