Verfahren zum Kaltstarten eines schnellaufenden Dieselmotors Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltstarten eines schnellaufenden Dieselmotors mit im Kolben liegendem rotationskörperförmigem Verbrennungsraum und schräg ausserhalb der Mitte im Zylinderdeckel angeordneter Düse, bei dem der Kraftstoff als Film auf die Wandung des Brenn- raumes aufgebracht und zugleich der einströmenden Luft eine solche Drehbewegung erteilt wird, dass hierdurch der Kraftstoff in Dampfform von der Wandung allmählich abgelöst, vermischt und ver brannt wird.
Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, eine sehr grosse Wirtschaftlichkeit der Kraftstoffausnutzung mit einem ruhigen Gang des Motors zu vereinen; dies wird durch die Eigenart der Aufspritzung des Kraftstoffes auf die Wandung des Brennraumes er reicht, wobei der Kraftstoff durch die Wärme der Brennraumwandung an der letzteren aufdampft und im dampfförmigen Zustand mit der Luft vermischt wird.
Beim Starten des kalten Motors ist nun die Brenn- raumwand noch nicht erwärmt und die Verdampfung des eingespritzten Kraftstoffes geht so langsam vor sich, dass anfänglich nur ein kleiner Teil desselben zur Verbrennung gelangt. Für die eigentliche Zün dung in der verdichteten Luft steht dann nur die kleine Menge Kraftstoff zur Verfügung, die unmittel bar auf die Luft verteilt ist und die in der gleichen Weise wie bei einer Dieselmaschine üblicher Bauart die zur initialen Zündung erforderliche Zerfalls reaktion durchmacht.
Man kann nun an sich das Startverhalten von Dieselmotoren dadurch verbes sern, dass man für den Kaltstart die eingespritzte Brennstoffmenge über die normale Vollastmenge we sentlich vergrössert und dadurch eine intensive Zer- stäubung durch die Düsen herbeiführt. Nach dem eingangs erwähnten Verfahren ist jedoch im Brenn- raum eine kräftige Drehung der Verbrennungsluft in Richtung des Brennstoffstrahlflusses vorgesehen, und diese Luftbewegung würde nun die Vorteile der vermehrten Kraftstoffeinspritzung im Startbetrieb wieder zunichte machen,
da infolge der vorhandenen Gleichsinnigkeit von Luft- und Kraftstoffstrom die durch die vermehrte Starteinspritzmenge gebildeten feinen Zerstäubungsteile wieder auf die Wand ge worfen und damit dem Zerfallvorgang in der heissen Verbrennungsluft entzogen würden. Für den Kaltstart ist also dieser Vorgang, der beim normalen Lauf der Maschine einen Vorteil darstellt, nachteilig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, in Verbindung mit dem bekannten Einspritz- und Gemischbildungsverfahren Massnahmen anzugeben, durch die diese Nachteile während des Kaltstartes vermieden werden.
Diese Aufgabe wird beim erfindungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass während des Andre- hens der Maschine nur 2 bis 10% der Einspritz- menge auf die Brennraumwandung (wandverteilt) und der Rest in die im Brennraum verdichtete Luft (luft verteilt) eingespritzt wird.
Um dies zu erreichen, kann die Richtung des eingespritzten Kraftstoff strahles oder mehrerer Kraftstoffstrahlen beim Kalt start derart geändert werden, dass keine oder höch stens nur eine geringfügige Berührung des Kraft stoffes mit der Brennraumwand stattfindet.
Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Einspritzdüse bzw. die Düsenmündung während des Kaltstartes entsprechend gedreht wird. Die Kraftstoffeinspritzung ist also dann nicht mehr tangential auf die Brenn- raumwandung, sondern sehnenartig in den Brenn- raum selbst gerichtet. Nach erfolgter Zündung beim Kaltstart wird die Düse wieder in die Betriebslage zurückgedreht,
um die bei dieser Lage durch die vorwiegende Wandberührung des Kraftstoffes erreich- bare ruhige Arbeitsweise des Motors zu gewähr leisten.
