Verfahren zum Betrieb einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Be trieb einer luftverdichtenden, selbstzündenden Brenn- kraftmaschine. Eine nach diesem Verfahren arbei tende Brennkraftmaschine ist in der deutschen Pa tentschrift Nr. 865 683 beschrieben.
Bei dieser Brenn- kraftmaschine wird der flüssige Kraftstoff gegen Ende des Verdichtungshubes in den Zylinder eingespritzt und ohne wesentliche Vorzerstäubung durch die Ver brennungsluft auf eine Brennraumwand aufgetragen und dort in Filmform ausgebreitet. Die Brennraum- wand ist dabei auf einer Temperatur gehalten, die unter der thermischen Zerfalltemperatur des Kraft stoffes, aber noch in dessen Siedebereich liegt.
Diese thermische Zerfallstemperatur des Kraft stoffes, das heisst die Temperatur des Kraftstoffes, bei der sein thermischer Zerfall (Pyrolyse) merkbar in Erscheinung tritt, ist eine sehr verwickelte Funk tion der Verweilzeit des Kraftstoffes, des Druckes, der Art des Kraftstoffes, der Anwesenheit von Fremdstoffen, des Materials der Brennraumwandung u. a. m. Von Interesse ist natürlich nur die Zerfall temperatur der Kraftstoffe bei den Verhältnissen im Brennraum eines Motors, bei dem das erfindungs gemässe Verfahren Anwendung findet.
Auf Grund von Versuchen mit einem derartigen Motor wurde festgestellt, dass die thermische Zerfallstemperatur sowohl für einen zündwilligen Dieselkraftstoff als auch für ein relativ zündunwilliges Autobenzin im Bereich von 400 bis 450 C zu liegen kommt, so dass es für die genannten Kraftstoffe ratsam erscheint, die Temperatur der Brennraumwand nicht wesentlich über 380 C ansteigen zu lassen.
Um den Kraftstoff in Filmform auf der Brenn- raumwand auszubreiten, erfolgt dessen Auftragung auf die Wandung des Brennraumes in der Weise reflexionsfrei, dass eine möglichst grosse Fläche der Brennraumwand mit Kraftstoff benetzt wird, der an der Wand haften bleibt; dies wird dadurch erreicht, dass ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen bei jeweils kurzer freier Strahlweglänge unter spitzem Auftreff- winkel auf die Brennraumwand gerichtet sind.
Die Verbrennungsluft, welcher bereits bei ihrem Eintritt in den Zylinder eine Rotationsbewegung gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung erteilt wird, wird dabei mit hoher Geschwindigkeit an den Auftreffstellen des Kraftstoffes und der filmartig vom Kraftstoff be netzten Wandungsfläche vorbeigeführt, wodurch der Kraftstoff allmählich in Dampfform von der Wand abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist eine Ver besserung des Verfahrens zum Betrieb derartiger, bekannter Brennkraftmaschinen zu erzielen, und zwar durch besondere Massnahmen hinsichtlich der Kraft stoffeinspritzung und des Verdichtungsverhältnisses, welche eine zuverlässige Zündung gewährleisten, ohne dass dadurch die Eigenschaften der bekannten Maschine im Hinblick auf geräuscharmen Verbren nungsablauf und Wirtschaftlichkeit nachteilig beein flusst werden.
Die bekannte Maschine weist insofern einen entscheidenden Fortschritt gegenüber allen sonstigen mit überwiegender Luftverteilung des Kraftstoffes arbeitenden Brennkraftmaschinen auf, als durch die filmartige Auftragung des Kraftstoffes an der Brenn- raumwand vorzeitige chemische Zerfallsreaktionen des Kraftstoffes, die einen zu plötzlichen Verbren nungsablauf mit hohen Drucksteigerungen und Auf treten von Klopfgeräuschen zur Folge haben, ver mieden werden.
Es hat sich nun aber gezeigt, dass bei einer film artigen Auftragung des Kraftstoffes auf die Brenn raumwand mit Ablösung und Vermischung dessel ben in Dampfform an die Zündung des so gebildeten Brennstoffdampf-Luftgemisches bestimmte Anforde- rangen zu stellen sind, die bei der bekannten Ma schine noch nicht in befriedigender Weise erfüllt werden. Die Zündung in einer Dieselmaschine wird bekanntlich durch die am Ende des Verdichtungs hubes entstehende Kompressionswärme herbeigeführt.
