DE2945917A1 - METHOD FOR INJECTING FUEL INTO AN AIR COMPRESSING INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

METHOD FOR INJECTING FUEL INTO AN AIR COMPRESSING INTERNAL COMBUSTION ENGINE

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Description

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg AktiengesellschaftMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 13. Nov. 1979Nuremberg, Nov. 13, 1979

Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine luftverdichtende BrennkraftmaschineMethod for injecting fuel into an air-compressing internal combustion engine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine luftverdichtende Brennkraftmaschine, welche eine über einen Verbindungskanal mit dem Zylinderinnenraum verbundene Zündkammer aufweist, in die die Kraftstoff-Einspritzdüse hineinragt, und bei der im Kolbenboden ein rotationskorperförmiger Brennraum vorgesehen ist, wobei Her in den Zylinder einströmenden Luft durch bekannte Mittel eine um die Brennraumlängsachse rotierende Drehbewegung erteilt wird und der Verbindungskanal in der Nähe der Brennraumwand in den Zylinderinnenraum einmündet.The invention relates to a method for injecting fuel into an air-compressing internal combustion engine, which has an ignition chamber connected to the cylinder interior via a connecting channel into which the Fuel injection nozzle protrudes, and a rotational body-shaped combustion chamber is provided in the piston crown is, where Her flowing into the cylinder air by known means around the longitudinal axis of the combustion chamber rotating rotational movement is issued and the connecting channel near the combustion chamber wall in the cylinder interior joins.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist an sich bereits durch die DE-AS 1 251 577 bekannt, jedoch für fremdzuzündende Kraftstoffe. Sie weist einen relativ langen Überströmkanal auf und der im Kolbenboden vorgesehene Brennraum ist napfförmig ausgebildet. Zum Zünden des Kraftstoffes ragen die Elektroden der Zündkerze in die Zündkammer hinein. Während des Betriebes wird über denSuch an internal combustion engine is already in itself known from DE-AS 1 251 577, but for externally igniting fuels. She has a relatively long Overflow channel and the combustion chamber provided in the piston head is cup-shaped. To ignite the Fuel, the electrodes of the spark plug protrude into the ignition chamber. During operation, the

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gesamten Drehzahlbereich der Maschine eine gleichbleibende und zum Zünden durch die Zündkerze ausreichende Leerlaufmenge Kraftstoff in die Zündkammer eingespritzt, während der Kolben durch den Luft- oder Gemischeinlaßkanal eine nicht geregelte Luftmenge ansaugt, der je nach der vorliegenden Drehzahl oder Belastung über eine zweite Kraftstoff-Einspritzdüse eine entsprechende Menge Kraftstoff direkt zugeführt wird. Dieses Kraftstoff-Luftgemisch wird durch den aus der Zündkammer austretenden Zündstrahl in der Nähe der Brennraumwand gezündet. Die Brennkraftmaschine arbeitet also nach dem Verfahren der unmittelbaren Kraftstoff-Luftvermischung und sie hat zwei Einspritzvorrichtungen, wodurch vielfach konstruktive Schwierigkeiten auftreten, weil man die Einspritzvorrichtungen und die Zündkerze nicht mehr unmittelbar in Brennraumnähe im Zylinderkopf unterbringt.the entire speed range of the machine a constant idling quantity sufficient for ignition by the spark plug Fuel is injected into the ignition chamber, while the piston through the air or mixture inlet port a Unregulated amount of air is sucked in, depending on the existing speed or load via a second fuel injection nozzle a corresponding amount of fuel is supplied directly. This fuel-air mixture is ignited near the combustion chamber wall by the pilot jet emerging from the ignition chamber. The internal combustion engine works according to the method of direct fuel-air mixing and it has two injection devices, which often result in constructional difficulties because the injection devices and no longer accommodates the spark plug in the cylinder head in the immediate vicinity of the combustion chamber.

Ferner sind selbstzündende Brennkraftmaschinen bekannt, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung (DE-PS 865 683) arbeiten. Bei ihnen wird der Kraftstoff als dünner Film auf die Brennraumwand aufgebracht, verdampft dort, vermischt sich mit der rotierenden Luft und verbrennt schließlich. Das Verfahren hat sich seit Jahrzehnten sehr gut bewährt, wobei insbesondere die Laufruhe des Motors, der Abbau der Druckspitzen und damit geringererLagerverschleiß sowie eine geordnete und damit vollständige Verbrennung hervorzuheben sind.Self-igniting internal combustion engines are also known, which work according to the method of fuel wall application (DE-PS 865 683). With them the fuel will be Applied as a thin film to the combustion chamber wall, evaporates there, mixes with the rotating air and eventually burns up. The process has proven itself very well for decades, with the smoothness in particular of the motor, the reduction of pressure peaks and thus lower bearing wear as well as an orderly and thus complete Combustion are to be emphasized.