Zur Erreichung des genannten Zieles kann da durch beigetragen werden, dass während des Kalt- startes die Drehgeschwindigkeit bzw. Drehrichtung der Verbrennungsluft vermindert oder sogar umge kehrt, das heisst dem Kraftstoffstrahl entgegenge- richtet werden. Gegebenenfalls kann während des Kaltstartes die Luftdrehung auch ganz unterbunden werden. Die Drehung der Verbrennungsluft wird üblicherweise durch ein abgeschirmtes Ventil oder durch die Ausbildung des Ansaugkanals als Spiral- kanal herbeigeführt.
Bei beiden Anordnungen gibt es Mittel, um die erzeugte Drehgeschwindigkeit der Luft zu verändern oder auch ihren Drehsinn umzukehren. So kann beispielsweise bei einem abgeschirmten Ven til durch Verdrehen des Schirmes um 180 der Dreh sinn der Luft völlig umgekehrt werden; bei einer Verdrehung des Schirmes um 90 besitzt die Luft überhaupt keine Drehbewegung mehr und bei Ver drehung um 45 ist die Drehbewegung wesentlich verkleinert.
Wird nun etwa durch Verdrehen des Ventilschir- mes um 1809 der Drehsinn der Luft umgekehrt, so wird die relative Geschwindigkeit zwischen Kraft stoffstrahl und Luft, die bei gleichsinniger Strömung sehr gering ist, sehr gross; dies hat zur Folge, dass der Kraftstoffstrahl vom Gegenluftstrom zerrissen wird und die auf diese Art zerstäubten Kraftstoff teilchen nicht mehr auf die Wand des Brennraumes gelangen können, sondern auf einer Kurve nach dem Inneren des Brennraumes abgelenkt werden.
Diese Kurve ist durch die kinetische Energie der Kraftstoffteilchen und die wirksamen Luftkräfte be stimmt. Auf diese Art bietet sich eine Möglichkeit, die für den Kaltstart des Motors vorgesehene Dosie rung für den Luft- und wandverteilten Kraftstoff anteil zu beeinflussen. Der ungefähr gleiche Effekt wird erreicht, wenn durch Verminderung der Dreh geschwindigkeit der Luft, also bei einer Schirm verstellung von z. B. 90" die zentrifugierende Wirkung der Luft auf die feinen zerstäubten Kraftstoffteilchen verringert wird.
In diesen Fällen bleiben die Brenn stofftröpfchen, die infolge ihrer Feinheit für eine schnelle Zündeinleitung bedeutungsvoll sind, lange genug in der Luft schweben, um zu einer sofortigen Zündung zu kommen.
Die vorgenannten Massnahmen werden kom biniert angewendet, indem beispielsweise sowohl die Einspritzdüse . verdreht als auch gleichzeitig die Drehgeschwindigkeit der Luft verringert wird.
Eine weitere mögliche Massnahme besteht darin, dass an der Einspritzdüse eine besondere Austritts öffnung vorgesehen ist, durch die neben der Haupt einspritzung ein Kraftstoffstrahl von im voraus fest zulegender Stärke in das Innere des Brennraumes gerichtet ist, wodurch der luftverteilte Anteil des Kraftstoffes ebenfalls vergrössert wird. Eine Drehung der Düse beim Kaltstart ist in diesem Falle nur noch bedingt oder überhaupt nicht erforderlich.
Allerdings besteht bei dieser Massnahme die Schwierigkeit, dass ausser beim Kaltstartbetrieb auch im normalen Be trieb eine grössere Menge des Kraftstoffes luftverteilt eingespritzt wird, was mit den nachteiligen Folgen verbunden ist, die durch die Wandverteilung des Kraftstoffes gerade vermieden werden sollen. Die vorgenannte Schwierigkeit lässt sich jedoch weit gehend dadurch beseitigen, dass der für die Neben einspritzung vorgesehenen besonderen Öffnung der Einspritzdüse der kraftstoffunabhängig von der Haupteinspritzung und in regelbarer Weise zuge führt wird oder dass .eine Vorrichtung vorgesehen wird, wodurch dieser besondere Düsenauslass für sich allein gesteuert werden kann.