Während nun bei Brennkraftmaschinen, welche mit ausgesprochener Luftverteilung des Kraftstoffes ar beiten, in dieser Hinsicht keine Schwierigkeiten be stehen, da die Verdichtungsendtemperatur über der Zündtemperatur des in die Luft eingespritzten Kraft stoffes liegt und der in die Luft verteilte Kraftstoff im Dampfzustand den Zündpunkt der Flüssigkeit aufweist, ist dies bei einem Gemisch, das aus an der Brennraumwand verdampftem Kraftstoff und Luft besteht, wesentlich anders.
Der Verdampfungs- vorgang an der Brennraumwand, der schnell aufein anderfolgend nur Teilmengen erfasst, lässt ein Brenn stoffdampf-Luftgemisch entstehen, dessen Zündpunkt so hoch liegt, dass es in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit allein durch die Verdichtungsendtem- peratur nicht mehr gezündet werden kann.
Denn der Zündpunkt derartiger Gemische liegt erfahrungsge mäss bei etwa 700 C, während die bei der Kompres sion entstehende Endtemperatur nur etwa 500 erreicht. Würde man also den Kraftstoff 100 % ig auf die Wand verteilen und in dieser Verteilung zur Verdampfung bringen, dann würde eine Zündung durch die Kompressionswärme nicht mehr zustande kommen.
Das Verfahren nach vorliegender Erfindung be ruht auf der Erkenntnis, dass bei der Bildung eines Gemisches, welches aus an der Brennraumwand ver dampftem Kraftstoff und Luft besteht, zur Einleitung der Zündung ein luftverteilter Kraftstoffanteil erfor derlich ist, der eine bestimmte Mindestgrenze ein halten mass, damit bei allen Betriebszuständen eine zuverlässige Zündung gewährleistet ist.
Diesem Um stand wird die bekannte, mit Wandverteilung des Kraftstoffes arbeitende Bremskraftmaschine nur in unvollkommener Weise insoweit gerecht, als zwang läufig auch dort mit der auf die Wand verteilten Kraftstoffeinspritzung durch Randablösung eine ge wisse Luftverteilung verbunden ist, welche vom ge schlossenen Kraftstoffstrahl abgesplitterte Kraftstoff- teilchen zur unmittelbaren Vermischung mit der Luft gelangen lässt, wodurch die Einleitung der Zündung für das übrige Brennstoffdampf-Luftgemisch ermög licht wird.
Eine in dieser Weise bewirkte Zündung ist jedoch unbestimmt, das heisst mehr oder weniger noch dem Zufall überlassen und führt zum Versagen, wenn die Wandverteilung des Kraftstoffes über eine zulässige Höchstgrenze hinaus ausgedehnt wird, wie dies bei der bekannten Maschine freigestellt ist. Anderseits gibt die bekannte Maschine auch noch keinen Aufschluss darüber, wie bei Unterteilung der Kraftstoffeinspritzung in einen wand- und luftverteil ten Kraftstoffanteil bestimmter Grössenordnungen das Verdichtungsverhältnis zu wählen ist, welches für die Zündung des luftverteilten Kraftstoffes gleichfalls eine Rolle spielt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, dass diese bei der be kannten Maschine noch bestehenden Mängel be seitigt. Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass bei einer Brennkraftmaschine mit Wand verteilung des Kraftstoffes der eingangs beschriebenen Art der Hauptteil des eingespritzten Kraftstoffes, jedoch nicht mehr als 98 0/0, in filmartiger Verteilung auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während gleichzeitig der restliche Teil des Kraftstoffes,
min- destens aber 2 % und höchstens so viel, dass sich beim Startlauf der Maschine gerade kein wahr nehmbares Zündgeräusch mehr zeigt, in die Ver brennungsluft eingespritzt wird, wobei das Verdich tungsverhältnis so gewählt ist, dass eine Selbstzün dung des luftverteilt eingespritzten Kraftstoffanteils mit Sicherheit erfolgt, dass dagegen der auf die Wand aufgebrachte Kraftstoff allein nicht zündet.
Die Zündung wird sonach als Selbstzündungs- vorgang eines bestimmten luftverteilten Kraftstoff anteils, der eine Mindestgrenze nicht unterschreiten und eine Höchstgrenze nicht überschreiten darf, sichergestellt.