Andererseits hat sich im Laufe der Zeit gezeigt, daß nach dem beschriebenen Verfahren arbeitende Motoren bei Leerlauf sowie im unteren Last- und Drehzahlbereich einen Nachteil aufweisen. In diesen Bereichen ist nämlich die Brennraumwandtemperatur verhältnismäßig niedrig, so daß die Kraftstoffaufbereitung nur unvollständig bzw. zuOn the other hand, it has been shown in the course of time that motors operating according to the method described Idle and in the lower load and speed range have a disadvantage. In these areas is the Combustion chamber wall temperature relatively low, so that the fuel preparation is incomplete or too

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langsam erfolgt. Ein Teil desselben nimmt somit nicht an der Verbrennung teil und verläßt den Zylinder in unverbranntem Zustand.done slowly. Part of the same thus does not take part in the combustion and leaves the cylinder in unburned condition.

Hier setzt bereits die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, unter Verwendung einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art ein Kraftstoff-Einspritz verfahren zu entwickeln, durch das auch bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich eine sichere Kraftstoffaufbereitung und damit Verbrennung erfolgt, wobei im oberen Lastbereich des Motors alle Vorteile des Verfahrens der Kraftstoff-Wandauftragung erhalten bleiben sollen.This is where the invention begins, which has the task is based, using an internal combustion engine a fuel injection process of the type described above to develop, through which a safe Fuel processing and thus combustion takes place, with all the advantages of the engine in the upper load range Process of fuel wall application are retained should.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der aus der DUsenbohrung bzw. aus den Düsenbohrungen austretende Kraftstoffstrahl durch die Zündkammer und den Verbindungskanal hindurch auf die Wand des im Kolben befindlichen Brennraumes aufgespritzt wird, wo er sich als dünner Film ausbreitet, daß durch die während des Kompressionshubes des Kolbens auftretende Luftströmung in die Zündkammer sowie durch eine ohnehin vorhandne Streuung des Kraftstoffes beim Austreten aus der Düsenbohrung einzelne Kraftstoffteilchen vom freien Kraftstoffstrahl abgelöst werden und mit der Luft und den in der Zündkammer verbliebenen Restgas ein zündfähiges Gemisch bilden, welches in der Zündkammer entzündet wird, daß durch den Verbindungskanal eine Flamme in den im Kolbenboden angeordneten Brennraum gelangt und den dort von der Wand abdampfenden. Kraftstoff entzündet, und daß sodann der weitere Verbrennungsablauf in bekannter Weise wie bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitenden Brennkraftmaschinen erfolgt.According to the invention, the object is achieved in that the emerging from the DU nozzle bore or from the nozzle bores Fuel jet through the ignition chamber and the connecting channel onto the wall of the piston located in the piston Combustion chamber is sprayed on, where it spreads as a thin film that by during the compression stroke of the piston occurring air flow into the ignition chamber as well as through an already existing scatter When the fuel exits the nozzle bore, individual fuel particles are detached from the free fuel jet and form an ignitable mixture with the air and the residual gas remaining in the ignition chamber, which is ignited in the ignition chamber that a flame is arranged in the piston crown through the connecting channel Combustion chamber and the vapor there from the wall. Fuel ignites, and that then the other Combustion sequence in a known manner as in the case of those working according to the method of fuel wall application Internal combustion engines takes place.

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Durch die Anwendung der an sich bei fremdgezündeten Motoren bekannten Anordnung werden zunächst konstruktive Schwierigkeiten ausgeräumt, weil die Kraftstoff-Einspritzdüse nicht unmittelbar bis an den Brennraum im Kolben herangeführt werden muß.By using the arrangement known per se in externally ignited engines, structural difficulties initially arise cleared out because the fuel injection nozzle is not brought directly up to the combustion chamber in the piston must become.

