DE767172C - High-speed internal combustion engine - Google Patents

Description

Schnellaufende Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine schnelllaufende Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzdüse und im Kolben vorgesehenem, zur Düsenachse symmetrischen, abgerundeten Brennraum, der mit dem Zylinder durch eine diesem gegenüber verengte Öffnung in Verhindting steht.High-speed internal combustion engine The invention relates to a high-speed internal combustion engine with fuel injection nozzle and provided in the piston, Rounded combustion chamber symmetrical to the nozzle axis, which runs through with the cylinder an opening that is narrowed opposite this is in Verhindting.

Bei den bekannten Maschinen dieser Art wird beim Kompressionshub die Luft in den Brennraum hineingedrückt, wobei in dem Raum eine bestimmte Wirbelung erzeugt wird. Die Düse taucht während des Einspritzvorganges in den Raum ein. Dabei liegen die Brennstoffstrahlen im Gleichstrom mit der eintretenden Luft oder quer zu den Luftwirbeln. Es wurde auch schon vorgeschlagen, zur Verbesserung der Durchmischung von Brennstoff und Luft eine zusätzliche Luftdrehung um die Zylinderachse zu erzeugen.In the known machines of this type, the compression stroke Air is pressed into the combustion chamber, with a certain vortex in the room is produced. The nozzle dips into the room during the injection process. Included are the fuel jets in cocurrent with the incoming air or across to the air vortices. It has also been suggested to improve the mixing of fuel and air to generate an additional air rotation around the cylinder axis.

Auch ohne Drehung läßt sich bei solchen Maschinen eine vollständige Durchmischung erreichen, wenn der Brennstoff statt in einzelnen Strahlen am ganzen Umfang aus der Düse austritt. Verwendet man zu diesem Zweck eine an sich bekannte Filmdüse, die den Brennstoff in einem feinen, ununterbrochenen Schleier ausspritzt, so wird dadurch noch die Möglichkeit gegeben, Strahleinspritzmaschinen von kleinen Abmessungen zu bauen. Die Einspritzung einer solchen Düse mit ihrer naturgemäß kleinen Eindringtiefe vermeidet auch bei der kurzen, freien Spritzlänge solcher Maschinen ein Auftreffen des Brennstoffs auf die Wandung und verhindert somit schlechte Gemischbildung und Verbrennung.With such machines, a complete rotation can also be achieved without rotation Achieve thorough mixing when the fuel is held in individual jets all over Circumference emerges from the nozzle. If one uses a known per se for this purpose Film nozzle that ejects the fuel in a fine, uninterrupted veil, this still gives the opportunity to use jet injection machines from small ones Build dimensions. The injection of such a nozzle with her naturally small penetration depth avoids such a short, free spray length Machines an impact of the fuel on the wall and thus prevents bad Mixture formation and combustion.

