DE1260859B - Diesel internal combustion engine with direct fuel injection - Google Patents

Diesel internal combustion engine with direct fuel injection

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Description

Diesel-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung Die Erfindung betrifft eine Diesel-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in einen rotationssymmetrischen, z. B. ellipsoid- oder birnenförmigen Brennraum, in den beim Verdichtungshub nahezu die gesamte Verbrennungsluft unter einer um die Zylinderachse kreisenden Bewegung einströmt und der Kraftstoff aus einer zur Rotationsachse des Brennraums und damit zur Brennraumöffnung außermittig angeordneten Mehrlochdüse derart eingespritzt wird, daß zur örtlichen Festlegung der ersten Selbstzündung durch den Kraftstoffstrahl von der kürzesten freien Strahllänge der Rand der Brennraumseitenwandung von einem Anteil des Mantels dieses Kraftstoffstrahles entgegen der radialen Bewegungskomponente der in den Brennraum überströmenden Verbrennungsluft überspritzt wird, nach Patent 1175 486.Diesel internal combustion engine with direct fuel injection Die The invention relates to a diesel internal combustion engine with direct fuel injection in a rotationally symmetrical, z. B. ellipsoidal or pear-shaped combustion chamber, in the compression stroke almost all of the combustion air under one to the Cylinder axis circling motion flows in and the fuel flows out to the axis of rotation of the combustion chamber and thus eccentrically arranged multi-hole nozzle to the combustion chamber opening is injected so that to localize the first auto-ignition by the fuel jet from the shortest free jet length the edge of the combustion chamber side wall of a portion of the jacket of this fuel jet against the radial movement component the combustion air flowing into the combustion chamber is sprayed over, according to the patent 1175 486.

Bei den bekannten Diesel-Brennkraftmaschinen dieser Art ist die Düsenachse meist in der Längsachse des Brennraumes angeordnet, und die Kraftstoffstrahlen, deren Achsen auf einem Kegelmantel liegen, haben praktisch gleiche Längen. Der Kraftstoff wird auf mehrere, über dem Brennraumumfang etwa symmetrisch verteilte Bereiche des Brennraumes bzw. der Brennraumwand aufgeteilt, was für eine gute Gemischbildung, selbst bei relativ geringer Luftwirbelung im Brennraum, förderlich ist.In the known diesel internal combustion engines of this type, the nozzle axis is mostly arranged in the longitudinal axis of the combustion chamber, and the fuel jets, the axes of which lie on a cone shell have practically the same lengths. The fuel is distributed over several areas of the The combustion chamber or the combustion chamber wall, what a good mixture formation, even with relatively little air turbulence in the combustion chamber, is beneficial.

Ein Nachteil einer derartigen Kraftstoffeinspritzung liegt jedoch darin, daß angesichts der symmetrischen Ausbildung der Kraftstoffstrahlen diese sämtlich die gleichen Voraussetzungen zur ersten Selbstzündung bieten; infolgedessen kann die Selbstzündung an mehreren Stellen des Brennraumes gleichzeitig einsetzen.However, there is a disadvantage of such a fuel injection that in view of the symmetrical design of the fuel jets this all offer the same prerequisites for the first compression ignition; Consequently auto-ignition can start at several points in the combustion chamber at the same time.

Erfahrungsgemäß neigen die mit einer solchen Kraftstoffeinspritzung arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschinen zum Klopfen und bei geringer Luftbewegung alsbald zum Rauchen, so daß nur mäßige Verbrennungsmitteldrücke erreicht werden können.Experience has shown that those with such a fuel injection tend to be working diesel internal combustion engines for knocking and with little air movement Immediately to smoke, so that only moderate combustion agent pressures are achieved can.

Es ist bereits empfohlen worden, die Mehrlochdüse mit einer zusätzlichen Austrittsbohrung für einen »Zündstrahl« zu versehen, der in das heiße Zentrum des Verbrennungsraumes gerichtet ist. Abgesehen davon, daß einer Erhöhung der Anzahl der Düsenbohrungen, insbesondere bei kleinerem Motorhubvolumen, der Nachteil einer leichten Verstopfung der dann entsprechend engen Düsenbohrungen entgegensteht, hat die Erfahrung gezeigt, daß eine solche Maßnahme in den meisten Fällen nicht ausreicht, um die Verbrennung wesentlich zu verbessern. Sie erbringt vor allem dann nicht die gewünschte Wirkung, wenn die Brennraumwandung im Betrieb größere örtliche Temperaturdifferenzen aufweist; dies ist aber in der Regel der Fall, da erfahrungsgemäß die Temperaturen an dem die Einströmöffnung des Brennraumes begrenzenden Rand wesentlich höher liegen als im Bereich des Brennraumbodens.It has already been recommended to equip the multi-hole nozzle with an additional To provide an outlet hole for a "pilot jet" that enters the hot center of the Combustion chamber is directed. Apart from that, an increase in the number the nozzle bores, especially with a smaller engine displacement, the disadvantage of a slight clogging of the then correspondingly narrow nozzle bores opposes experience has shown that such a measure is in most cases insufficient, to significantly improve combustion. Above all, it does not produce that Desired effect if the combustion chamber wall has larger local temperature differences during operation having; but this is usually the case, since experience has shown the temperatures at the edge delimiting the inflow opening of the combustion chamber lie significantly higher than in the area of the combustion chamber floor.