Die Luftverteilung des Kraftstoffes liegt dabei zweckmässig zwischen 2 und 10%. Da- durch ergibt sich eine gute Stabilisierung der Zün dung, und es erübrigt sich der Einbau einer Hilfs zündung, welche nach in der Dieselmotorentechnik bekannten Vorbildern bei unsicheren Zündverhält- nissen das nächstliegende wäre.
Die Wahl des Verdichtungsverhältnisses, welche in der angegebenen Weise auf die Zündeigenschaften des Luft- und wandverteilten Kraftstoffes abgestellt ist, hängt natürlich auch von der Art des verwen deten Kraftstoffes ab und wird mit durch den vor gegebenen Zylinderdurchmesser bestimmt. Das Ver dichtungsverhältnis einer Maschine betrieben gemäss dem Verfahren nach der Erfindung liegt im Bereich der bei Dieselmaschinen üblichen Werte, ist hierbei jedoch infolge der vorgegebenen Bedingungen ver hältnismässig eng begrenzt. Für den Betrieb mit schwer zündenden Kraftstoffen (Teeröle, Gasöle oder dergleichen) kommt beispielsweise ein Ver dichtungsverhältnis 1 : 17, bei Betrieb mit leicht selbstzündenden Kraftstoffen wie Benzin ein Ver dichtungsverhältnis von etwa 1 : 20 in Betracht.
Eine Maschine zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung ist weiterhin auch hinsichtlich der Formgebung des Brennraumes an gewisse Vor aussetzungen gebunden, die ähnlich wie bei der bekannten Maschine im wesentlichen darin bestehen, dass 1. eine filmartige Auftragung des Kraftstoffes mög lich ist, 2. die erforderliche Wandtemperatur gewährleistet ist und 3. die Verbrennungsluft im Brennraum eine beson ders intensive, über die vom Kraftstoff benetzte Wandungsstelle hinwegstreichende Luftbewegung ausführen kann. Praktisch kommen dabei in erster Linie Brenn- räume in Betracht, wie sie in der deutschen Patent schrift Nr. 865683 aufgezeigt sind.
Auch die Luft bewegung wird zweckmässig in der gleichen Weise wie dort vorgesehen.
Die Vorteile der Anwendung des erfindungs gemässen Verfahrens liegen gegenüber dem Bekann ten darin, dass unter Beibehaltung der dieser letzteren eigentümlichen ruhigen, stossfreien Verbrennung bei geringer Abgastrübung und wirtschaftlichem Kraft stoffverbrauch für alle Betriebszustände auch die Zündung des Brennstoffdampf-Luftgemisches in ein wandfreier Weise gewährleistet und stabilisiert ist.
Zum Stande der Technik wird folgendes be merkt: Über die reaktionskinetischen Wirkungen einer Wandberührung des Kraftstoffes ist zwar schon früher berichtet worden, jedoch ist dort, ungeachtet der erkannten Zusammenhänge, noch die Ansicht vertreten, dass in der Wandberührung des Kraftstoffes ein den anordnungsgemässen Ablauf der Gemisch bildung hemmender Vorgang zu sehen sei, da die Gemischbildung über die Brennraumwand einen zeitlichen Umweg darstellt. Diese Anschauung trifft für die damals bekannten Ausführungsformen von Dieselmotoren zweifellos zu.
Durch die deutsche Patentschrift Nr. 865683 sind jedoch erstmals grund sätzlich und durch das Verfahren nach der vorlie genden Erfindung in verbesserter Form die Vor aussetzungen angegeben worden, unter denen man die Wandberührung des Kraftstoffes in vorteilhafter Weise gegenüber der herkömmlichen Gemischbil dung zur Anwendung bringen kann.
Weiterhin ist auch bereits ein älterer Vorschlag bekannt, wonach bei einem rotationskörperförmigen Brennraum mit taschenartigen Einschnitten an der Brennraumöffnung einer Brennkraftmaschine der Kraftstoff durch einen dieser Einschnitte so einge spritzt wird, dass der Einspritzweg längs der Brenn- raumwand verläuft und auf diese Weise Kraftstoff auf die Brennraumwandung gelangt;
hierbei soll durch die Einschnitte an der Brennraumöffnung eine Luftbewegung herbeigeführt werden, welche die Zer- stäubung des Kraftstoffes und Vermischung dessel ben mit der Verbrennungsluft bewirkt.