Wird nun aber in irgendeiner der bekanntere Anordnungen eine Filmdüse verwendet, so zeigt sich, daß die -Maschine sehr hart läuft. Allgemein ist bekannt, daß der während des Zündverzuges eingespritzte Brennstoff im Moment der Zündung rasch verbrennt, was sich in mehr oder weniger rauliem Gang I äußert. Bei einer Filmdüse bleibt der Zündverzug ungefähr gleich, die Brennstoffverteilung und Zündaufbereitung sind aber außerordentlich gleichmäßig und gut. Die Verbrennung des schon eingespritzten Brennstoffs erfolgt daher im Augenblick der Zündung so schlagartig, daß trotz der sonst vollständigen rauchfreien Verbrennung die Verwendung einer solchen Düse überhaupt in Frage gestellt wird. '\@-eil sich die Filmdüse aber für kleine Strahleinspritzmaschinen fast nicht umgehen läßt. muß ein Weg gefunden werden, den Zündverzug erheblich zu verkleinern, ohne die sonstigen Vorteile der Düse zu beeinträchtigen. Es hat sich gezeigt, daß für den ruhigen Gang des -Motors der Zündverzug auch im oberen Drehzahlbereich sich höchstens bis zur -Mitte der Einspritzung erstrecken darf. Der kürzeste Zündverzug. d. l1. die rascheste Aufheizung des Brennstoffs. wird erreicht. indem man den Brennstoffstrahl einem kräftigen Gegenstrom heißer Luft aussetzt. Es ist auch festgestellt «-orden, daß die Zündung am ehesten an Stellen mit fettem Gemisch einsetzt. Da bei Gegenstromauflieizung die Brennstoffstrahlen durch den Luftstrom gestaut «-erden, ist neben der raschen Aufheizung auch gleichzeitig die lokale Entstehung eines fetten Gemisches gewährleistet. Da der Brennstoff aber auf diese Weise zusammengeballt wird, ergibt eine solche Einspritzung eine schlechte Verteilung des Brennstoffs in der Luft und mangelhafte Verbrennung. Für gleichmäßige Gemischbildung eignet sich die Einspritzung quer zur Luftströmung am besten.But now it becomes a film nozzle in any of the more familiar arrangements is used, it turns out that the machine runs very hard. It is generally known that the fuel injected during the ignition delay at the moment of ignition burns quickly, which manifests itself in a more or less leisurely walk I. At a Film nozzle, the ignition delay remains roughly the same, the fuel distribution and ignition preparation but are extremely even and good. The combustion of the already injected Fuel therefore takes place so suddenly at the moment of ignition that despite the otherwise complete smokeless combustion the use of such a nozzle at all is questioned. '\ @ - but the film nozzle for small jet injection machines almost impossible to get around. a way must be found to reduce the ignition delay considerably without affecting the other advantages of the nozzle. It has shown that the ignition delay also in the upper speed range for the quiet gear of the engine may extend at most to the middle of the injection. The shortest ignition delay. d. l1. the fastest heating of the fuel. is achieved. by getting the fuel jet exposed to a vigorous countercurrent of hot air. It is also established "-order, that the ignition starts most likely in places with a rich mixture. As with countercurrent Auflieizung the fuel jets stuck up by the air stream, is next to the rapid one Heating also ensures the local formation of a rich mixture at the same time. But since the fuel is agglomerated in this way, there is one Injection poor fuel distribution in the air and poor Combustion. Injection perpendicular to the Air flow best.

Die Maschine nach der Erfindung erfüllt nun diese beiden Forderungen, und zwar dadurch, daß die Düse als Filmdüse ausgebildet ist und der von dieser Düse erzeugte flache Brennstoffschleier im ersten Teil des Einspritzvorganges bei noch außerhalb des Brennraums befindlicher Düsenmündung die Verbrennungsluft oberhalb des Kolbenbodens im Gegenstrom und im zweiten Teil des Einspritzvorganges bei in den Brennraum eingetauchter Düsenmündung innerhalb des Brennraums in an sich bekannter Weise quer auf die Verbrennungsluftwirbel trifft, so daß der kürzeste Zündverzug bei rollständiger Verbrennung eintritt. Die hohe Lage der Düsenmünduii- und der bei Schnelläufern bedingte frühe Spritzbeginn haben zur Folge. daß die Düse am Anfang der Einspritzung noch nicht in den Kolbenraum eintaucht. sondern den Brennstoff der über den Kolbenboden gegen die Öffnung zuströmenden heißen Luft entgegenspritzt. wenn der Kolben sich dann mehr der inneren Totlage nähert, taucht die Düse in den Kolbenraum ein und spritzt den Brennstoff quer zur Strömung der eintretenden Luft und zu dem im Raum gebildeten Wirbel. Die Zündung setzt dabei gegen Mitte der Einspritzung ungefähr ztt Beginn des Eintauchens der Diese in den Brennraum ein. Die Verbrennung verläuft vor der inneren Totlage im Kolbenraum, wobei die zur Zeit des Zündbeginns noch über dem Kolben befindliche Frischluft quer zum Brennstoffschleier an der Düse vorbei in diesen Raum hineingepreßt -wird. -Nach der inneren Totlage und beendeter Einspritzung expandiert dann das verbrannte und unverbrannte Gemisch in den Hubraum hinaus. wobei sich die Verbrennung rasch vollständig vollzieht. Durch diese Kombination beider Einspritzarten wird es überhaupt möglich, kleine Strahleinspritzmaschinen zu bauen mit ruhigem Gang und vollständig rauchfreier Verbrennung.The machine according to the invention now meets these two requirements, namely in that the nozzle is designed as a film nozzle and that of this nozzle generated flat fuel veils in the first part of the injection process at noch the nozzle orifice located outside the combustion chamber, the combustion air above of the piston head in countercurrent and in the second part of the injection process at in the nozzle mouth immersed in the combustion chamber within the combustion chamber in a known manner Way across the combustion air vortex, so that the shortest ignition delay occurs with rolling combustion. The high position of the Düsenmünduii- and the In the case of high-speed runners, the result is an early start of injection. that the nozzle at the beginning the injection is not yet immersed in the piston chamber. but the fuel the hot air flowing in through the piston crown against the opening. when the piston then approaches the inner dead center, the nozzle plunges into the Piston chamber and injects the fuel across the flow of incoming air and to the vortex formed in space. The ignition is set towards the middle of the injection approximately at the beginning of the immersion of these in the combustion chamber. The burn runs before the inner dead center in the piston chamber, with that at the time of the start of ignition Fresh air still above the piston across the fuel curtain at the nozzle is pressed past into this space. -After the inner deadlock and finished Injection then expands the burned and unburned mixture into the cubic capacity out. the combustion is completed quickly and completely. Through this combination Both types of injection make it possible at all, small jet injection machines to be built with a quiet walk and completely smoke-free combustion.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Maschine nach der Erfindung als Beispiel dargestellt.In the drawing is an embodiment of the machine according to the invention shown as an example.

Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch deii mit der Einspritzdüse versehenen Teil des Zvlinders mit noch außerhalb des Kolbenbrennraums befindlicher Düse; Fig. 2 zeigt die gleiche Darstellung mit in den Kolbenbrennraum eingetauchter Düse: Fig. 3 ist die Draufsicht auf den mit dein Kolben versehenen Zylinder.Fig. I shows a longitudinal section through the provided with the injection nozzle Part of the cylinder with the nozzle still outside the piston combustion chamber; Fig. 2 shows the same representation with the nozzle immersed in the piston combustion chamber: Fig. 3 is the plan view of the cylinder provided with the piston.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Kolben i, der in dem Zylinder 2 spielt, in der -Mitte seines Bodens mit einem abgerundeten Brennraum 3 versehen, der im Grundriß kreisförmig ist und im axialen Längsschnitt etwa halbkreisförmig gekrümmte Seitenwandungen q. hat. Dieser Bretinrauin 3 steht mit dem Innern des Zylinders -2 durch eine Öffnung 3 hindurch in Verbindung. die wesentlich kleiner als der Zylinderdurchmesser und auch kleiner als der Durchmesser des Brennraums 3 selbst ist.In the illustrated embodiment, the piston i, which is in the Cylinder 2 plays in the middle of its bottom with a rounded combustion chamber 3 provided, which is circular in plan and approximately semicircular in axial longitudinal section curved sidewalls q. Has. This Bretinrauin 3 stands with the inside of the Cylinder -2 through an opening 3 in connection. which are much smaller than the cylinder diameter and also smaller than the diameter of the combustion chamber 3 is itself.

In dem Zylinderkopf 6 ist in der Achse des Kolbens i der Düsenkörper 7 angeordnet, der oben durch den Düsendeckel S abgedeckt ist. Durch eine mittlere Längsbohrung q des Düsenkörpers 7 ist der Schaft io eines Tellerventils hindurchgeführt. Der Teller i i dieses Ventils schließt den Kanal 9 an der -Mündung des Düsenkörpers 7 ab, der über den Zylinderkopf 6 etwas in den Arbeitsraum des Zylinders 2 hineinragt. Der Ventilteller i i wird durch eine Feder 12 auf seinen Sitz gedrückt. Die Zuführung des Brennstoffs erfolgt durch eine in dem Düsendeckel 8 vorgesehene mittlere Bohrung 13 und durch in dem Schaft io des Tellerventils vorgesehene Längsnuten 14 hindurch.In the cylinder head 6, the nozzle body 7, which is covered by the nozzle cover S at the top, is arranged in the axis of the piston i. The shaft of a poppet valve is passed through a central longitudinal bore q of the nozzle body 7. The plate ii of this valve closes the channel 9 at the mouth of the nozzle body 7, which protrudes somewhat over the cylinder head 6 into the working space of the cylinder 2. The valve disk ii is pressed onto its seat by a spring 12. The fuel is supplied through a central bore 13 provided in the nozzle cover 8 and through longitudinal grooves 14 provided in the shaft 10 of the poppet valve.