Es ist auch schon vorgeschlagen -worden, bei Einspritzbrennkraftmaschinen, die im Zylinderdeckel oder Kolbenboden einen kugel-, drehellipsoid- oder ringwulstförmigen Brennraum aufweisen, der nahezu die gesamte verdichtete Luft aufnimmt, die Mehrlochdüse mit ihren symmetrisch um die Düsenachse verteilten Düsenböhrungen außermittig im Brennraum unterzubringen. Der Zweck dieser Anordnung bestand darin, durch geneigtes Auftreffen der Kraftstoffstrahlen auf die Brennraumwand diese Strahlen in Umfangsrichtung des Brennraumes abzulenken und auf diese Weise eine innigere Mischung des Kraftstoffes mit der Luft zu erzielen, als dies bei etwa senkrechtem Auftreffen möglich sein sollte.It has also already been proposed for injection internal combustion engines those in the cylinder cover or piston crown are spherical, ellipsoidal or ring-bead-shaped Have combustion chamber that absorbs almost all of the compressed air, the multi-hole nozzle with their nozzle bores distributed symmetrically around the nozzle axis eccentrically in the To accommodate combustion chamber. The purpose of this arrangement was to sloped through If the fuel jets hit the combustion chamber wall, these jets in the circumferential direction deflect the combustion chamber and in this way a more intimate mixture of the fuel to achieve with the air than would be possible with approximately vertical impact should.

Da nach diesem Vorschlag die Kraftstoffstrahlen stets nur auf die Innenwand des Brennraumes gerichtet werden und auch trotz ihrer unterschiedlichen Längen nur wenig voneinander abweichende Bedingungen für eine erste Selbstzündung bestehen, sind hinsichtlich der Unsicherheit über den Ort des Zündeinsatzes, des Klopfens und Rauchens sowie der Verbrennungsmitteldrücke die gleichen Nachteile vorhanden wie bei einer symmetrischen Einspritzung mittels einer in der Achse des Verbrennungsraumes angeordneten Düse. Außerdem ragt die Mehrlochdüse relativ weit in den Brennraum hinein.Since, according to this proposal, the fuel jets always only on the Inner wall of the combustion chamber are directed and also despite their different Lengths there are only slightly different conditions for a first spontaneous ignition, are with regard to the uncertainty about the location of the start of the ignition, the knocking and smoking as well as combustion agent pressures have the same disadvantages as with a symmetrical injection by means of one in the axis of the combustion chamber arranged nozzle. In addition, the multi-hole nozzle protrudes relatively far into the combustion chamber into it.

Neuere Kraftstoffeinspritzverfahren arbeiten mit einer Einspritzung in Richtung einer starken Eintrittsdrallströmung der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft, wobei durch mehrere asymmetrisch zur Düsenachse angeordnete Düsenbohrungen zumindest ein großer Anteil des Kraftstoffes unter einem mehr oder weniger flachen Winkel -beispielsweise fächerartig - auf einen Teil der Brennraumwandung aufgespritzt und anschließend von dieser Wandung in Dampfform wieder abgelöst, mit der Verbrennungsluft vermischt und verrannt wird. Die dabei auftretende, relativ große Kraftstoffdichte auf einem begrenzten - durch ,gegebenenfalls fächerartige Aufteilung der Kraftstoffstrahlen nur wenig ausgeweiteten - Bereich der Brennraumwand zwingt dazu, zur Ablösung des Kraftstoffes sehr heftige Drallströmungen der Verbrennungsluft zu erzeugen und zu diesem Zweck besondere zusätzliche Maßnahmen anzuwenden, wie beispielsweise die Anordnung eines spiralförmigen Lufteintrittskanals, der bei Mehrzylindermotoren große Schwierigkeiten in der Ausbildung der Zylinderköpfe mit sich bringt, oder die Anordnung besonderer Ablenkschirme an den Einlaßventilen.Newer fuel injection methods work with an injection in the direction of a strong inlet swirl flow that flows into the combustion chamber Combustion air, with several nozzle bores arranged asymmetrically to the nozzle axis at least a large proportion of the fuel under a more or less flat Angle - for example fan-like - sprayed onto part of the combustion chamber wall and then detached again from this wall in vapor form with the combustion air gets mixed up and burned away. The relatively high fuel density that occurs in the process on a limited - through, possibly fan-like division of the fuel jets only slightly expanded - area of the combustion chamber wall forces to detach the Fuel to generate very violent swirl currents of the combustion air and to to apply special additional measures for this purpose, such as the Arrangement of a spiral air inlet duct, which is used in multi-cylinder engines brings great difficulties in the design of the cylinder heads, or the placement of special deflector screens on the intake valves.

Bei diesen bekannten Einspritzverfahren ergeben sich zwar Brennstoffstrahlen unterschiedlicher Länge und demgemäß abweichender Gestalt. Diese Brennstoffstrahlen treffen jedoch sämtlich auf im Betrieb kühler bleibende Teile der Brennraumwand auf, und der Punkt der ersten Selbstzündung ergibt sich mehr oder weniger zufällig; sie ist nicht an eine bestimmte Stelle des Brennraumes gebunden. Aus diesem Grund können auch hierbei nicht die optimalen Verhältnisse erzielt werden, wie sie vergleichsweise bei Brennkraftmaschinen der Ottobauart durch einen örtlich und zeitlich festgelegten Zündfunken erreichbar sind.In these known injection methods, fuel jets do indeed result different length and accordingly different shape. These fuel jets however, they all hit parts of the combustion chamber wall that remain cooler during operation on, and the point of the first self-ignition is more or less random; it is not tied to a specific point in the combustion chamber. For this reason the optimal conditions cannot be achieved here either, as they are comparatively for internal combustion engines of the Otto type by a fixed location and time Ignition sparks are attainable.