Weiter ist nach der Erfindung das Verfahren der Kraftstoff -Wandauf tragung voll anwendbar, seine Vorteile im oberen Lastbereich können also genützt werden und die Verbrennung erfolgt allein schon deshalb vollständig, weil der aus der Düsenöffnung am Ende der Einspritzphase drucklos austretende Kraftstoff nicht in den Hauptbrennraum gelangen kann, wo er nach den bisherigen Erfahrungen unvollständig verbrennt, sondern in der Zündkammer aufgefangen und dort vollständig umgesetzt wird.Next, according to the invention, the method of fuel -Wandauf application is fully applicable, its advantages in The upper load range can therefore be used and the combustion takes place completely for that reason alone, because the unpressurized fuel exiting the nozzle opening at the end of the injection phase does not enter the main combustion chamber can reach where it burns incompletely according to previous experience, but is caught in the ignition chamber and is fully implemented there.

Bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich ist ebenfalls eine sichere Zündung und vollständige Verbrennung gewährleistet, weil der freie Kraftstoffstrahl relativ lang ist, wodurch sich mehr Kraftstoff unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt und so schnell ein zündfähiges Gemisch ergibt. Außerdem durchdringt der Kraftstoffstrahl die Zündkammer, in der ohnehin eine höhere Temperatur als im Brennraum herrscht, weil dort immer eine gewisse Restgasmenge verbleibt und weil die Wärmeabstrahlung geringer ist.When idling as well as in the lower speed and / or load range, a safe and complete ignition is also possible Combustion is ensured because the free fuel jet is relatively long, which means more fuel mixed directly with the combustion air and thus quickly results in an ignitable mixture. It also penetrates the fuel jet the ignition chamber, in which there is a higher temperature than in the combustion chamber anyway, because there always remains a certain amount of residual gas and because the heat radiation is lower.

Als Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß bei Leerlauf sowie im unteren Teillastbereich des Motors der gesamte, durch die DUsenbohrung bzw. die Düsenbohrungen austretende Kraftstoff durch entsprechende Zerstäubung und gegebenenfalls Strahlumlenkung ausschließlich in die Zündkammer eingespritzt wird und sich dort mit der einströmenden Luft vermischt.As a further development of the invention, it is proposed that when the engine is idling and in the lower partial load range all of the fuel exiting through the nozzle bore or the nozzle bores by appropriate atomization and if necessary beam deflection is injected exclusively into the ignition chamber and there with the incoming air mixed.

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Die Umschaltung auf diese Einspritzart erfolgt dabei rein durch die Ausbildung der Einspritzdüse und es sind bereits eine Reihe von verschiedenen Düsen bekannt, die dafür verwendbar sind. Als Beispiel sei eine steuerbare Zweilochdüse oder eine Umsetzdüse angeführt.Switching to this type of injection takes place purely through the design of the injection nozzle and there are already a number of different nozzles are known that can be used for this. An example is a controllable two-hole nozzle or a transfer nozzle.

Durch die beschriebene Weiterbildung wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch auf engem Raum konzentriert, wodurch das Auftreten von magerem und damit schwer entflammbaren Gemischzonen verhindert wird. Außerdem liegt die Wandtemperatur der Zündkammer wegen der weit größeren Energiedichte höher als die Wandtemperatur des Brennraumes.As a result of the further development described, the fuel-air mixture Concentrated in a small space, which leads to the appearance of lean and therefore flame-retardant mixture zones is prevented. In addition, the wall temperature of the ignition chamber is lower because of the far greater energy density higher than the wall temperature of the combustion chamber.

Vorzugsweise kommt für das erfindungsgemäße Verfahren ein kugelförmiger Brennraum mit einem eingeschnürten Hals zur Anwendung.Preferably comes for the method according to the invention a spherical combustion chamber with a constricted neck for use.

Schließlich wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß zum Starten, insbesondere bei kaltem Motor, das in der Zündkammer vorhandene zündbare Gemisch durch eine in die Zündkammer hineinragende Glühkerze gezündet wird.Finally, it is proposed according to the invention that for starting, especially when the engine is cold, that in the ignitable mixture present in the ignition chamber is ignited by a glow plug protruding into the ignition chamber.

Einzelheiten einer Brennkraftmaschine, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, können der nachfolgenden Beschreibung einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele entnommen werden.Es zeigen:Details of an internal combustion engine with which the inventive Method feasible, the following description of some of those illustrated in the drawings Exemplary embodiments are taken. It shows:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil des Zylinders und des Zylinderkopfes einer für das Verfahren geeigneten, im wesentlichen bereits bekannten Brennkraftmaschine,Fig. 1 shows a cross section through part of the cylinder and the cylinder head for the method suitable, essentially already known internal combustion engine,

Fig. 2 und 3 die Brennkraftmaschine nach Fig. I, jedoch mit unterschiedlich angebrachten GlUhkerzen.FIGS. 2 and 3 show the internal combustion engine according to FIG. I, however with differently attached glow plugs.