Die Erfindung umfasst auch einen Dieselmotor zur Durchführung dieses Einspritz- und Gemisch- bildungsverfahrens.
In der beiliegenden Zeichnung sind Vorrichtun gen zur Durchführung des Verfahrens nach der Er findung in mehreren Beispielen dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Kolben mit im wesentlichen rotationskörperförmigem Brennraum und Einzeichnung der Strahllagen des eingespritzten Kraftstoffes für Normalbetrieb und Kaltstartbetrieb, Fig. la einen Längsschnitt durch einen Zylinder mit Kolben,
Fig. 2a bis 2e Draufsichten auf einen Zylinder deckel mit an sich bekanntem Einlassschirmventil, unter schematischer Andeutung der durch Verdre hung des Schirmes erzielbaren Luftströmungsände- rungen, Fig. 3 einen Brennraum ähnlich wie in Fig. 1 mit schematischer Andeutung des Strahlweges für ein fein zerstäubtes Kraftstoffteilchen unter der Voraus setzung, dass Kraftstoffstrahl und Luftbewegung gleichsinnig gerichtet sind,
Fig. 4 denselben Brennraum wie in Fig. 3, jedoch mit schematischer Andeutung des Strahlweges für das gleiche Kraftstoffteilchen unter der Voraussetzung, dass die Luftbewegung dem Kraftstoffstrahl entgegen gerichtet ist, Fig.5 einen Brennraum wie vor mit Einzeich nung .eines aus einer besonderen Öffnung der Ein spritzdüse austretenden Zündstrahles, Fig.6 bis 8 Längsschnitte durch Zylinder mit Einspritzdüsen und Kolben.
Gleiche Teile sind in den Figuren der Zeichnung mit gleichen Bezugszeichen benannt.
In Fig. 1 ist 1 der Kolbenboden, in dem die den Brennraum bildende Kolbenmulde 2 eingebettet ist. In dem Ausschnitt 3 der Mündung des Brennraumes oder Brennraumöffnung ist schematisch die Düse 4 angedeutet, deren Brennstoffstrahl 5 normalerweise auf die Brennraumwand 6 gerichtet ist und dort bei 5a tangential auftrifft. Unter 7 ist die Drehrich tung der Luft im Brennraum angegeben, die gleich sinnig zur Kraftstoffeinspritzung gerichtet ist. Beim Kaltstart wird nun durch Drehen der Düse 4 der Brennstoffstrahl 5 in die gestrichelt gezeichnete Lage 8 oder 9 gerichtet, je nachdem in welcher Weise der Kraftstoffstrahl der Luftbewegung zugeordnet sein soll.
In der Kraftstoffstrahllage 8 durchkreuzt die ser Strahl mit nunmehr grossem Strahlweg die um die Brennraumachse rotierende Luftströmung, so dass auf diese Art bei der durch die Startdrehzahl des Motors sich ergebende Strömungsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft, wie auch durch praktische Ver- suche ermittelt wurde, höchstens 10% der Kraft- stoffmenge in der vorgeschlagenen Weise auf die Brennraumwand gelangt,
während sich der Rest der Kraftstoffeinspritzmenge unmittelbar mit der Luft vermischt. In der Lage 9 der Kraftstoffstrahlrichtung ist der Strahl der Luftbewegung entgegengesetzt. In diesem Fall ist die Zerreissung des Kraftstoffstrahles noch intensiver, so dass hierdurch die untere Grenze von 2% Wandanlagerung erreicht wird.
In Fig. 2 sind die verschiedenen möglichen Be einflussungen der Lufteinströmrichtung durch Ver änderung der Einstellung des Schirmes bei einem an sich bekannten Schirmeinlassventil schematisch veranschaulicht, wobei Fig. 2a die normale oder Be triebsstellung des Schirmventils zeigt. Das im Deckel 10 des Zylinders angeordnete Schirmventil<B>11</B> mit Schirm 12 bewirkt in dieser Stellung, dass die durch den Einlasskanal 13 zuströmende Luft 14 im Zuge der gestrichelt angedeuteten Pfeilrichtung 15 in den Zylinder ausströmt, wodurch die erwünschte Dreh richtung in der Pfeilrichtung 16 im Zylinder zustande kommt.