Ein ähnlicher bekannter Vorschlag zur besseren Verteilung und Zündung des eingespritzten Brennstoffes in einer als Wirbelkammer ausgebildeten asymmetrisch gestalteten Brennkammer, die sehr stark exzentrisch in Kolben angeordnet ist und in der die beim Verdichtungshub über eine überfallkante einströmende Verbrennungsluft einen kräftigen Luftwirbel erzeugt, geht dahin, den größten Teil des Kraftstoffes mittels einer oder mehrerer Bohrungen der unter einem großen Winkel zur Zylinderachse geneigten und in der Nähe des äußeren Zylinderrandes mit ihrem Düsenkopf angeordneten Einspritzdüse auf eine der Überfallkante gegenüberliegende Schrägfläche des Verbrennungsraumes etwa gleichsinnig mit dem Luftwirbel aufzuspritzen, während gleichzeitig durch eine besondere Düsenbohrung ein zur Versorgung der übrigen Teile der Brennkammer bestimmter Kraftstoffstrahl gegen den heftigsten Wirbel im Bereich der Überfallkante in die Brennkammer hineingespritztwird. In diesem Kraftstoffstrahl erfolgt .die erste Selbstzündung des Kraftstoffes, in deren Flamme sodann der von der Schrägfläche der Brennkammer abgelöste bzw. auf den Luftraum der Kammer verteilte Kraftstoff durch den Luftwirbel eingebracht wird, so daß die Hauptverbrennung am Ab= lösewirbel der Überfallkante erfolgt.A similar well-known suggestion for better distribution and ignition of the injected fuel in a swirl chamber designed asymmetrically designed combustion chamber, which is arranged very eccentrically in the piston and in which the combustion air flowing in over an overflow edge during the compression stroke creates a powerful vortex of air that goes into most of the fuel by means of one or more bores at a large angle to the cylinder axis inclined and arranged in the vicinity of the outer cylinder edge with their nozzle head Injection nozzle on an inclined surface of the combustion chamber opposite the overflow edge to be sprayed in the same direction as the air vortex, while at the same time through a special nozzle hole intended to supply the remaining parts of the combustion chamber Fuel jet against the most violent eddy in the area of the overflow edge in the Combustion chamber is injected. The first self-ignition takes place in this fuel jet of the fuel, in whose flame then that of the inclined surface of the combustion chamber fuel detached or distributed over the air space of the chamber by the air vortex is introduced so that the main combustion at the Ab = detachment eddy of the overflow edge he follows.

Auch bei dieser Brennkraftmaschine ist der örtliche und zeitliche Einsatz der Zündung nicht bestimmt, da die Selbstzündung an einer oder mehreren Stellen des relativ langen Zündstrahles im Innern des Brennkammerraumes erfolgen kann und nicht nur von der Ausbildung des Zündstrahles selbst, sondern auch von der Intensität der Luftbewegung oder -wirbelung abhängig ist. Außerdem müssen die Düsenbohrungen im Düsenkopf asymmetrisch verteilt sein, worin bekanntlich ein Nachteil besteht.In this internal combustion engine, too, the local and temporal Use of the ignition is not determined because the self-ignition occurs on one or more Place the relatively long pilot jet inside the combustion chamber space can and not only from the formation of the pilot jet itself, but also from depends on the intensity of the air movement or turbulence. In addition, the Nozzle bores in the nozzle head be distributed asymmetrically, which is known to be a disadvantage consists.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben geschilderten Nachteile bekannter Diesel-Brennkraftmaschinen mit direkter Kraftstoffeinspritzung mittels einer Mehrlochdüse zu beseitigen; sie bezieht sich auf eine spezielle Diesel-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in einen rotationssymmetrischen, z. B. ellipsoid- oder birnenförmigen Brennraum, in den beim Verdichtungshub nahezu die gesamte Verbrennungsluft unter einer um die Zylinderachse kreisenden Bewegung einströmt, während die Mehrlochdüse durch ihre um die Düsenachse herum symmetrisch verteilten Auslaßbohrungen die aus diesen Bohrungen austretenden Kraftstoffstrahlen etwa senkrecht zu der umlaufenden Luftströmung in dem Brennraum im wesentlichen auf dessen Seitenwand unterhalb des Brennraumrandes richtet.The present invention is based on the object described above Disadvantages of known diesel internal combustion engines with direct fuel injection to be eliminated by means of a multi-hole nozzle; it relates to a special diesel internal combustion engine with direct fuel injection in a rotationally symmetrical, z. B. ellipsoid or pear-shaped combustion chamber, in which almost all of the combustion air flows during the compression stroke flows in with a circular motion around the cylinder axis, while the multi-hole nozzle through their outlet bores symmetrically distributed around the nozzle axis These bores exiting fuel jets approximately perpendicular to the circumferential Air flow in the combustion chamber essentially on its side wall below the The edge of the combustion chamber.

Unter Beibehalten des Vorteils der mit dieser Einspritzart zu erzielenden sehr günstigen Auftreilung des Brennstoffes auf den Umfang des Brennraumes soll gleichzeitig eine örtlich genau festgelegte erste Selbstzündung erreicht werden, von der aus die Durchzündung des inzwischen gebildeten Gemisches ausgeht, so daß das nachteilige Klopfen und Rauchen des Motors praktisch gänzlich vermieden wird und hohe Verbrennungsmitteldrücke erzielt werden können.While maintaining the advantage of that to be achieved with this type of injection very favorable distribution of the fuel on the circumference of the combustion chamber at the same time a locally precisely defined first self-ignition can be achieved, from which the ignition of the mixture formed in the meantime proceeds, so that the adverse knocking and smoking of the engine is practically completely avoided and high combustion medium pressures can be achieved.