Beim Verdichtungshub des Kolbens i wird die über dem Kolben befindliche Luft, wenn sich der Kolben dem Zylinderkopf 6 nähert, in einem konzentrischen Strahl durch die verengte Öffnung 5 in den Brennraum 3 hineingedrückt, wobei sich infolge der Drosselung ihre Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Dabei bilden sich in dem Brennraum 3 Wirbel, die im Sinne der in Fig. 2 eingezeichneten Pfeile auf die Seitenwandungen 4 hin gerichtet sind. Diese Lüftstrahlen werden dabei an der Mündung der Düse vorbeigeführt.. Öffnet sich nun die Filmdüse, wobei sich der Teller i i von dem Düsenkörper 7 nach innen abhebt, so tritt der Brennstoff durch den entstehenden Kreisspalt in Gestalt des in den Fig. i und 2 eingezeichneten flachkegelförmigen Schleiers 15 in den Brennraum 3 ein. Die Einspritzung beginnt je nach Drehzahl 16 bis 30° Kurbelwinkel vor der oberen Totlage. Die Verhältnisse bei Spritzbeginn, im Mittel also 230 vor oberer Totlage, zeigt Fig. i.During the compression stroke of piston i, the one above the piston becomes Air as the piston approaches the cylinder head 6 in a concentric jet pushed through the narrowed opening 5 into the combustion chamber 3, which as a result the throttling increases their flow rate. This forms in the combustion chamber 3 vortices, in the sense of the arrows shown in Fig. 2 on the side walls 4 are directed towards. These air jets are guided past the mouth of the nozzle. The film nozzle now opens, with the plate i i moving away from the nozzle body 7 lifts inside, the fuel comes into shape through the resulting circular gap of the flat conical veil 15 drawn in FIGS. i and 2 into the combustion chamber 3 a. The injection begins, depending on the engine speed, 16 to 30 ° before the crank angle top dead center. The conditions at the start of injection, i.e. 230 on average before the upper one Dead position, Fig. I shows.

Da die über dem Kolbenboden befindliche Luft in diesem Moment durch die Verdrängerwirkung des Kolbens mit großer Geschwindigkeit nach innen gepreßt wird, so wird der Brennstoff im Gegenstrom äußerst rasch aufgeheizt, wobei noch durch die Stauwirkung lokal ein fettes Gemisch entsteht. Dadurch sind die denkbar günstigsten Voraussetzungen für rasche Zündung gegeben, so daß ein außerordentlich kurzer Zündverzug erzielt wird. Durch den scharfen Luftgegenstrom wird die Brennstoffstrahlspitze so abgebremst, daß der Brennstoff höchstens bis über den Rand 5 der Kolbenöffnung gelangt. Im Ringraum über dem Kolbenboden entsteht vorerst kein Gemisch.Because the air above the piston crown passes through at this moment the displacement effect of the piston is pressed inwards at great speed is, the fuel is heated extremely quickly in countercurrent, with still the damming effect creates a rich mixture locally. This makes them conceivable favorable conditions for rapid ignition given, so that an extraordinary short ignition delay is achieved. The sharp countercurrent of air creates the fuel jet tip braked so that the fuel does not exceed the edge 5 of the piston opening got. For the time being, there is no mixture in the annular space above the piston crown.