Wird der Schirm 12, wie die in Fig. 2b ge zeigt ist, um 90 verdreht, dann kann die Luft so wohl in Pfeilrichtung 15 als auch in der entgegen gesetzten Pfeilrichtung 17 ausströmen und es ent steht keine Drehbewegung mehr im Zylinder. Wird schliesslich der Schirm 12 um 180 gegenüber seiner ursprünglichen Lage verdreht, so dreht sich der Drehsinn der Luft im Zylinder völlig um, wie dies in Fig. 2c durch die Pfeilrichtung 18 angedeutet ist.
Beim Kaltstart ist also der Schirm in die Stellung der Fig.2b oder 2c gedreht, und gleichzeitig wird der Kraftstoff durch eine hier nicht dargestellte Düse derart in den Brennraum eingespritzt, dass in Ver- bindung mit der Luftbewegung nur 2 bis 10% der Einspritzmenge auf die Brennraumwand gelangt.
In Fig. 3, deren Brennraum im wesentlichen dem jenigen von Fig. 1 entspricht, ist mit 6 wieder die Brennraumöffnung im weiter nicht dargestellten Kol ben bezeichnet. Die betriebsmässige Drehbewegung der Luft ist schematisch durch die Pfeilrichtung 16 versinnbildlicht. Die Achse eines Kraftstoffstrahles, der aus der Düse 4 auf die Brennraumwand ausge spritzt wird, ist mit 19 bezeichnet. Ein vom Kraft stoffstrahl abgesplittertes Kraftstofftröpfchen 20 möge nun ohne Einflussnahme von Luftkräften die Rich tung 21 haben.
Treten nun Luftkräfte im Sinne der durch die Pfeile 16 angegebenen Luftdrehung auf, so wird das Kraftstofftröpfchen 20 auf der punktiert gezeichneten Bahn 20a auf die Brennraumwand 6 zentrifugiert. Wenn sich nun, wie in Fig.4 darge stellt, die Drehrichtung der Luft entsprechend den Pfeilen 18 umkehrt, dann ändert sich die Bahn des Tröpfchens 20 entsprechend der gepunkteten Linie 22, und der Kraftstofftropfen legt dabei einen grösse ren Weg in der Luft zurück, so d'ass er während seiner relativ langen Flugzeit chemisch zerfällt und luftverteilt zündet.
In Fig.5 ist dargestellt, wie ein verbesserter Kaltstart gegebenenfalls auch ohne Drehung der Ein spritzdüse mittels eines zusätzlichen Zündstrahles bewirkt werden kann. Mit 6 ist wiederum die Brenn- raumöffnung bezeichnet und die Drehrichtung der Luft ist unter 16 angegeben. Aus der Düse 4 wird der Hauptbrennstoffstrahl 5 konstant, das heisst für alle Betriebszustände - also auch beim Kaltstart auf die Brennraumwand 6 -aufgetragen.
Die Düse 4 ist jedoch mit einer besonderen Austrittsöffnung 4a versehen, aus der ständig ein weiterer Kraftstoff strahl 23 als Zündstrahl für den Kaltstart gegen das Zentrum des Brennraumes hin austritt. Es können dabei weitere Mittel mit vorgesehen werden, um die Düsenöffnung 4a für sich allein mit Kraftstoff zu versorgen oder dieselbe durch selbständiges, öff nen und Schliessen zu steuern. Der Kraftstoffstrahl. 23 ist, abgesehen davon, dass er die Brennraumwand nicht berührt, ausserdem vorzugsweise noch gegen die Drehrichtung 16 der Luft geführt, so dass eine möglichst starke Luftverteilung ohne Wandberührung stattfindet.