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In den Fig. 1 bis 3 ist in einem nur zum Teil dargestellten Zylinder I ein Kolben 2 verschiebbar gelagert, der in seinem Kolbenboden 3 einen kugelförmigen Brennraum 4 mit einem eingeschnürten Hals 5 aufweist. Mittels einer Dichtung 6 und einem Zylinderkopf 7 ist der Zylinderinnenraum 8 nach oben hin dicht abgeschlossen. Im Zylinderkopf 7 ist eine Zündkammer 9 vorgesehen, die durch einen Verbindungskanal in den Zylinderinnenraum 8 einmündet. Gegenüber dem Verbindungskanal 10 ist die Zündkammer 9 durch eine Wärmeschutzplatte Il und eine in einem Düsenhalter 12 befestigte Kraftstoff-Einspritzdüse 13 abgeschlossen.Der Düsenhalter 12, die Kraftstoff-Einspritzdüse 13, die Zündkammer 9 und der Verbindungskanal 10 weisen die gleiche Längsachse χ auf, die derart schräg, verläuft, daß der Verbindunp;skanal 10 am Rand des Brennraumes 4 in Richtung der Luftdrehung 14 in den Zylinderinnenraum 8 einmündet.In Figs. 1 to 3, a piston 2 is slidably mounted in an only partially shown cylinder I, which in his Piston head 3 has a spherical combustion chamber 4 with a constricted neck 5. By means of a seal 6 and a cylinder head 7, the cylinder interior 8 is sealed off at the top. In the cylinder head 7 is a Ignition chamber 9 is provided, which opens into the cylinder interior 8 through a connecting channel. Opposite the connecting channel 10, the ignition chamber 9 is fastened by a heat protection plate II and one in a nozzle holder 12 Fuel injector 13 completed 12, the fuel injector 13, the ignition chamber 9 and the connecting channel 10 have the same longitudinal axis χ which is inclined in such a way that the connecting channel 10 opens into the cylinder interior 8 at the edge of the combustion chamber 4 in the direction of the air rotation 14.

Der Kraftstoff wird, wie Position 17 zeigt, mit einem gebündelten Strahl durch die Zündkammer 9 und den Verbindungskanal 10 hindurch direkt an die Wand 18 des Brennraumes 4 gespritzt, wo er sich als dünner Film 19 ausbreitet und anschließend in Dampfform durch die rotierende Luft abgelöst und mit ihr vermischt wird. Bei Leerlauf und im unteren Teillastbereich des Motors kann aber auch durch Änderung der Strahlform und/oder Strahlrichtung die Kraftstoffeinspritzung so erfolgen, daß ein Sprühstrahl 20 (strichliert angedeutet) entsteht, durch den der Kraftstoff nur in der Zündkammer 9 verteilt wird, sich dort mit der Luft vermischt und schließlich verbrennt.As position 17 shows, the fuel is supplied with a focused beam through the ignition chamber 9 and the connecting channel 10 through directly to the wall 18 of the Combustion chamber 4 injected, where it spreads as a thin film 19 and then in vapor form by the rotating Air is released and mixed with it. However, when the engine is idling and in the lower partial load range also by changing the jet shape and / or jet direction, the fuel injection can be carried out in such a way that a spray jet 20 (indicated by dashed lines) arises, through which the fuel is only distributed in the ignition chamber 9, mixes with the air there and finally burns.

Gemäß den Fig. 2 und 3 ist in einem spitzen Winkel zur Längsachse x, der je nach den Einbaumöglichkeiten unter-2 and 3 is at an acute angle to Longitudinal axis x, which, depending on the installation options,

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schiedlich groß sein kann, im Zylinderkopf 7 eine Glühkerze 15 angeordnet, die mit ihrem Glühstift l6 in die Zündkammer 9 eintaucht. Die Glühkerze I5 dient lediglich zum Starten des Motors und wird danach sofort wieder ausgeschaltet.can be of different sizes, a glow plug 15 is arranged in the cylinder head 7, which with its glow plug l6 in the ignition chamber 9 is immersed. The glow plug I5 is only used to start the engine and is then switched off again immediately.