Auch diese vorbekannte Anordnung entspricht nicht dem Vor gehen beim Verfahren nach vorliegender Erfindung, indem dort keine Massnahmen vorgesehen sind, dass der Kraftstoff unvermischt und filmartig auf die Wand kommt und dass gegebenenfalls auf die Wand gelangender Kraftstoff so weiterbehandelt wird, dass er erstens nicht an der Wand vorzeitig chemisch zer fällt und zweitens ohne einen solchen Zerfall in Teil mengen aufeinanderfolgend im wesentlichen nur in Dampfform mit der Verbrennungsluft zur Vermi schung gelangt.
Da bei der bekannten älteren An ordnung die innige Vermischung von hochzerstäub tem Kraftstoff mit der Luft im Sinne der bisherigen Anschauung und im Gegensatz zur vorliegenden Er findung gewolltes Ziel und Ergebnis der dort vor- gesehenen Massnahmen ist, sieht diese bekannte Brennraumanordnung eine Einspritzung des Kraft stoffes nicht nur in Richtung der Luftbewegung, son dern in gleicher Weise entgegen der letzteren vor, wodurch die beabsichtigte Zerstäubung und Luft verteilung des Kraftstoffes noch gesteigert werden soll.
In der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausfüh rungsbeispiel eines Zylinders, -eines Kolbens und einer Einspritzdüse einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch Zylinder und Kolben einer Brennkraftmaschine mit Brennraum im Kolben und Kraftstoffeinspritzung gemäss der Erfindung, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Kolben nach Fig. 1 mit Brennraum, mit Darstellung der Einspritzdüse,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Mündungs teil einer Einspritzdüse mit Kernstrahl und Rand strahlen und Fig. 4 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch unter Verwendung einer Mehrlochdüse.
Im Kolben 1 des nur angedeuteten Zylinders 2 ist der Brennraum 3 eingeschnitten, welcher Rota tionskörperform aufweist, z. B. elliptisch ausgebil det ist. Die Kolbenstellung in unmittelbarer Nähe der obern Totpunktlage ist durch die Linie 4 ange deutet, welche zugleich die Zylinderdeckelebene dar stellt.
5 ist die Einspritzdüse, welche derart exzen trisch zur Brennraummitte angeordnet ist, dass ihr mündungsseitiges Ende 5a in der obern Totpunkt stellung des Kolbens - im Bereich der Brennraum- öffnung - nahe der Brennraumwand liegt. Die Brennraumöffnung kann dabei durch einen hals artigen Übertrittskanal 6 gebildet sein.
Aus der Düse 5 wird der wesentliche Teil des pro Arbeitstakt eingespritzten Kraftstoffes, jedoch nicht mehr als 98 %, in Form eines geschlossenen Kraftstoffstrahls 7 bei kurzer freier Strahlweglänge L und unter angenähert tangentialem Auftreffwinkel, auf die Brennraumwand gespritzt, so dass sich der Kraftstoff dort in Form eines Films 8 ausbreitet.
Der restliche Teil des eingespritzten Kraftstoffes, jedoch mindestens 20/0 und höchstens so viel, dass sich beim Startlauf gerade kein wahrnehmbares Geräusch mehr zeigt (z. B. 1011h), wird dagegen nicht auf die Wand, sondern - wie in Fig. 1 und 2 unter 7a angedeutet - in die gleichsinnig zur Wandauftragung des Kraft stoffes im Brennraum kreisende Verbrennungsluft eingespritzt, wobei die Rotationsbewegung der Luft um die Brennraumachse 9 durch den Pfeil 10 ange deutet ist.
Die Wand- und Luftverteilung des Kraftstoffes in der angegebenen Grössenordnung kann beispiels weise durch eine an sich bekannte Zapfendüse erreicht werden, deren mündungsseitiger Endteil in Fig. 3 vergrössert dargestellt ist. Der Düsenöffnungs- oder Einstelldruck derartiger Düsen liegt zwischen 80 und 175 atü. Die als Ganzes mit 11 bezeichnete Düsennadel hat an ihrem der Düsenmündung zu liegenden Ende einen besonders ausgebildeten koni schen Spritzzapfen 12, der mit geringem Spiel in das Spritzloch 13 des Düsenkörpers 14 hineinragt.