In Fig. la ist ein im Kolben 4 angeordneter Brennraum 6 mit einer an der Mündung angeord neten Abschrägung 6a dargestellt. Der Kraftstoff wird aus der Düse 8 tangential auf die Wandung des Verbrennungsraumes in Form eines Filmes aufge spritzt. Die Richtung der Luftströmung ist im we sentlichen dieselbe wie die des Kraftstoffstrahles. Der Einlasskanal 10 ist hier im Zylinderkopf angeordnet.
Ausserdem ist hier noch das Einlassventil dargestellt, dessen Kopf 14 auf dem Ventilsitz 12 aufsitzt und dessen Schaft mit 16 bezeichnet ist. Auf dem Ventil kopf ist ein Schirm 18 angeordnet, der sich .etwa auf einen Winkelbereich von 45 erstreckt. Die Stel lung des Ventils kann durch Drehen des Ventils verändert werden. Zu diesem Zweck ist am Ventil kopf eine verzahnte Scheibe 20 befestigt, deren Ver zahnung mit der Verzahnung eines Verstellgliedes 22 in Eingriff steht, so dass je nach Verschiebung die ses Gliedes 22 der Ventilschirm 18 in seine jeweils vorgesehene Lage verdreht werden kann.
In den Fig. 6 und 7 ist eine verdrehbare Düse dargestellt. In diesem Falle ist mit 44 der Düsen halter einer Düse 4 bezeichnet, die im Zylinderkopf 30 drehbar gelagert ist. Zum Zwecke der Verdrehung des Düsenhalters ist ein Verstellhebel 45 vorgesehen. Die Zylinderwandung ist hier mit 31 und der Maschi nenkolben mit 32 bezeichnet.
Beim Kaltstart wird die Düse 44 mittels des Hebels 45 in ihre in Fig. 6 dargestellte Lage verdreht, so dass der aus der Düsen mündung 4a austretende Kraftstoffstrahl 5 unmittel bar in die im Verbrennungsraum vorhandene Ver brennungsluft eindringt. Im anderen Falle, also bei normalem Lauf der Maschine, wird der Düsenhalter 44 mittels des Hebels 45 in die in Fig. 7 dargestellte Lage verdreht, so dass der aus der Mündung 4a austretende Kraftstoffstrahl 5 im Sinne einer Film auftragung auf die Brennraumwand auftrifft.
Die Teile in Fig. 8 der hierin dargestellten Brenn- kraftmaschine sind dieselben wie in Fig.6 und 7. Jedoch sitzt bei dieser Anordnung der Düsenhalter 44 fest im Zylinderkopf 30, wobei die Düse 4 ausser ihrer Hauptaustrittsöffnung, aus welcher der Kraft stoffstrahl 5 gegen die Wandung des Brennraumes 2 gespritzt wird, noch eine Hilfsöffnung 4a besitzt, von der aus ein getrennter Kraftstoffstrahl 23 unmittel bar in das Brennrauminnere gerichtet ist.
Jeder die ser Düsenaustrittsöffnungen wird der Kraftstoff durch besondere Kanäle 46, 47 innerhalb des Düsen halters und damit in Verbindung stehenden Leitun gen 46a, 47a ausserhalb des Düsenhalters zuge führt, wobei in jeder dieser Zuleitungen ein Re gelorgan 48 bzw. 49 angeordnet ist, so dass es möglich ist, die Zufuhr des Kraftstoffes zu der Hauptaustrittsöffnung unabhängig von der Kraftstoff zufuhr zur Hilfsöffnung 4a im Sinne der beim Start vorgesehenen prozentualen Kraftstoffluftverteilung und Kraftstoffwandanlagerung zu regeln.
Method for cold starting a high-speed diesel engine The present invention relates to a method for cold-starting a high-speed diesel engine with a combustion chamber in the form of a rotational body located in the piston and a nozzle arranged obliquely outside the center in the cylinder cover, in which the fuel is applied as a film to the wall of the combustion chamber and at the same time the inflowing air is given such a rotary movement that the fuel in vapor form is gradually detached from the wall, mixed and burned.