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Claims (4)

29A591729A5917 fo/krfo / kr Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
AktiengesellschaftMaschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Corporation Nürnberg, 13. Nov. 1979Nuremberg, Nov. 13, 1979 PatentansprücheClaims ( \J Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in eine luft- ^-^ verdichtende Brennkraftmaschine, welche eine über einen Verbindungskanal mit dem Zylinderinnenraum verbundene Zündkammer aufweist, in die die Kraftstoff-Einspritzdüse hineinragt und bei der im Kolbenboden ein rotations· körperförmiger Brennraum vorgesehen ist, wobei der in den Zylinder einströmenden Luft durch bekannte Mittel eine um die Brennraumlängsachse rotierende Drehbewegung erteilt wird und der Verbindungskanal in der Nähe der Brennraumwand in den Zylinderinnenraum einmündet, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Düsenbohrung (24) bzw. aus den Düsenbohrungen austretende Kraftstoff strahl (17) durch die Zündkammer (9) und den Verbindungskanal (10) hindurch auf die Wand (l8) des im Kolben (2) befindlichen Brennraumes (4) aufgespritzt wird, wo er sich als dünner Film (19) ausbreitet, daß durch die vjährend des Kompressionshubes des Kolbens (2) auftretende Luftströmung in die Zündkammer (9) sowie durch eine ohnehin vorhandene Steuerung des Kraftstoffes (\ J Method for injecting fuel into an air-compressing internal combustion engine, which has an ignition chamber connected to the cylinder interior via a connecting duct, into which the fuel injection nozzle protrudes and in which a rotational body-shaped combustion chamber is provided in the piston head, the air flowing into the cylinder being given a rotational movement rotating about the longitudinal axis of the combustion chamber by known means and the connecting channel opening into the cylinder interior near the combustion chamber wall, characterized in that the fuel emerging from the nozzle bore (24) or from the nozzle bores jets (17) is sprayed through the ignition chamber (9) and the connecting channel (10) onto the wall (l8) of the combustion chamber (4) located in the piston (2), where it spreads as a thin film (19) that through the vj during the compression stroke of the piston (2) occurring air flow into the ignition chamber (9) and through an anyway vo Existing control of the fuel 22.869222.8692 130022/0160130022/0160 beim Austreten aus der Düsenbohrung (24) einzelne Kraftstoffteilchen vom freien Kraftstoffstrahl (17) abgelöst werden und mit der Luft und dem in der Zündkammer (9) verbliebenen Restgas ein zündfähiges Gemisch bilden, welches in der Zündkammer (9) entzündet wird, daß durch den Verbindungskanal (10) eine Flamme in den im Kolbenboden (3) angeordneten Brennraum (4) gelangt und den dort von der Wand (l8) abdampfenden Kraftstoff entzündet, und daß sodann der weitere Verbrennungsablauf in bekannter Weise wie bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitenden Brennkraftmaschinen erfolgtwhen exiting the nozzle bore (24) individual fuel particles from the free fuel jet (17) be detached and with the air and the residual gas remaining in the ignition chamber (9) an ignitable Form a mixture which is ignited in the ignition chamber (9) that through the connecting channel (10) a flame in the piston head (3) Combustion chamber (4) arrives and ignites the fuel evaporating from the wall (l8) there, and that then the further combustion process in a known manner as in the case of the fuel wall application method working internal combustion engines takes place 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß bei Leerlauf sowie im unteren Teillastbereich des Motors der gesamte, durch die DUsenbohrung (24) bzw. die DUsenbohrungen austretende Kraftstoff durch entsprechende Zerstäubung und gegebenenfalls Strahlumlenkung ausschließlich in die Zündkammer (9) eingespritzt wird und sich dort mit der einströmenden Luft vermischt.2. The method according to claim I, characterized in that that when the engine is idling and in the lower partial load range, the entire or the fuel leaking through the nozzle bores corresponding atomization and, if necessary, beam deflection are injected exclusively into the ignition chamber (9) and mixes there with the incoming air. j5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff direkt an die Wand (18) eines im Kolbenboden (3) angeordneten, kugelförmigen Brennraums (4) mit einem eingeschnürten Hals (5) gespritzt wird.j5. Method according to claim 1, characterized in that the fuel directly on the wall (18) of a spherical combustion chamber (4) arranged in the piston crown (3) is injected with a constricted neck (5). 4. Verfahren nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Starten, insbesondere bei kaltem Motor, das in der Zündkammer (9) vorhandene zündbare Gemisch durch eine in die Zündkammer (9) hineinragende Glühkerze (15, 16) gezündet wird.4. The method according to claims I and 2, characterized in that that for starting, especially when the engine is cold, the ignitable in the ignition chamber (9) Mixture is ignited by a glow plug (15, 16) protruding into the ignition chamber (9). 130022/0160130022/0160
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