Hier durch formt sich der wesentliche Teil des Kraftstoffes infolge der innern Kontraktionskräfte des Kraftstoffes zu einem geschlossenen Kernstrahl 17, während durch die konische Ausführung der Spritzzapfen ein kleinerer Teil des Kraftstoffes in einem kegelför migen Mantel 16 zerstäubt wird. Derartige Düsen sind im Handel mit Spritzzapfen verschiedenster Formgebungen und Abmessungen erhältlich, wo durch die Forderungen der Praxis hinsichtlich An passung des Einspritzstrahls an eine gewünschte Strahlform und Kraftstoffverteilung weitgehend er füllbar sind.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Spritzzapfen 12 gewählt, der bei geöffneter Spritz- lochmündung 13 einen im wesentlichen geschlossenen Kernstrahl 17 (entsprechend 7 in Fig. 1 und 2) er gibt, welcher so bemessen ist, dass er die Hauptmasse des eingespritzten Kraftstoffes (bis zu 98 "/o.) enthält.
Der Abspritzdruck ist dabei ausreichend, damit der Kernstrahl 17 bzw. 7 in geschlossener Form, das heisst ohne wesentliche Vorzerstäubung durch die Luft, auf die Brennraumwandung gelangt. Da der Kernstrahl 7 tangential auf die Brennraumwand ge richtet ist, ist eine Filmbildung des an der Wand zerfliessenden Kraftstoffes sichergestellt.
Der Rest von 2 % oder mehr bis max. 10 % des eingespritzten Kraftstoffes wird in Form des Randstrahls 16 in Fig. 3 bereitgestellt und fächerartig so auseinander gezogen, dass dieser Kraftstoffanteil im wesentlichen ohne Wandberührung in zerstäubter flüssiger Form unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt wird.
Statt einer Zapfendüse kann auch eine Mehr lochdüse benützt werden, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Auch derartige Düsen sind an sich bekannt und im Handel erhältlich. Bei dieser Düsenart sind zur Durchführung des Verfahrens am mündungsseitigen Düsenende eine oder mehrere Hauptbohrungen 18 vorgesehen, die in der obern Totpunktstellung des Kolbens unmittelbar auf die Brennraumwand ge richtet sind.
Die Bohrungen 18 sind im Durchmesser so bemessen, dass wiederum der grösste Teil des ein- gespritzten Kraftstoffes, jedoch nicht mehr als 98 %, in Form eines oder mehrerer geschlossener und tan- gential zur Brennraumwand gerichteter Kraftstoff strahlen 7 auf die Wand aufgebracht wird.
Um auch hier eine geschlossene Strahlform zu erreichen, ist das Verhältnis von Bohrungsdurchmesser zu Boh rungslänge mindestens 1 : 4 gewählt, wodurch sicher- gestellt wird, dass der aus den Bohrungen 18 austre tende Kraftstoff ohne Vorzerstäubung auf die Brenn raumwand-gelangt.
Ausserdem ist am mündungsseiti- gen Ende der Düse 5 mindestens eine weitere Boh rung 19 von wesentlich kleinerem Durchmesser als die Bohrung 18 vorgesehen, die in das Brennraum- innere gerichtet ist;
die Bohrung 19 ist dabei so be messen, dass nur ein kleiner Teil des eingespritzten Kraftstoffes, mindestens jedoch 2 % und höchstens 10 % der insgesamt je Arbeitstakt eingespritzten Kraftstoffmenge zur unmittelbaren Einspritzung in die Verbrennungsluft gelangt.
Wandaufspritzung und Luftverteilung des Kraft stoffes brauchen nicht unbedingt durch ein und die selbe Düse zu erfolgen; der unmittelbar in die Ver brennungsluft eingespritzte Kraftstoffanteil kann auch durch eine besondere Einspritzvorrichtung bereitge stellt werden, wenn dies beispielsweise aus Gründen genau einzuhaltender Mengenabmessung zweckmässi ger erscheint.
Method for operating an air-compressing, self-igniting internal combustion engine The invention relates to a method for operating an air-compressing, self-igniting internal combustion engine. An internal combustion engine working according to this method is described in German Patent No. 865,683.