Die Erfindung beruht auf der bereits in dem Patent 1175 486 offenbarten allgemeinen Erkenntnis, daß ein sehr genaues örtliches Festlegen der Selbstzündungsstelle und gleichzeitig ein sicheres Einsetzen dieser Selbstzündung in einem Zeitpunkt erreicht wird, zu dem noch keine Zündungen an anderen Stellen des Brennraumes auftreten können, wenn ein im Vergleich zu weiteren Kraftstoffstrahlen kurzer Zündstrahl den Rand des Brennraumes, in dem dieser in die Kolben- oder Zylinderdeckelfiäche mit einer mehr oder weniger ausgeprägten Kante übergeht, an der die höchsten Temperaturen auftreten, teilweise überspritzt. Der dabei über diese Kante spritzende Anteil des Zündstrahles hat eine der Einströmungsrichtung der Verbrennungsluft in den Brennraum entgegengesetzt gerichtete Ausbreitungskomponente und wird infolgedessen an der Überspritzungsstelle schnell gezündet, während der in längeren Strahlen auf die kühlere Brennraumwand auftreffende Kraftstoff erst später zur Zündung kommt.The invention is based on that already disclosed in patent 1175,486 general knowledge that a very precise local definition of the auto-ignition point and at the same time a safe onset of this self-ignition at a point in time is reached at which no ignitions occur at other points in the combustion chamber can if a shorter pilot jet compared to other fuel jets the Edge of the combustion chamber in which it enters the piston or cylinder cover surface a more or less pronounced edge passes over at which the highest temperatures occur, partially oversprayed. The portion of the splashing over this edge The pilot jet has one of the direction of flow of the combustion air into the combustion chamber oppositely directed propagation component and is consequently at the Splash point ignited quickly while in prolonged jets on the The fuel hitting the cooler combustion chamber wall only ignites later.

Bei einer Diesel-Brenukraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in einen rotationssymmetrischen, z. B. ellipsoid- oder birnenförmigen Brennraum, in den beim Verdichtungshub nahezu die gesamte Verbrennungsluft unter einer um die Zylinderachse kreisenden Bewegung einströmt und der Kraftstoff aus einer zur Rotationsachse des Brennraumes und damit zur Brennraumöffnung außermittig angeordneten Mehrlochdüse derart eingespritzt wird, daß zur örtlichen Festlegung der ersten Selbstzündung durch den Kraftstoffstrahl von der kürzesten freien Strahllänge der Rand der Brennraumseitenwandung von einem Anteil des Mantels dieses Kraftstoffstrahles, entgegen der radialen Bewegungskomponente der in den Brennraum überströmenden Verbrennungsluft, überspritzt wird, nach Patent 1175 486, besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Mehrlochdüse mit am Umfang ihres Kopfes gleichmäßig verteilten Düsenbohrungen und unter einem Winkel zur Brennraumachse derart geneigt angeordnet ist, daß der aus der dem Brennraumrand zunächstliegenden Düsenbohrung austretende Kraftstoffstrahl den Brennraumrand teilweise überspritzt, während die aus den übrigen Düsenbohrungen austretenden Kraftstoffstrahlen von größerer freier Strahllänge gegen Brennraumwandstellen gerichtet sind, die eine niedrigere Temperatur aufweisen als der Brennraumrand, wobei die Temperatur im umgekehrten Verhältnis zu den freien Strahllängen abnimmt.In a diesel engine with direct fuel injection in a rotationally symmetrical, z. B. ellipsoidal or pear-shaped combustion chamber, in which almost all of the combustion air flows in with a circular motion around the cylinder axis during the compression stroke and the fuel is injected from a multi-hole nozzle that is off-center to the axis of rotation of the combustion chamber and thus to the combustion chamber opening in such a way that the first self-ignition is injected through the fuel jet from the shortest free beam length of the edge of the Brennraumseitenwandung from a portion of the jacket of this fuel jet, against the radial movement component of the overflowing into the combustion chamber combustion air, according to Patent 1175 486, the solution of the invention is that the multi-hole nozzle with nozzle bores evenly distributed on the circumference of its head and inclined at an angle to the combustion chamber axis in such a way that the fuel jet emerging from the nozzle bore closest to the combustion chamber edge partially covers the combustion chamber edge overmolded, while the fuel jets exiting from the other nozzle bores of greater free jet length are directed against combustion chamber wall locations which have a lower temperature than the edge of the combustion chamber, the temperature decreasing in inverse proportion to the free jet lengths.

Durch eine solche Ausbildung der Brennkraftmaschine werden nicht nur die mit der symmetrischen Verteilung der Düsenbohrungen gegebenen Vorteile der einwandfreien Aufteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen Strahlen und der günstigen Verteilung des Kraftstoffes im Brennraum bzw. auf dessen Wandungen erzielt, sondern der die geringste freie Länge aufweisende Zündstrahl erreicht stets zuerst die genau bestimmte Zündstelle am Rand des Brennraumes, ehe die anderen Strahlen, die gegen tiefer in dem Brennraum gelegene Stellen der Brennraumwand gerichtet sind, diese erreichen, so daß die Zündung stets an der gleichen Stelle einsetzt. Weiter kann auf besondere Maßnahmen zur Erzielung einer besonders kräftigen Dralleinströmung der Verbrennungsluft in dem Brennraum verzichtet werden, so daß der technische Aufwand für besondere Maßnahmen und die mit ihrer Anwendung verbundene, sich insbesondere bei höheren Drehzahlen auswirkende Verringerung der Leistung und des Wirkungsgrades entfallen.Such a design of the internal combustion engine not only the advantages of the perfect with the symmetrical distribution of the nozzle bores Distribution of the fuel to the individual jets and the favorable distribution of the fuel achieved in the combustion chamber or on its walls, but the The pilot jet having the smallest free length always reaches the precisely determined one first Ignition point at the edge of the combustion chamber before the other rays, which are directed deeper into Points of the combustion chamber wall located near the combustion chamber are directed to reach them, so that the ignition always starts at the same point. Next can be special Measures to achieve a particularly strong swirl flow of the combustion air can be omitted in the combustion chamber, so that the technical effort for special Measures and those associated with their application, especially in the case of higher There is no need for a reduction in performance and efficiency that would affect the number of revolutions.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn durch entsprechende Anordnung der Mehrlochdüse die freie Länge der Kraftstoffstrahlen in ein derartiges Verhältnis zueinander gesetzt ist, daß die freie Strahllänge des längsten Kraftstoffstrahles etwa das 2,5fache der Strahllänge des kürzesten freien Kraftstoffstrahles (Zündstrahles) beträgt, wodurch sich bei üblichen Brennraumanordnungen - wie die Erfahrung zeigt - die günstigsten Durchbrennverhältnisse ergeben.It has proven to be advantageous if by appropriate arrangement of the multi-hole nozzle the free length of the fuel jets in such a ratio is set to each other that the free jet length of the longest fuel jet about 2.5 times the jet length of the shortest free fuel jet (pilot jet) which, as experience shows, in the case of conventional combustion chamber arrangements - result in the most favorable burn-through ratios.