Nach dieser ersten Phase der Einspritzung beginnt die Düse in den Kolbenraum einzutauchen, und spätestens um diesen Zeitpunkt herum .setzt die Zündung ein. Bis unmittelbar vor der oberen Totlage findet dabei die Verbrennung nur im Kolbenraum 3 statt, da sich außerhalb kein brennbares Gemisch befindet und die Frontgeschwindigkeit der Verbrennungsexpansion nur von gleicher Größenordnung ist wie die Geschwindigkeit der in den Brennraum eintretenden Luft, so daß also die Verbrennung sich nicht durch die Öffnung 5 in den Zylinderraum hinaus ausdehnen kann. In dieser zweiten Phase der Einspritzung wird nun eine außerordentlich gute Mischung von Brennstoff und Luft erreicht, da der Brennstoffschleier 15 die im Kolbenraum. entstandenen Luftwirbel quer durchsetzt und teilweise noch von dem Zylinderraum frische Luft zu dem eben aus der Düse 7 austretenden Brennstoffschleier zugeführt wird, wie dies in Fig. ? und 3 veranschaulicht ist. Die Einspritzung wird ungefähr in der oberen Totlage oder kurz nachher beendet. Nach der oberen Totlage expandiert das brennende Gemisch in den Zylinderraum hinaus, wobei die vollständige Verbrennung rasch zu Ende geführt wird.After this first phase of the injection, the nozzle begins in the Immerse the piston chamber, and at this point at the latest, the ignition will start a. Until immediately before the top dead center, the combustion takes place only in the Piston chamber 3 instead, as there is no combustible mixture outside and the front speed the combustion expansion is only of the same order of magnitude as the velocity the air entering the combustion chamber, so that the combustion does not progress the opening 5 can also expand into the cylinder space. In this second phase The injection is now an extraordinarily good mixture of fuel and Air reaches because the fuel veil 15 in the piston chamber. resulting air vortex crossed and partly still fresh air from the cylinder space to the same from the nozzle 7 exiting fuel veil is supplied, as shown in Fig. ? and Fig. 3 is illustrated. The injection is approximately in the top dead center or ended shortly after. After the top dead center, the burning mixture expands into the cylinder space, the complete combustion quickly being brought to an end will.

An Stelle des Brennstoffventils, das in irgendeiner bekannten Weise gesteuert wird, kann auch an der Mündung des Düsenkörpers ein Ringschlitz vorgesehen sein, dem der Brennstoff zugeführt wird, während die Steuerung der Brennstoffzufuhr auf andere Weise erfolgt.In place of the fuel valve in some known way is controlled, an annular slot can also be provided at the mouth of the nozzle body to which the fuel is supplied while controlling the fuel supply done in another way.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Schnellaufende Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzdüse und im Kolben vorgesehenem, zur Düsenachse symmetrischen, abgerundeten Brennraum, der mit dem Zylinder durch eine diesem gegenüber verengte Öffnung in Verbindung steht und in der inneren Totlage fast die gesamte Verbrennungsluft enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse als Filmdüse (ii) ausgebildet ist und der von dieser Düse erzeugte flache Brennstoffschleier im ersten Teil des Einspritzvorganges bei noch außerhalb des Brennraums befindlicher Düsenmündung die Verbrennungsluft oberhalb des Kolbenbodens im Gegenstrom und im zweiten Teil des Einspritzvorganges bei in den Brennraum (3) eingetauchter Düsenmündung innerhalb des Brennraums in an sich bekannter Weise quer auf die Verbrennungsluftwirbel trifft, so daß der kürzeste Zündverzug bei vollständiger Verbrennung eintritt. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Britische Patentschrift Nr. 421 ioi; deutsche Patentschriften Nr. 349 770, 359 002; USA.-Patentschrift Nr. 1 354 786.PATENT CLAIM: High-speed internal combustion engine with fuel injector and in the piston provided, symmetrical, rounded combustion chamber to the nozzle axis, which communicates with the cylinder through an opening that is narrowed in relation to it and contains almost all of the combustion air in the inner dead position, thereby characterized in that the nozzle is designed as a film nozzle (ii) and that of this The nozzle produced flat fuel veils in the first part of the injection process the nozzle orifice still outside the combustion chamber, the combustion air above of the piston head in countercurrent and in the second part of the injection process at in the combustion chamber (3) immersed nozzle orifice within the combustion chamber in itself known way transversely on the combustion air vortex, so that the shortest Ignition delay occurs with complete combustion. To delimit the subject matter of the invention From the state of the art, the following publications are considered in the granting procedure drawn: British Patent No. 421 ioi; German patent specification No. 349 770, 359 002; U.S. Patent No. 1,354,786.