This process has the advantage of combining a very high level of fuel economy with a smooth engine gear; this is due to the peculiarity of the fuel being sprayed onto the wall of the combustion chamber, with the fuel evaporating on the latter due to the heat of the combustion chamber wall and being mixed with the air in the vaporous state.
When the cold engine is started, the combustion chamber wall is not yet heated and the vaporization of the injected fuel proceeds so slowly that initially only a small part of it is burned. For the actual ignition in the compressed air, only the small amount of fuel is then available that is directly distributed in the air and that undergoes the decay reaction required for the initial ignition in the same way as with a conventional diesel engine.
The starting behavior of diesel engines can now be improved by significantly increasing the amount of fuel injected for a cold start over the normal full load amount and thereby causing intensive atomization through the nozzles. According to the method mentioned at the beginning, however, a strong rotation of the combustion air in the direction of the fuel jet flow is provided in the combustion chamber, and this air movement would now destroy the advantages of the increased fuel injection during starting operation,
because due to the fact that the air and fuel flow are in the same direction, the fine atomized particles formed by the increased starting injection quantity would be thrown back onto the wall and thus withdrawn from the decomposition process in the hot combustion air. This process, which is an advantage when the machine is running normally, is therefore disadvantageous for a cold start.
The object of the present invention is therefore, in connection with the known injection and mixture formation process, to specify measures by means of which these disadvantages are avoided during the cold start.
In the method according to the invention, this object is achieved in that while the engine is starting, only 2 to 10% of the injection quantity is injected onto the combustion chamber wall (distributed through the walls) and the remainder into the air compressed in the combustion chamber (distributed air).
In order to achieve this, the direction of the injected fuel jet or several fuel jets can be changed during a cold start in such a way that there is no or only slight contact of the fuel with the combustion chamber wall.
This can be achieved in that the injection nozzle or the nozzle orifice is rotated accordingly during the cold start. The fuel injection is then no longer tangential to the combustion chamber wall, but rather is directed like a chord into the combustion chamber itself. After ignition has taken place during a cold start, the nozzle is turned back into the operating position,
in order to ensure the smooth operation of the engine, which can be achieved in this position due to the predominantly wall contact of the fuel.
To achieve the stated goal, it can be contributed that during the cold start the speed of rotation or the direction of rotation of the combustion air is reduced or even reversed, that is, the fuel jet is directed in the opposite direction. If necessary, the air rotation can also be completely prevented during the cold start. The rotation of the combustion air is usually brought about by a shielded valve or by designing the intake duct as a spiral duct.
In both arrangements there are means to change the generated rotational speed of the air or to reverse its direction of rotation. For example, with a shielded valve, the direction of rotation of the air can be completely reversed by rotating the screen by 180; When the screen is rotated by 90, the air has no more rotational movement at all and when the screen is rotated by 45, the rotational movement is significantly reduced.
If, for example, the direction of rotation of the air is reversed by turning the valve screen by 1809, the relative speed between fuel jet and air, which is very low when the flow is in the same direction, becomes very high; This has the consequence that the fuel jet is torn by the counter air flow and the fuel particles atomized in this way can no longer reach the wall of the combustion chamber, but are deflected on a curve towards the interior of the combustion chamber.
This curve is determined by the kinetic energy of the fuel particles and the effective air forces. In this way, there is a possibility of influencing the dosage provided for the cold start of the engine for the air and wall-distributed fuel share. About the same effect is achieved if by reducing the rotational speed of the air, so with an umbrella adjustment of z. B. 90 "the centrifugal effect of the air on the fine atomized fuel particles is reduced.
In these cases the fuel droplets, which because of their fineness are important for a quick ignition initiation, remain in the air long enough to come to an immediate ignition.
The aforementioned measures are combined, for example, both the injection nozzle. twisted and at the same time the rotational speed of the air is reduced.
Another possible measure is that a special outlet opening is provided on the injection nozzle, through which, in addition to the main injection, a fuel jet of a strength to be determined in advance is directed into the interior of the combustion chamber, whereby the air-distributed proportion of the fuel is also increased. In this case, rotation of the nozzle during a cold start is only necessary to a limited extent or not at all.
