DE3522524A1

DE3522524A1 - Device for the preparation of a fuel-air mixture

Info

Publication number: DE3522524A1
Application number: DE19853522524
Authority: DE
Inventors: Rudi H Dipl Ing Keuerleber
Original assignee: KEUERLEBER RUDI H DIPL ING FH
Current assignee: KEUERLEBER RUDI H DIPL ING FH
Priority date: 1985-06-24
Filing date: 1985-06-24
Publication date: 1987-01-02

Abstract

For improving the mixture formation in internal combustion engines an additional nozzle is provided which injects air or oxygen into a mixture forming chamber at high pressure so that improved atomisation and mixing and thereby optimised combustion occur.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Auf bereitung eines Kraftstoff-Luftgemisches in einem Gemischbildungsraum einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung.The invention relates to a device for preparation of a fuel-air mixture in one Mixture formation space of an internal combustion engine with internal combustion.

Wenngleich in jüngster Zeit Anstrengungen verschieden ster Art unternommen worden sind, die Verbrennung in einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zu optimieren, sind die Ergebnisse hinsichtlich des Ausstosses umweltschädlicher Schadstoffanteile im Abgas und hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs noch nicht befriedigend.Although efforts have varied recently combustion has been undertaken in an internal combustion engine The results are to be optimized with regard to the emission of pollutants that are harmful to the environment in exhaust gas and in terms of fuel consumption not yet satisfactory.

Katalysator-Systeme senken zwar den Schadstoffanteil erheblich, tragen aber nicht zu einer Verbesserung des Verbrennungsablaufes bei. Im Gegenteil muß das Kraftstoff-Luftverhältnis bei Verwendung eines Drei-Wege-Katalysators mit Lambdasonde konstant bei Lambda gleich 1 gehalten werden. Bei einem optimierten Betrieb genügt aber für viele Betriebszu stände ein Kraftstoff-Luftverhältnis mit Lambda größer 1.Catalyst systems reduce the proportion of pollutants considerable, but do not contribute to an improvement of the combustion process. On the contrary the air-fuel ratio when using a Three-way catalyst with lambda probe constant are kept equal to 1 at lambda. At a Optimized operation is sufficient for many companies a fuel-air ratio with lambda greater than 1.

Brennkraftmaschinen mit Magerkonzept, wobei Lambdawerte weit über 1 angestrebt werden, befriedigen nicht hinsichtlich ihres Betriebsverhaltens. Es kann zu Zündaussetzer, Schieberuckeln oder mangel haftem Rundlauf kommen. Überdies ist der Ausstoß an CH-Anteilen und vor allem an NO_x bei derartigen Magermotoren hoch (DE-Z "ADAC-Motorwelt" 5/1985, S. 34/35).Internal combustion engines with a lean concept, whereby lambda values of well over 1 are aimed for, are unsatisfactory in terms of their operating behavior. Misfiring, slippage or poor concentricity can occur. In addition, the emission of CH components and especially NO _{x is} high with such lean engines (DE-Z "ADAC-Motorwelt" 5/1985, p. 34/35).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit welcher eine optimierte Verbrennung des Kraft stoff-Luftgemisches in der Brennkraftmaschine bei geringem Schadstoffausstoß und unter Minimierung des Kraftstoffverbrauches ermöglicht ist, wobei gleichzeitig ein störungsfreier Lauf der Brennkraftma schine sichergestellt sein soll.The invention has for its object a To provide a device of the type described in the introduction, with which an optimized combustion of the force substance-air mixture in the internal combustion engine low emissions and minimized of fuel consumption is made possible at the same time a trouble-free running of the internal combustion engine machine should be ensured.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vor gesehen, daß mindestens eine Zusatzdüse zum Ein düsen von Luft oder Sauerstoff unter hohem Druck in den Gemischbildungsraum vorgesehen und so gerichtet ist, daß die eingedüsten Gasteilchen mit den in den Gemischbildungsraum eingebrachten Kraftstoff teilchen zusammenprallen und eine Zerstäubungswirkung hervorrufen.According to the invention, to solve this problem seen that at least one additional nozzle for one nozzles of air or oxygen under high pressure provided in the mixture formation room and so directed is that the injected gas particles with the in fuel introduced into the mixture formation chamber particles collide and an atomizing effect cause.