Handelt es sich um eine Diesel-Brennkraftmaschine mit im Zylinderkopf angeordnetem Brennraum -insbesondere um eine Zweitaktmaschine dieser Art - bei der die Verbrennungsluft unter einer verhältnismäßig schwach kreisenden Bewegung einströmt, so wird die Lage der Mehrlochdüse zweckmäßig so bestimmt, daß der kürzeste Kraftstoffstrahl den Brennraumrand etwa mit der Hälfte seines Strahlmantels überspritzt. In diesem Fall können auch die übrigen Kraftstoffstrahlen den Brennraumrand mit einem ihrer zunehmenden Länge etwa proportional abnehmenden. erheblich kleineren Strahlenmantelanteil überspritzen, ohne daß dadurch die Verhältnisse wesentlich gestört werden. Insbesondere bleibt das Einsetzen der Selbstzündung an der überspritzungsstelle des kürzesten Strahles (Zündstrahles) unbeeinträchtigt.Is it a diesel internal combustion engine with in the cylinder head arranged combustion chamber - in particular a two-stroke engine of this type - in the the combustion air flows in with a relatively weak circular movement, so the position of the multi-hole nozzle is expediently determined so that the shortest fuel jet about half of its jet jacket is sprayed over the edge of the combustion chamber. In this In the case, the other fuel jets can also hit the edge of the combustion chamber with one of them increasing length roughly proportionally decreasing. considerably smaller proportion of the radiation cladding overspray without significantly disturbing the situation. In particular the onset of self-ignition remains at the point of over-injection of the shortest Beam (pilot beam) unimpaired.

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 den Kolben und den Zylinderkopf einer Diesel-Brennkraftmaschine mit im Kolben liegendem Brennraum im Schnitt.The invention is illustrated in the drawing. It shows F i g. 1 the piston and the cylinder head of a diesel internal combustion engine with in the piston horizontal combustion chamber in section.

F i g. 2 den Kolben in einer gegen den Kolbenboden gerichteten Ansicht, F i g. 3 den Kolben und den Zylinder mit im Zylinderkopf liegendem Brennraum einer anderen Diesel-Brennkraftmaschine im Schnitt, F i g. 4 diesen Zylinderkopf in einer gegen dessen Brennraumöffnung gerichteten Ansicht.F i g. 2 the piston in a view directed towards the piston crown, F i g. 3 the piston and the cylinder with a combustion chamber in the cylinder head other diesel internal combustion engine in section, F i g. 4 this cylinder head in one towards the combustion chamber opening directed view.

Bei der einem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Brennkraftmaschine ist nach F i g. 1 und 2 der Kolben 1. in einer Stellung vor seiner oberen Totpunktlage (gestrichelte Linie 2) dargestellt, bei der der kürzeste Kraftstoffstrahl 3 mit seiner Strahlspitze gerade den Rand 4 des im Kolben 1 befindlichen Brennraumes 5 erreicht hat und diesen Rand mit einem sehr kleinen Anteil seines Strahlmantels an der Stelle 6 überspritzt, während der Hauptteil des Kraftstoffes dieses Strahles auf die Seitenwandung des Brennraumes 5 auftrifft.In the case of the internal combustion engine corresponding to a first exemplary embodiment, according to FIG. 1 and 2, the piston 1. is shown in a position before its top dead center position (dashed line 2), in which the shortest fuel jet 3 with its jet tip has just reached the edge 4 of the combustion chamber 5 located in the piston 1 and this edge with a very small one Part of its jet jacket is sprayed over at the point 6, while the main part of the fuel of this jet strikes the side wall of the combustion chamber 5.

Der Brennraum 5 liegt mit seiner Achse gegenüber der Achse des Zylinders um einen geringen Betrag e seitlich versetzt und ist (F i g. 1) birnenförmig gestaltet, d. h. sein Boden ist in der Mitte mit einer Art Kegelspitze versehen, die die einströmende Verbrennungsluft von der Seitenwandung her zu der Mitte aufrichten soll. Statt dessen könnte der Brennraum auch die angenäherte Form eines Rotationsellipsoides haben, indem sein Boden entlang der unterbrochenen Linie 7 verläuft. Das Maß der Versetzung e des Brennraumes 5 ist durch die Forderung begrenzt, daß durch die Versetzung die gleichmäßig kreisende Einströmung der Verbrennungsluft in den Brennraum 5 nicht wesentlich gestört wird.The axis of the combustion chamber 5 lies opposite the axis of the cylinder laterally offset by a small amount e and is (Fig. 1) designed pear-shaped, d. H. its bottom is provided with a kind of cone point in the middle, that of the inflowing Combustion air is to straighten up from the side wall to the center. Instead of this the combustion chamber could also have the approximate shape of an ellipsoid of revolution, by its bottom running along the broken line 7. The degree of displacement e of the combustion chamber 5 is limited by the requirement that the displacement by the Even circular inflow of the combustion air into the combustion chamber 5 is not is significantly disturbed.