In this internal combustion engine, the liquid fuel is injected into the cylinder towards the end of the compression stroke and applied to a combustion chamber wall by the combustion air without significant pre-atomization and spread there in film form. The combustion chamber wall is kept at a temperature that is below the thermal decomposition temperature of the fuel, but is still in its boiling range.
This thermal decomposition temperature of the fuel, i.e. the temperature of the fuel at which its thermal decomposition (pyrolysis) becomes noticeable, is a very complex function of the residence time of the fuel, the pressure, the type of fuel, the presence of foreign substances , the material of the combustion chamber wall u. a. m. Of course, only the decomposition temperature of the fuels is of interest under the conditions in the combustion chamber of an engine in which the method according to the invention is used.
On the basis of tests with such an engine, it was found that the thermal decomposition temperature for both ignitable diesel fuel and for relatively ignitable car gasoline is in the range of 400 to 450 C, so that it appears advisable to adjust the temperature for the fuels mentioned not to allow the combustion chamber wall to rise significantly above 380 C.
In order to spread the fuel in film form on the combustion chamber wall, it is applied to the wall of the combustion chamber in a reflection-free manner that the largest possible area of the combustion chamber wall is wetted with fuel which adheres to the wall; this is achieved in that one or more fuel jets are directed at the combustion chamber wall at an acute angle of incidence, each with a short free jet path length.
The combustion air, which is given a rotational movement in the same direction as the fuel injection when it enters the cylinder, is guided at high speed past the points of impact of the fuel and the wall surface covered with a film of fuel, whereby the fuel is gradually detached from the wall in vapor form, mixed with the air and burned.
The purpose of the present invention is to improve the method for operating such known internal combustion engines, through special measures with regard to fuel injection and the compression ratio, which ensure reliable ignition without affecting the properties of the known machine in terms of low noise Combustion process and economic efficiency are adversely affected.
The known machine shows a decisive advance over all other internal combustion engines that work with predominantly air distribution of the fuel, as premature chemical decomposition reactions of the fuel occur due to the film-like application of the fuel on the combustion chamber wall, which lead to a too sudden combustion process with high pressure increases and occur result in knocking noises should be avoided.
However, it has now been shown that with a film-like application of the fuel to the combustion chamber wall with detachment and mixing of the same ben in vapor form, certain requirements must be placed on the ignition of the fuel-vapor-air mixture formed in this way, which in the known machine not yet be met in a satisfactory manner. The ignition in a diesel engine is known to be brought about by the compression heat generated at the end of the compression stroke.
While internal combustion engines that work with pronounced air distribution of the fuel ar, there are no difficulties in this regard, since the compression end temperature is above the ignition temperature of the fuel injected into the air and the fuel distributed in the air in the vapor state has the ignition point of the liquid , this is significantly different with a mixture consisting of fuel and air evaporated on the combustion chamber wall.
The evaporation process on the combustion chamber wall, which quickly detects only partial quantities in succession, creates a fuel vapor / air mixture whose ignition point is so high that it can no longer be ignited in the short time available due to the final compression temperature alone .
Experience has shown that the ignition point of such mixtures is around 700 C, while the final temperature resulting from compression only reaches around 500. So if you were to distribute the fuel 100% on the wall and make it evaporate in this distribution, ignition would no longer take place due to the heat of compression.
The method according to the present invention is based on the knowledge that when a mixture is formed which consists of fuel and air evaporated on the combustion chamber wall, an air-distributed fuel component is required to initiate ignition, which is a certain minimum limit A reliable ignition is guaranteed in all operating states.
The known brake engine, which works with wall distribution of the fuel, does justice to this circumstance only insofar as inevitably a certain air distribution is inevitably associated with the fuel injection distributed on the wall through edge detachment, which fuel particles splintered off by the closed fuel jet can get directly mixed with the air, whereby the initiation of the ignition for the remaining fuel vapor-air mixture is made light.
An ignition effected in this way is, however, indefinite, that is to say more or less left to chance and leads to failure if the wall distribution of the fuel is extended beyond a permissible maximum limit, as is optional in the known machine. On the other hand, the known machine does not yet provide any information about how the compression ratio is to be selected when dividing the fuel injection into a wall- and air-distributed fuel component of certain orders of magnitude, which also plays a role for the ignition of the air-distributed fuel.