Gemäß der Erfindung wird beim Aufprall der Gasteil chen auf die Kraftstoffteilchen deren Zerstäubung in feinste Partikel bei gleichzeitig optimaler Vermischung von Kraftstoff und Luft hervorgerufen. Dadurch wird eine größtmögliche Oberfläche des Kraftstoffes erreicht, die zu einer optimalen Zünd fähigkeit führt. Das Mischungsverhältnis von Kraft stoff und Luft bleibt dabei variabel, so daß eine Optimierung im Sinne eines Magerkonzeptes erfolgen kann, ohne daß jedoch die bisher damit verbundenen unliebsamen Begleiterscheinungen wie unruhiger Lauf oder dgl. in Kauf genommen werden müssen. According to the invention, the gas part is the impact atomize the fuel particles into the finest particles with optimal at the same time Mixing of fuel and air caused. This ensures the largest possible surface of the Fuel achieved that leads to an optimal ignition ability leads. The mixing ratio of power Material and air remain variable, so that a Optimization in the sense of a lean concept can, but without the previously associated unwanted side effects such as restless Run or the like must be accepted.

Wegen der vollständigen Verbrennung sind auch die Schadstoffanteile kleiner als bisher.Because of the complete combustion are too the pollutant levels smaller than before.

Eine besonders wirksame Zerstäubung und Vermischung wird erreicht, wenn die Zusatzdüse gemäß einer Weiterbildung der Erfindung entgegengerichtet zu einer Kraftstoff-Einspritzdüse in den Gemischbildungs raum mündet, und zwar vorzugsweise in koaxialer Anordnung zur Kraftstoff-Einspritzdüse. Hierbei erfolgen Aufprall, Zerstäubung und Vermischung im Gegenstrom ähnlich wie bei einer aus der Kunststoff mischtechnik bekannten Gegenstrominjektion.A particularly effective atomization and mixing is achieved when the additional nozzle according to a Further development of the invention in the opposite direction a fuel injector in the mixture formation space opens out, preferably in a coaxial manner Arrangement to the fuel injector. Here there is impact, atomization and mixing countercurrent similar to one made of plastic Mixing technology known countercurrent injection.

Eine erhebliche Verbesserung im Sinne der Erfindung wird jedoch auch schon dann erzielt, wenn die Zusatz düse in einem spitzen Winkel oder gar in gleicher Richtung wie die Kraftstoff-Einspritzdüse bzw. der Strom eines bereits voraufbereiteten Kraftstoff- Luftgemisches (Vergaser) gerichtet ist.A significant improvement in the sense of the invention is achieved even if the addition nozzle at an acute angle or even at the same Direction like the fuel injector or the flow of a pre-prepared fuel Air mixture (carburetor) is directed.

Die Zusatzdüse kann vorteilhafterweise als Kraft stoff-Einspritzdüse, insbesondere als L'Orange-Düse ausgebildet sein.The additional nozzle can advantageously be used as a force fabric injection nozzle, especially as an L'Orange nozzle be trained.

Bei unterschiedlichen Ausführungen der Erfindung kann der Gemischbildungsraum je nach dem gewählten Verbrennungsverfahren die Ansaugleitung, eine Vorkammer oder der Brennraum in einem Zylinder der Brennkraft maschine selbst sein. Die zusätzlich eingedüste Luftmenge kann einen von der vorbestimmten, z. B. durch einen Computer je nach Betriebszustand errechneten Gesamtmenge der Verbrennungsluft entnomme nen Mengenanteil, insbesondere eine konstante Teilmen ge, bilden.In different versions of the invention the mixture formation space can vary depending on the selected Combustion process the intake pipe, a prechamber or the combustion chamber in a cylinder of internal combustion machine itself. The additionally injected Air volume can be one of the predetermined, e.g. B. by a computer depending on the operating state calculated total amount of combustion air Native proportion, in particular a constant part ge, form.

Der Druck der eingedüsten Luft kann in seiner Höhe an das Verbrennungsverfahren angepaßt zwischen 80 und 500 bar liegen. The pressure of the injected air can be high adapted to the combustion process between 80 and 500 bar.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:The invention is schematic below Drawings of exemplary embodiments with others Details explained in more detail. Show it:

Fig. 1 bis 4 jeweils im Schnitt unterschiedliche Anordnungen einer Zusatzdüse bezüg lich des Brennraumes einer Kolben-Brenn kraftmaschine mit innerer Verbrennung; Fig. 1 to 4 each in section different arrangements of an additional nozzle bezüg Lich the combustion chamber of a piston-internal combustion engine with internal combustion;

Fig. 5 in vergrößertem Maßstab eine Aus führung einer erfindungsgemäß ver wendeten Zusatzdüse zum Eindüsen von Luft oder Sauerstoff. Fig. 5 on an enlarged scale from an embodiment of an additional nozzle used according to the invention for injecting air or oxygen.