Der obere Rand 4 des Brennraumes 5 geht scharfkantig in den Kolbenboden 8 über, wobei zu bemerken ist, daß die Temperatur an diesem Brennraumrand nicht von dessen Form, sondern vor allem vom Verhältnis des größten Brennraumdurchmessers zum Durchmesser 2 r der Verbindungsöffnung zwischen dem Brennraum 5 und dem Zylinderraum abhängt. Für die sichere erste Selbstzündung an der Stelle 6 des Kolbenbodens 8 ist zudem wesentlich, daß die in den Brennraum 5 einströmende Verbrennungsluft an der Stelle 6 eine genügend große, dem Kraftstoffstrahl 3 im wesentlichen entgegen, radial nach innen gerichtete Strömungskomponente aufweist. Da dieses jedoch gerade bei schwächeren Drallströmungen der in den Brennraum 5 einströmenden Verbrennungsluft der Fall ist, lassen sich die Vorbedingungen für eine zuverlässige erste Selbstzündung an der Stelle 6 mit Sicherheit erfüllen.The upper edge 4 of the combustion chamber 5 is sharp-edged into the piston crown 8 over, it should be noted that the temperature at this edge of the combustion chamber is not on its shape, but above all on the ratio of the largest combustion chamber diameter to the diameter 2 r of the connection opening between the combustion chamber 5 and the cylinder chamber depends. For the safe first self-ignition at point 6 on piston crown 8 is also essential that the combustion air flowing into the combustion chamber 5 on the point 6 a sufficiently large, the fuel jet 3 substantially opposite, having radially inwardly directed flow component. However, since this is just in the case of weaker swirl flows of the combustion air flowing into the combustion chamber 5 is the case, the preconditions for a reliable first self-ignition can be found at point 6 with certainty.

Wie aus F i g. 1 weiterhin hervorgeht, ist die Achse 11 der im Zylinderkopf 13 gehaltenen Mehrlochdüse 9 gegenüber der Achse des Brennraumes um einen Winkel e geneigt, dessen Größe sich aus der Bedingung ergibt, daß die dem als Zündstrahl dienenden Kraftstoffstrahl 3 benachbarten übrigen Kraftstoffstrahlen 10 ausschließlich auf Teile der Brennraumwandung auftreffen sollen, deren Temperatur wesentlich niedriger als die Temperatur des Brennraumrandes 4 liegt. Daraus ergibt sich, daß der Winkel .x in erster Linie von der Brennraumgestaltung abhängig ist und bei dessen anderer Form - z. B. bei flach ausgeführten Brennräumen - auch einen anderen Wert und eine andere Richtung haben kann. Selbstverständlich ist es bei solchen geneigten Anordnungen von Einspritzdüsen mit mehreren Düsenaustrittsöffnürigen notwendig, daß die Düse innerhalb des zugehörigen (nicht dargestellten) Düsenhalters in ihrer Winkelstellung festgelegt wird.As shown in FIG. 1 also shows, the axis 11 of the multi-hole nozzle 9 held in the cylinder head 13 is inclined with respect to the axis of the combustion chamber by an angle e, the size of which results from the condition that the remaining fuel jets 10 adjacent to the fuel jet 3 serving as the pilot jet exclusively focus on parts of the Combustion chamber wall should hit, the temperature of which is significantly lower than the temperature of the combustion chamber edge 4 . From this it follows that the angle .x is primarily dependent on the design of the combustion chamber and in its other shape - z. B. with flat combustion chambers - can also have a different value and a different direction. In the case of such inclined arrangements of injection nozzles with several nozzle outlet openings, it is of course necessary for the nozzle to be fixed in its angular position within the associated nozzle holder (not shown).

Die optimale Anzahl, Lage und Größe der Bohrungen des Düsenkopfes 9' ergibt sich aus den Abmessungen des Brennraumes 5, der Intensität der Luftströmung und schließlich auch aus der Arbeitsweise des verwendeten Einspritzsystems. Wenn der Zündstrahl bzw. Kraftstoffstrahl 3 die Brennraumwand und die Stelle 6 des Kolbenbodens 8 erreicht hat, sind die übrigen Kraftstoffstrahlen 10 von dieser Wand noch um Wegstrecken entfernt, die den unterschiedlichen freien Weglängen der verschiedenen Kraftstoffstrahlen entsprechen, wobei die Zeitunterschiede zwischen dem Auftreffen der verschiedenen Kraftstoffstrahlen natürlich auch noch von der Strahlgeschwindigkeit in der verdichteten Verbrennungsluft abhängen. Bevor die Kraftstoffstrahlen 10 auf die Brennraumwand auftreffen, hat bereits der Zündstrahl an der Stelle 6 des Kolbenbodens 8 zu einer ersten Selbstzündung geführt, woraufhin sich die Zündflamme von dort ausgehend durch die Luft-strömung in - Richtung auf die übrigen Kraftstoffstrahlen 10 ausbreitet. Die kreisende Einströmungsbewegung der Verbrennungsluft in den Brennraum ist in F i g. 1 und 2 durch einen schraubenlinienförmig gewundenen Pfeil 12 angedeutet.The optimum number, position and size of the bores in the nozzle head 9 'results from the dimensions of the combustion chamber 5, the intensity of the air flow and finally also from the mode of operation of the injection system used. When the pilot jet or fuel jet 3 has reached the combustion chamber wall and the point 6 of the piston head 8, the remaining fuel jets 10 are still removed from this wall by distances that correspond to the different free path lengths of the different fuel jets, the time differences between the impact of the different Of course, fuel jets also depend on the jet speed in the compressed combustion air. Before the fuel jets 10 hit the combustion chamber wall, the pilot jet has already led to a first self-ignition at point 6 of the piston crown 8, whereupon the pilot flame spreads from there through the air flow in the direction of the remaining fuel jets 10 . The circular flow movement of the combustion air into the combustion chamber is shown in FIG. 1 and 2 indicated by a helically wound arrow 12.