The object of the present invention is therefore to create a method that eliminates deficiencies that still exist in the known machine. The method according to the invention consists in that in an internal combustion engine with wall distribution of the fuel of the type described above, the main part of the injected fuel, but not more than 98 0/0, is applied in a film-like distribution to the combustion chamber wall, while at the same time the remaining part of the fuel,
But at least 2% and at most so much that when the engine is starting, there is just no perceptible ignition noise into which the combustion air is injected, the compression ratio being selected so that auto-ignition of the air-distributed injected fuel is certain occurs that, however, the fuel applied to the wall does not ignite on its own.
The ignition is therefore ensured as a self-ignition process of a certain air-distributed fuel component, which must not fall below a minimum limit and must not exceed a maximum limit.
The air distribution of the fuel is expediently between 2 and 10%. This results in a good stabilization of the ignition, and there is no need to install an auxiliary ignition, which, according to models known in diesel engine technology, would be the closest in the event of unsafe ignition conditions.
The choice of compression ratio, which is based on the ignition properties of the air and wall-distributed fuel in the manner indicated, of course also depends on the type of fuel used and is determined by the given cylinder diameter. The compression ratio of a machine operated in accordance with the method according to the invention is in the range of the values customary for diesel machines, but is relatively narrowly limited in this context due to the given conditions. For operation with low-ignition fuels (tar oils, gas oils or the like), for example, a compression ratio of 1:17 is possible, and for operation with low-ignition fuels such as gasoline, a compression ratio of approximately 1:20 is possible.
A machine for carrying out the method according to the invention is also bound to certain pre-conditions with regard to the shape of the combustion chamber, which, similar to the known machine, essentially consist in the fact that 1. a film-like application of the fuel is possible, 2. the required wall temperature is guaranteed and 3. the combustion air in the combustion chamber can perform a particularly intensive air movement that sweeps over the wall area wetted by the fuel. In practice, combustion chambers such as those shown in German Patent No. 865683 come into consideration.
The air movement is expediently provided in the same way as there.
The advantages of using the method according to the invention are that, while maintaining the quiet, shock-free combustion peculiar to the latter, with low exhaust gas opacity and economical fuel consumption for all operating states, the ignition of the fuel-vapor-air mixture is ensured and stabilized in a flawless manner is.
The following is noted with regard to the state of the art: The reaction kinetic effects of a wall contact of the fuel have already been reported, but regardless of the recognized relationships, the view is still held that the wall contact of the fuel affects the sequence of the mixture as directed formation inhibiting process can be seen, since the mixture formation via the combustion chamber wall represents a detour over time. This view undoubtedly applies to the embodiments of diesel engines known at the time.
By the German Patent No. 865683, however, for the first time in principle and by the method according to the present invention in an improved form, the pre conditions have been specified under which the wall contact of the fuel can be used in an advantageous manner compared to the conventional mixture formation.
Furthermore, an older proposal is already known, according to which, in a combustion chamber in the form of a rotary body with pocket-like incisions at the combustion chamber opening of an internal combustion engine, the fuel is injected through one of these incisions so that the injection path runs along the combustion chamber wall and in this way fuel is applied to the combustion chamber wall arrives;
in this case, an air movement is to be brought about through the incisions in the combustion chamber opening, which causes the atomization of the fuel and mixing of the same with the combustion air.
This previously known arrangement also does not correspond to the process according to the present invention, in that no measures are provided that the fuel comes unmixed and film-like on the wall and that fuel that may come onto the wall is further treated so that it is not first on the Wall chemically decays prematurely and, secondly, without such a disintegration, in partial amounts successively essentially only in vapor form with the combustion air for Vermi comes.
Since, in the known older arrangement, the intimate mixing of highly atomized fuel with the air in the sense of the previous view and in contrast to the present invention is the intended aim and result of the measures provided there, this known combustion chamber arrangement provides for an injection of the fuel not only in the direction of air movement, but countries in the same way opposite to the latter, whereby the intended atomization and air distribution of the fuel should be increased.
In the accompanying drawing, an exemplary embodiment of a cylinder, a piston and an injection nozzle of an internal combustion engine for performing the method according to the invention is shown, namely: Fig. 1 shows a longitudinal section through the cylinder and piston of an internal combustion engine with a combustion chamber in the piston and fuel injection according to of the invention, FIG. 2 is a plan view of the piston according to FIG. 1 with a combustion chamber, showing the injection nozzle,
Fig. 3 is a longitudinal section through the mouth part of an injection nozzle with a core jet and edge rays and Fig. 4 is a longitudinal section similar to Fig. 1, but using a multi-hole nozzle.