In den Figuren sind gleiche Bauteile der Einfach heit halber mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.In the figures, the same components are simple for the sake of the same reference numerals.

Fig. 1 zeigt einen Zylinder 1 einer wassergekühlten Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, in dem ein Kolben 2 spielt. Oberhalb des Kolbens 2 liegt der Brennraum 4, der oben vom Zylinderkopf 6 begrenzt ist. Von oben ragt in üblicher Weise ein Einlaßventil 8 durch den Ansaugkanal 10 in den Brennraum 4 hinein. 1 Fig. 1 shows a cylinder of a water-cooled internal combustion engine with internal combustion, in which a piston 2 passes. The combustion chamber 4 is located above the piston 2 and is delimited at the top by the cylinder head 6 . In the usual way, an inlet valve 8 projects from above through the intake duct 10 into the combustion chamber 4 .

In Fig. 1 sind eine Kraftstoff-Einspritzdüse 12 und eine Zusatzdüse 14 für Luft oder Sauerstoff horizontal in einer gemeinsamen Achse einander entgegengerichtet angeordnet. Der über eine Bohrung 16 in der Zylinderwand eingespritzte Kraftstoff prallt mit der durch die Bohrung 18 in den Brennraum 4 unter hohem Druck eingedüste Luft und wird so optimal zerstäubt und vermischt sich optimal mit der Luft, so daß ein höchst zündwilliges Gemisch entsteht, das nach der Zündung mittels einer Zündkerze oder durch Selbstzündung praktisch vollständig verbrennt. In Fig. 1, a fuel injection nozzle 12 and an additional nozzle 14 for air or oxygen are arranged horizontally in opposite directions to each other in a common axis. The injected via a bore 16 in the cylinder wall impinges with the air injected through the bore 18 into the combustion chamber 4 under high pressure and is optimally atomized and mixed optimally with the air, so that a highly ignitable mixture is formed, which after Ignition practically burns completely using a spark plug or self-ignition.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind die Kraftstoff- Einspritzdüse 12 und die Zusatzdüse 14 ebenfalls koaxial und einander entgegengerichtet angeordnet, so daß auch hier eine Gegenstromzerstäubung und -vermischung stattfindet, in diesem Fall jedoch in einer Vorkammer 20, die im Ansaugkanal 10 nahe dem Brennraum 4 angeordnet und beispielsweise kugel förmig ausgebildet ist.In the embodiment of Fig. 2, the fuel injection nozzle 12 and the assistant nozzle 14 are also arranged coaxially and opposite to each other so that here also takes place Gegenstromzerstäubung and -vermischung, in this case, however, in a pre-chamber 20 in the intake passage 10 near the Combustion chamber 4 is arranged and is spherical, for example.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist die Zusatzdüse 14 in einem spitzen Winkel zur Kraftstoff-Einspritz düse 12 angeordnet, wobei diese in Strömungsrichtung der Ansaugluft vor der Zusatzdüse 14 in den Ansaug kanal 10 mündet. Beide Düsen 12, 14 sind auf das vom Ventil 8 gesteuerte Einlaßloch im Brennraum 4 gerichtet.In the embodiment of Fig. 3, the auxiliary nozzle 14 is the nozzle at an acute angle to the fuel injector 12 is arranged, which opens in the direction of flow of the intake air in front of the supplemental nozzle 14 in the suction channel 10. Both nozzles 12, 14 are directed towards the inlet hole in the combustion chamber 4 controlled by the valve 8 .

Bei einer alternativen Anordnung, die ebenfalls in Fig. 3 dargestellt ist, mündet die Zusatzdüse 14′ bei unveränderter Lage der Kraftstoff-Einspritzdü se 12 seitlich in den Brennraum wie bei der Ausführung nach Fig. 1.In an alternative arrangement, which is also shown in FIG. 3, the additional nozzle 14 ' opens out laterally in the unchanged position of the fuel injection nozzle 12 into the combustion chamber as in the embodiment according to FIG. 1st

Die Ausführung nach Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 2 lediglich dadurch, daß die einander entgegengerichteten, koaxial angeordneten Düsen 12, 14 anstatt in eine Vorkammer direkt in den Ansaugkanal 10 münden.The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 2 only in that the oppositely directed, coaxially arranged nozzles 12, 14 open directly into the intake duct 10 instead of in a prechamber.