However, with this measure there is the difficulty that, in addition to cold start operation, a larger amount of fuel is injected in an air-distributed manner in normal operation, which is associated with the disadvantageous consequences that are precisely to be avoided by the wall distribution of the fuel. However, the aforementioned difficulty can largely be eliminated by the fact that the special opening of the injection nozzle provided for the secondary injection is supplied independently of the main injection and in a controllable manner, or that a device is provided whereby this special nozzle outlet is controlled by itself can be.
The invention also comprises a diesel engine for carrying out this injection and mixture formation method.
In the accompanying drawings, devices for carrying out the method according to the invention are shown in several examples, namely: Fig. 1 is a plan view of a piston with an essentially rotational body-shaped combustion chamber and drawing of the jet positions of the injected fuel for normal operation and cold start operation, Fig . la a longitudinal section through a cylinder with piston,
2a to 2e are top views of a cylinder cover with an inlet screen valve known per se, schematically indicating the air flow changes that can be achieved by twisting the screen, FIG. 3 shows a combustion chamber similar to that in FIG. 1 with a schematic indication of the jet path for a finely atomized one Fuel particles, provided that the fuel jet and air movement are directed in the same direction,
4 shows the same combustion chamber as in FIG. 3, but with a schematic indication of the jet path for the same fuel particle under the condition that the air movement is directed against the fuel jet, FIG. 5 shows a combustion chamber as before with a drawing from a special opening the pilot jet exiting an injection nozzle, Fig. 6 to 8 longitudinal sections through cylinders with injection nozzles and pistons.
The same parts are designated with the same reference symbols in the figures of the drawing.
In Fig. 1, 1 is the piston crown, in which the piston bowl 2 forming the combustion chamber is embedded. In the section 3 of the mouth of the combustion chamber or combustion chamber opening, the nozzle 4 is indicated schematically, the fuel jet 5 of which is normally directed at the combustion chamber wall 6 and impinges there tangentially at 5a. Under 7, the direction of rotation of the air in the combustion chamber is indicated, which is directed in the same direction to the fuel injection. During a cold start, by turning the nozzle 4, the fuel jet 5 is directed into the position 8 or 9 shown in dashed lines, depending on how the fuel jet is to be assigned to the air movement.
In the fuel jet position 8, this jet now crosses the air flow rotating around the combustion chamber axis with a large jet path, so that in this way at the flow rate of the combustion air resulting from the starting speed of the engine, as was also determined by practical tests, a maximum of 10% the amount of fuel reaches the combustion chamber wall in the proposed manner,
while the remainder of the fuel injection amount immediately mixes with the air. In position 9 of the fuel jet direction, the jet is opposite to the air movement. In this case, the disruption of the fuel jet is even more intense, so that the lower limit of 2% wall accumulation is reached.
In Fig. 2, the various possible Be influencing the air inflow direction by changing the setting of the screen in a known screen inlet valve are illustrated schematically, Fig. 2a shows the normal or operating position of the screen valve. In this position, the umbrella valve 11 with umbrella 12 arranged in the cover 10 of the cylinder causes the air 14 flowing in through the inlet duct 13 to flow out into the cylinder in the direction of the arrow 15 indicated by dashed lines, thereby creating the desired direction of rotation comes about in the direction of arrow 16 in the cylinder.
If the screen 12, as shown in Fig. 2b, rotated by 90, then the air can flow out in the direction of arrow 15 as well as in the opposite direction of arrow 17 and there is no more rotary movement in the cylinder. If the screen 12 is finally rotated by 180 in relation to its original position, the direction of rotation of the air in the cylinder is completely reversed, as indicated in FIG. 2c by the arrow direction 18.
During a cold start, the screen is rotated to the position in FIG reaches the combustion chamber wall.