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten, einem anderen Ausführungsbeispiel entsprechenden Brennkraftmaschine ist der Brennraum 5' im Zylinderkopf 13' untergebracht, und die Mehrlochdüse 9 befindet sich mit ihrem Düsenkopf 9' an einer in der Nähe der Achse des Brennraumes gelegenen Stelle des Brennraumbodens. Der wesentliche Unterschied gegenüber der Einspritzung nach dem ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, daß sich hierbei sämtliche Kraftstoffstrahlen 3', 10' in einer ganz -bestimmten gleichbleibenden Lage zum Brennraum 5' und insbesondere auch zum Bremiraumrand 4' befinden, worauf bei der Wahl des Winkels ä der Düsenneigung gegenüber der Brennraumachse Rücksicht zu nehmen ist.In the case of the FIGS. 3 and 4 shown, another embodiment corresponding internal combustion engine, the combustion chamber 5 'is housed in the cylinder head 13', and the multi-hole nozzle 9 is located with its nozzle head 9 'on one in the vicinity the location of the combustion chamber floor located along the axis of the combustion chamber. The essential one The difference compared to the injection according to the first exemplary embodiment is in that all fuel jets 3 ', 10' are in a very specific constant position to the combustion chamber 5 'and in particular also to the edge of the combustion chamber 4' whereupon when choosing the angle ä the nozzle inclination relative to the combustion chamber axis Is to be taken into consideration.

Bei der Einspritzung gemäß den F i g. 3 und 4 überspritzt der Zündstrahl 3' den Rand 4' des Brennraumes-5' bei 6'-mit einem kleinen Anteil seines Strahlmantels, der auf den Kolbenboden 8' des Kolbens 1' der Diesel-Brennkraftmaschine etwa gerade bei der dargestellten Stellung kurz vor dem oberen Totpunkt (gestrichelte Linie 2') des Kolbens 1' auftrifft. Es handelt sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel um eine Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der eine Anordnung des Brennraumes im Kolben selbst leicht zu einer Überhitzung des durch das Zweitakt-Arbeitsverfahren ohnehin stark belasteten Kolbens führen könnte. Der Kolben 1' weist hier also eine glatte Bodenfläche 8' auf, durch die infolge ihrer relativ kleinen Fläche einer Überhitzung des Kolbens 1' vorgebeugt ist. Selbstverständlich zeigt der Kolbenboden 8' in seinem mittleren Bereich eine so hohe Temperatur auf, daß der gegen eine solche Stelle auftreffende Anteil des Kraftstoffstrahles 3' mit einem merklichen zeitlichen Vorsprung vor den übrigen Kraftstoffstrahlen 10' zündet. Während die übrigen Kraftstoffstrahlen 10' gemäß den F i -g. 3 und 4 ausschließlich gegen die Brennraumwandung auftreffen, kann es in solchen Fällen, wo die Verbrennungsluft in den Brennraum 5' nur unter einer verhältnismäßig schwach kreisenden Bewegung einströmt und die Brennraumachse gegenüber der Zylinderachse um einen kleinen Betrag seitlich versetzt liegt, zweckmäßig sein, auch die übrigen Kraftstoffstrahlen 10' den Brennraumrand mit einem erheblich kleineren Strahlanteil überspritzen zu lassen. Bei solchen Verhältnissen ist es dann zulässig, den überspritzten Kraftstoffanteil des Kraftstoffstrahles 3' etwa auf die Hälfte des an dieser Stelle eingespritzten Kraftstoffes zu vergrößern, damit dieser »Zündstrahl« mit seinem überspritzten Anteil wesentlich größer als die überspritzten Anteile der anderen Kraftstoffstrahlen 10' bleibt. Dabei wird der Winkel a' der Düsenachse 11' gegenüber der Brennraumachse etwa nach den gleichen Richtlinien bestimmt, wie sie vorstehend genannt sind, wobei es zweckmäßig sein kann, bei einer nur schwach kreisenden Luftbewegung eine größere Anzahl von Kraftstoffstrahlen vorzusehen, von denen jedoch jeweils der Strahl mit der kürzesten freien Länge zuerst und derjenige mit der längsten freien Strahllänge zuletzt zur Zündung kommen soll.In the case of the injection according to FIGS. 3 and 4 are oversprayed by the pilot jet 3 'the edge 4' of the combustion chamber - 5 'at 6' - with a small portion of its jet jacket, that on the piston head 8 'of the piston 1' of the diesel internal combustion engine is approximately straight in the position shown shortly before top dead center (dashed line 2 ') of the piston 1' strikes. It is the second embodiment a two-stroke internal combustion engine in which the combustion chamber is arranged in the piston itself easily overheating due to the two-stroke working process anyway heavily loaded piston could result. The piston 1 'has a smooth one here Bottom area 8 ', by overheating as a result of their relatively small area of the piston 1 'is bent forward. Of course, the piston head 8 'shows in his middle area has such a high temperature that the against such a point impacting portion of the fuel jet 3 'with a noticeable time advantage ignites in front of the remaining fuel jets 10 '. While the rest of the fuel jets 10 'according to the F i -g. 3 and 4 only hit the combustion chamber wall, it can be in cases where the combustion air in the combustion chamber 5 'is only below a relatively weak circular movement flows in and the axis of the combustion chamber is laterally offset from the cylinder axis by a small amount, expedient be, the remaining fuel jets 10 'the combustion chamber edge with a considerable to have a smaller portion of the jet sprayed over. In such circumstances it is then permissible, the oversprayed fuel portion of the fuel jet 3 'approximately to half of the fuel injected at this point, so this "pilot jet" with its overmolded portion is much larger than the overmolded Shares of the other fuel jets 10 'remains. The angle a 'becomes the The nozzle axis 11 'with respect to the combustion chamber axis is determined according to roughly the same guidelines, as mentioned above, although it may be useful for one only weakly circling air movement to provide a greater number of fuel jets from however, the beam with the shortest free length goes first and the one with the longest free jet length should be the last to ignite.