Fig. 5 zeigt eine Ausführung der Zusatzdüse 14 als sogenannte L'Orange-Düse, die dem Fachmann für Brennkraftmaschinen geläufig und deshalb hier nicht im Detail beschrieben ist. Es sei lediglich vermerkt, daß die Düse über Zuleitungskanäle 22, 24 mit Luft oder Sauerstoff unter hohem Druck gespeist und über den Zerstäuber 26 in den Gemischbildungsraum 4 bzw. 10 eingedüst wird. Fig. 5 shows an embodiment of the auxiliary nozzle 14 as a so-called L'Orange-nozzle and therefore not described in the art of internal combustion engines commonly in detail herein. It should only be noted that the nozzle is fed with air or oxygen under high pressure via supply channels 22, 24 and is injected into the mixture formation chamber 4 or 10 via the atomizer 26 .

Anstelle von Umgebungsluft oder getrennt vom Fahrzeug mitzuführendem Sauerstoff kann auch eine andere gasförmige oder flüssige Komponente eingedüst werden, wenn dies für das Verbrennungsverfahren erwünscht ist. Es können auch mehrere derartige Komponenten der Verbrennung auf die beschriebene Weise zugeführt werden. Dies kann insbesondere insofern von Vorteil sein, als der Transport eines hochexplosiven bzw. zündfähigen Gemisches dadurch entbehrlich wird, indem ein solches Gemisch erst auf die beschriebene Weise unmittelbar im oder benachbart dem Brennraum erzeugt wird. Dies ist von Bedeutung insbesondere bei Anwendung der Erfindung auf gasbetriebene Brenn kraftmaschinen.Instead of ambient air or separately from the vehicle Oxygen to be carried can also be another gaseous or liquid components are injected, if desired for the combustion process is. There can also be several such components supplied to the combustion in the manner described will. This can be particularly advantageous than when transporting a highly explosive or flammable mixture becomes unnecessary, by adding such a mixture to the one described Way directly in or adjacent to the combustion chamber is produced. This is particularly important when applying the invention to gas powered combustion engines.

Claims

1. Vorrichtung zur Aufbereitung eines Kraftstoff- Luftgemisches in einem Gemischbildungsraum einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zusatzdüse (14) zum Eindüsen von Luft oder Sauerstoff unter hohem Druck in den Gemischbil dungsraum (4, 10, 20) vorgesehen und so gerichtet ist, daß die eingedüsten Gasteilchen mit den in den Gemischbildungsraum eingebrachten Kraft stoffteilchen zusammenprallen und eine Zerstäubungs wirkung hervorrufen.1. Device for the preparation of a fuel-air mixture in a mixture formation chamber of an internal combustion engine, characterized in that at least one additional nozzle ( 14 ) for injecting air or oxygen under high pressure into the mixture formation chamber ( 4, 10, 20 ) is provided and is directed so that the injected gas particles collide with the fuel particles introduced into the mixture formation space and cause an atomizing effect.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zusatzdüse (14) entgegen gerichtet zu einer Kraftstoff-Einspritzdüse (12) in den Gemischbildungsraum (4, 10, 20) mündet.2. Device according to claim 1, characterized in that the additional nozzle ( 14 ) opens in the opposite direction to a fuel injection nozzle ( 12 ) in the mixture formation space ( 4, 10, 20 ).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Zusatzdüse (14) und die Kraftstoff-Einspritzdüse (12) koaxial ange ordnet sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the additional nozzle ( 14 ) and the fuel injection nozzle ( 12 ) are arranged coaxially.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzdüse als Kraftstoff-Einspritzdüse, ins besondere als L'Orange-Düse (26) ausgebildet ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the additional nozzle is designed as a fuel injection nozzle, in particular as an L'Orange nozzle ( 26 ).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischbildungsraum die Ansaugleitung (10) ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture formation space is the suction line ( 10 ).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischbildungsraum der Brennraum (4) in einem Zylinder der Brennkraftmaschine ist.6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture formation chamber of the combustion chamber ( 4 ) is in a cylinder of the internal combustion engine.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gemischbildungsraum eine nahe dem Brennraum (4) in der Ansaugleitung (10) ausgebildete Vorkammer (20) ist.7. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture formation chamber is a near the combustion chamber ( 4 ) in the intake line ( 10 ) formed prechamber ( 20 ).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlich eingedüste Luftmenge einen von der vorbestimmten Gesamtmenge der Verbrennungsluft entnommenen Mengenanteil, insbesondere eine konstante Teilmenge, bildet.8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the additionally injected air volume one of the predetermined total amount of combustion air withdrawn amount, especially one constant subset.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in seiner Höhe an das Verbrennungsverfahren angepaßt und zwischen 80 und 500 bar beträgt.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Pressure in its amount to the combustion process adjusted and is between 80 and 500 bar.