In Fig. 3, the combustion chamber essentially corresponds to that of Fig. 1, 6 again denotes the combustion chamber opening in the Kol ben, not shown. The operational rotary movement of the air is symbolized schematically by the arrow direction 16. The axis of a fuel jet that is injected out of the nozzle 4 onto the combustion chamber wall is denoted by 19. A fuel droplet 20 split off from the fuel jet may now have the direction 21 without the influence of air forces.
If air forces occur in the sense of the air rotation indicated by the arrows 16, the fuel droplet 20 is centrifuged onto the combustion chamber wall 6 on the path 20a shown in dotted lines. If now, as shown in Fig. 4 Darge, the direction of rotation of the air is reversed according to the arrows 18, then the path of the droplet 20 changes according to the dotted line 22, and the fuel droplet covers a larger path in the air, so that it decomposes chemically during its relatively long flight time and ignites in air.
In Figure 5 it is shown how an improved cold start can optionally also be effected without rotating the injection nozzle by means of an additional pilot jet. The combustion chamber opening is again indicated by 6 and the direction of rotation of the air is indicated by 16. The main fuel jet 5 is constant from the nozzle 4, that is to say applied to the combustion chamber wall 6 for all operating states - that is, also during a cold start.
However, the nozzle 4 is provided with a special outlet opening 4a from which a further fuel jet 23 emerges as a pilot jet for the cold start towards the center of the combustion chamber. Further means can also be provided in order to supply the nozzle opening 4a with fuel alone or to control the same by opening and closing it independently. The fuel jet. 23 is, apart from the fact that it does not touch the combustion chamber wall, also preferably guided against the direction of rotation 16 of the air, so that the greatest possible air distribution takes place without touching the wall.
In Fig. La a arranged in the piston 4 combustion chamber 6 is shown with an angeord Neten bevel 6a at the mouth. The fuel is injected from the nozzle 8 tangentially onto the wall of the combustion chamber in the form of a film. The direction of the air flow is essentially the same as that of the fuel jet. The inlet port 10 is arranged here in the cylinder head.
In addition, the inlet valve is shown here, the head 14 of which is seated on the valve seat 12 and the shaft of which is denoted by 16. A screen 18 is arranged on the valve head, which extends approximately over an angular range of 45 °. The position of the valve can be changed by turning the valve. For this purpose, a toothed disc 20 is attached to the valve head, the teeth of which mesh with the teeth of an adjusting member 22, so that depending on the displacement, this member 22 of the valve screen 18 can be rotated into its intended position.
In Figs. 6 and 7, a rotatable nozzle is shown. In this case, the nozzle holder of a nozzle 4 is designated by 44, which is rotatably mounted in the cylinder head 30. An adjusting lever 45 is provided for the purpose of rotating the nozzle holder. The cylinder wall is designated here with 31 and the Maschi nenkolben with 32.
During a cold start, the nozzle 44 is rotated by means of the lever 45 into its position shown in FIG. 6, so that the fuel jet 5 emerging from the nozzle opening 4a penetrates directly into the combustion air present in the combustion chamber. In the other case, i.e. with the engine running normally, the nozzle holder 44 is rotated by means of the lever 45 into the position shown in FIG. 7, so that the fuel jet 5 emerging from the orifice 4a strikes the combustion chamber wall in the sense of a film application.
The parts in FIG. 8 of the internal combustion engine shown here are the same as in FIGS. 6 and 7. However, in this arrangement the nozzle holder 44 sits firmly in the cylinder head 30, with the nozzle 4, apart from its main outlet opening from which the fuel jet 5 opposes the wall of the combustion chamber 2 is injected, still has an auxiliary opening 4a, from which a separate fuel jet 23 is directed directly into the interior of the combustion chamber.
Each of these nozzle outlet openings, the fuel is supplied through special channels 46, 47 inside the nozzle holder and associated lines 46a, 47a outside of the nozzle holder, wherein a Re gelorgan 48 and 49 is arranged in each of these supply lines, so that it is possible to regulate the supply of fuel to the main outlet opening independently of the fuel supply to the auxiliary opening 4a in terms of the percentage of fuel air distribution and fuel wall accumulation provided at the start.