Wenn die vorgenannte Ausbildung des Einspritzsystems bei einer Zweitaktmasc$ine auch keine so günstigen Laufeigenschaften - insbesondere bezüglich erreichbarem klopffreiem Verbrennungsmitteldruck an der Rauchgrenze und bezüglich Verbrennungsgüte - wie bei einer Einspritzung in den Kolbenbrennraum einer Viertaktbrennkraftmaschine bei intensivem Kreisen der in den Brennraum einströmenden Verbrennungsluft um die Brennraumachse ergeben kann, so ist bereits mit einer solchen Ausbildung des Verbrennungssystems ein merklich weicherer Gang der Maschine und an der Rauchgrenze ein bemerkenswert günstiger Verbrennungsmitteldruck bei gleichzeitig günstigem Kraftstoffverbrauch erreichbar.If the aforementioned design of the injection system in a two-stroke engine also no such favorable running properties - especially with regard to what is achievable Knock-free combustion medium pressure at the smoke limit and with regard to combustion quality - As with an injection into the piston combustion chamber of a four-stroke internal combustion engine with intensive circles of the combustion air flowing into the combustion chamber around the Can arise combustion chamber axis, so is already with such a design of the combustion system a noticeably softer gear of the machine and a remarkable one at the smoke limit favorable combustion medium pressure with low fuel consumption at the same time accessible.

Die Erfindung ist nicht an die Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsbeispiele gebunden. So ist es z. B. nicht notwendig, daß der Brennraumrand die aus F i g. 1 hervorgehende scharfe Kante aufweist. Die Durchtrittsöffnung von dem Brennraum zu dem Zylinderraum kann auch in üblicher Weise zylindrisch oder kegelförmig sein oder schließlich aber auch mit einem abgerundeten Hals in die Fläche des Kolbenbodens übergehen.The invention is not limited to the details of the exemplary embodiments described bound. So it is z. B. not necessary that the combustion chamber edge from F i g. 1 has emerging sharp edge. The passage opening from the combustion chamber the cylinder space can also be cylindrical or conical in the usual way or finally with a rounded neck in the surface of the piston crown pass over.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Diesel-Brennkraftmaschine mit direkter Kraftstoffeinspritzung in einen rotationssymmetrischen, z. B. ellipsoid- oder birnenförmigen Brennraum, in den beim Verdichtungshub nahezu die gesamte Verbrennungsluft unter einer um die Zylinderachse kreisenden Bewegung einströmt und der Kraftstoff aus einer zur Rotationsachse des Brennraumes und damit zur Brennraumöffnung außermittig angeordneten Mehrlochdüse derart eingespritzt wird, daß zur örtlichen Festlegung der ersten Selbstzündung durch den Kraftstoffstrahl von der kürzesten freien Strahllänge der Rand der Brennraumseitenwandung von einem Anteil des Mantels dieses Kraftstoffstrahles entgegen der radialen Bewegungskomponente der in den Brennraum überströmenden Verbrennungs- Luft überspritzt wird, nach Patent 1175 486, dadurch gekennzeichnet, daß dieMehrlochdüse (9) mit am Umfang ihres Kopfes (9') gleichmäßig verteilten Düsenbohrungen und unter einem Winkel (a) zur Brennraumachse derart geneigt angeordnet ist, daß der aus der dem Brennraumrand (4) zunächst liegenden Düsenbohrung austretende Kraftstoffstrahl (3) den Brennraumrand (4) teilweise überspritzt, während die aus den übrigen Düsenbohrungen austretenden Kraftstoffstrahlen von größerer freier Strahllänge gegen Brennraumwandstellen (5) gerichtet sind, die eine niedrigere Temperatur aufweisen als der Brennraumrand (4), wobei die Temperatur im umgekehrten Verhältnis zu den freien Strahllängen abnimmt. Claims: 1. Diesel internal combustion engine with direct fuel injection in a rotationally symmetrical, z. B. ellipsoidal or pear-shaped combustion chamber, in the compression stroke almost all of the combustion air under one to the Cylinder axis circling motion flows in and the fuel flows out to the axis of rotation of the combustion chamber and thus eccentrically arranged multi-hole nozzle to the combustion chamber opening is injected so that to localize the first auto-ignition by the fuel jet from the shortest free jet length the edge of the combustion chamber side wall of a portion of the jacket of this fuel jet against the radial movement component the combustion gas flowing into the combustion chamber Air splattered is, according to patent 1175 486, characterized in that the multi-hole nozzle (9) with on the circumference of their head (9 ') evenly distributed nozzle holes and under one Angle (a) is inclined to the combustion chamber axis in such a way that the from the Combustion chamber edge (4) next to the nozzle hole exiting fuel jet (3) the edge of the combustion chamber (4) is partially overmolded, while that from the remaining nozzle bores Exiting fuel jets with a greater free jet length against the combustion chamber wall (5) are directed, which have a lower temperature than the edge of the combustion chamber (4), where the temperature decreases in inverse proportion to the free jet lengths. 2. Diesel-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Strahllänge des längsten Kraftstoffstrahles etwa das 2,5fache der Strahllänge des kürzesten Kraftstoffstrahles (3 bzw. 3') beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentanmeldung k 4124 I a/46 a2 (bekanntgemacht am 13. März 1952); britische Patentschrift Nr. 509 838.2. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the free The jet length of the longest fuel jet is about 2.5 times the jet length of the shortest fuel jet (3 or 3 '). Considered publications: German patent application k 4124 I a / 46 a2 (published on March 13, 1952); British U.S. Patent No. 509,838.
DEU5520A 1957-08-20 1958-08-04 Diesel internal combustion engine with direct fuel injection Pending DE1260859B (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2844012A1 (en) * 2002-08-30 2004-03-05 Renault Sa I.c. engine with direct fuel injection has injector orifices positioned to give swirling motion

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB509838A (en) * 1938-01-21 1939-07-21 Ass Equipment Co Ltd Improvements in or relating to liquid-fuel injection internal-combustion engines

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