In the piston 1 of the only indicated cylinder 2, the combustion chamber 3 is incised, which has Rota tion body shape, for. B. is elliptical ausgebil det. The piston position in the immediate vicinity of the top dead center is indicated by line 4, which also represents the cylinder cover plane.
5 is the injection nozzle, which is arranged eccentrically to the center of the combustion chamber that its mouth-side end 5a in the top dead center position of the piston - in the area of the combustion chamber opening - is close to the combustion chamber wall. The combustion chamber opening can be formed by a neck-like transfer channel 6.
Most of the fuel injected per work cycle, but not more than 98%, is injected from the nozzle 5 in the form of a closed fuel jet 7 with a short free jet path length L and at an approximately tangential angle of incidence onto the combustion chamber wall, so that the fuel is in there Form of a film 8 spreads.
The remaining part of the injected fuel, however at least 20/0 and at most so much that there is no more perceptible noise during the take-off run (e.g. 1011h), on the other hand, is not on the wall, but - as in FIGS. 1 and 2 indicated under 7a - injected into the combustion air circulating in the same direction as the wall application of the fuel in the combustion chamber, the rotational movement of the air around the combustion chamber axis 9 being indicated by the arrow 10.
The wall and air distribution of the fuel in the specified order of magnitude can be achieved, for example, by means of a pin nozzle known per se, the mouth-side end part of which is shown enlarged in FIG. The nozzle opening or set pressure of such nozzles is between 80 and 175 atmospheres. The nozzle needle, designated as a whole with 11, has at its end facing the nozzle orifice a specially designed conical spray pin 12 which protrudes into the spray hole 13 of the nozzle body 14 with little play.
As a result of the internal contraction forces of the fuel, the essential part of the fuel is formed into a closed core jet 17, while a smaller part of the fuel is atomized in a kegelför shaped jacket 16 due to the conical design of the spray nozzle. Such nozzles are commercially available with spray pins of various shapes and dimensions, where by the requirements of practice with regard to adaptation of the injection jet to a desired jet shape and fuel distribution, it can largely be filled.
To carry out the method, a spray pin 12 is selected which, when the spray hole opening 13 is open, produces an essentially closed core jet 17 (corresponding to 7 in FIGS. 1 and 2) which is dimensioned so that it takes up the main mass of the injected fuel (up to to 98 "/ o.) contains.
The injection pressure is sufficient so that the core jet 17 or 7 reaches the combustion chamber wall in a closed form, that is to say without substantial pre-atomization through the air. Since the core jet 7 is directed tangentially to the combustion chamber wall, a film formation of the fuel flowing on the wall is ensured.
The rest of 2% or more to max. 10% of the injected fuel is provided in the form of the marginal jet 16 in FIG. 3 and is pulled apart like a fan so that this fuel component is mixed directly with the combustion air in atomized liquid form essentially without touching the wall.
Instead of a spigot nozzle, a multi-hole nozzle can also be used, as shown in FIG. Such nozzles are also known per se and are commercially available. In this type of nozzle, one or more main bores 18 are provided for carrying out the method at the nozzle end on the mouth side, which are directed directly to the combustion chamber wall in the upper dead center position of the piston.
The diameter of the bores 18 is such that the majority of the injected fuel, but not more than 98%, is applied to the wall in the form of one or more closed fuel jets 7 directed tangentially to the combustion chamber wall.
In order to achieve a closed jet shape here too, the ratio of the bore diameter to the bore length is selected to be at least 1: 4, which ensures that the fuel emerging from the bores 18 reaches the combustion chamber wall without pre-atomization.
In addition, at the end of the nozzle 5 on the mouth side, at least one further bore 19 with a significantly smaller diameter than the bore 18 is provided, which is directed into the interior of the combustion chamber;
the bore 19 is dimensioned so that only a small part of the injected fuel, but at least 2% and at most 10% of the total amount of fuel injected per work cycle, reaches the combustion air for direct injection.
Wall spraying and air distribution of the fuel do not necessarily need to be done through one and the same nozzle; the fuel component injected directly into the combustion air can also be provided by a special injection device if this appears expedient, for example, for reasons of precisely adhering to the quantity dimension.