CH368016A - Internal combustion engine with direct fuel injection and compression ignition - Google Patents

Internal combustion engine with direct fuel injection and compression ignition

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CH368016A
CH368016A CH5597458A CH5597458A CH368016A CH 368016 A CH368016 A CH 368016A CH 5597458 A CH5597458 A CH 5597458A CH 5597458 A CH5597458 A CH 5597458A CH 368016 A CH368016 A CH 368016A
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combustion chamber
fuel
jet
air
edge
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CH5597458A
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Josef Dipl Ing Boettger
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Tatra Np
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Description

  

  Verbrennungsmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung und     Verdichtungszündung       Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbren  nungsmotor mit direkter Kraftstoffeinspritzung und  Verdichtungszündung, bei welchem die Anordnung  der Kraftstoffstrahlen seines Einspritzventils     zum     Verbrennungsraum eine rauchfreie und klopflose Ver  brennung sichert.

   Der     drehkörperförmige    Verbren  nungsraum, dessen Drehachse mit der     Zylinderachse     völlig oder nahezu zusammenfällt, ist im Kolben un  tergebracht und so ausgebildet, dass sich in ihm in  der oberen     Totpunktlage    des Kolbens im Verdich  tungshub nahezu die gesamte angesaugte Verbren  nungsluft befindet, die vorher in eine drehende Be  wegung um die Drehachse des Brennraumes gebracht  worden war. Das     Einspnitzventil    ist gegenüber dem  Brennraum zu seiner Achse aussermittig angeordnet  und spritzt den Kraftstoff in mindestens zwei Kraft  stoffstrahlen von verschiedener freier Länge annä  hernd in Richtung der     Lufteinströmung    in den Ver  brennungsraum.  



  Nach dem     heutigen    Stande der Technik sind ver  schiedene Arten von Brennräumen für klopffreie Ver  brennung direkt eingespritzten Kraftstoffes bekannt,  unter anderem auch ein     kugelförmiger    Brennraum  mit anschliessendem, zylinderförmigem Hals, auch  koaxial zur Zylinderachse     angeordnet.    In diesen  Brennräumen ist es     möglich,    ein nahezu völlig klopf  freies Durchbrennen des eingespritzten Kraftstoffes  in der ,intensiv kreisenden Luftfüllung zu erzielen.

    Dieses klopffreie Durchbrennen des     Kraftstoff-Luft-          gemisches    ist dort grundsätzlich durch eine solche  Anordnung der Kraftstoffstrahlen     ,im    Brennraum ge  währleistet, bei welcher der Kraftstoff aus unmittel  barer Nähe auf die     Brennraumwandung        in        Richtung     der Luftströmung     filmartig    aufgebracht wird, an ihr  verdampft und     offensichtlich    an einem von mehreren  nebeneinander angeordneten Kraftstoffstrahlen erst  nach     ihrem    Auftreffen auf die heisse     Brennraumwand       an dieser selbst die erste Zündung eingeleitet wird.

    Die übrigen Kraftstoffstrahlen werden, wenn sie die       Brennraumwand    noch nicht erreicht haben sollten,  von der     Flamme    des Zündstrahles     mit        Hilfe    der Luft  bewegung im     Brennraum    gezündet. In diesen be  kannten Fällen liegt der kürzeste Strahl, das heisst  der     Zündstrahl,    gesehen in Richtung der in den       Brennraum    einströmenden Luft, vor und über den  übrigen Kraftstoffstrahlen, auf welche die durch  die Luftströmung verwehte     Zündflamme    übertragen  wird.  



  Die bislang bekannten Arten der Anwendung des  an sich richtigen Grundsatzes     allmählichen    Durch  brennens des     Kraftstoffluftgemisches    nach der Selbst  zündung nur eines kleinen Teiles des eingespritzten  Kraftstoffes und nach Verwehung der Zündflamme  durch eine heftige Luftströmung auf weitere Kraft  stoffstrahlen haben jedoch ihre konstruktiven Nach  teile. Die bekannten     Brennräume    für diesen Verbren  nungsprozess sind infolge der Strahlenanordnung in  Richtung der Kolbenachse     nebeneinander        verhältnis-          mässig    tief und erfordern grössere Kompressionshöhen  der Kolben.

   Hohe Kolben jedoch erhöhen überflüs  sig das Motorgewicht, was sich als besonders un  wirtschaftlich bei Motoren mit     grossem    Hubverhält  nis     erweist,    wenn dieses zwecks Erreichung grösserer  Luftgeschwindigkeiten zur Förderung der Gemisch  bildung notwendig wird.  



  Die Erfindung beseitigt diesen     grundsätzlichen     Mangel bekannter Brennräume und bekannter Kraft  stoffstrahl-Anordnungen dadurch, dass durch Auf  spritzen des kürzesten Kraftstoffstrahles auf die von  der     Brennraumwandung    und vom Kolbenboden- bzw.

    der     Brennraumhalsfläche        gebildete    Kante ein Kraft  stoffanteil abgespalten und der dort     in    den Brenn  raum überströmenden Luft zugeführt wird,     während     der übrige überwiegende Kraftstoffanteil des Strah-           les    auf die     Brennraumwand    auf deren heisseste Zone  unmittelbar unter ihrer Kante auftrifft und der oder  die weiteren Kraftstoffstrahlen ausschliesslich gegen  tiefere Stellen mit niedrigeren Wandtemperaturen un  ter der Kante der     Brennraumwand    gerichtet sind.

    Hierdurch wird bei Selbstzündung, von einer einge  schränkten, nahezu punktförmigen     Stelle    am Rande  der     Brennraumöffnung    ausgehend ein allmähliches  Durchbrennen des     Kraftstoffluftgemisches    auch in  wesentlich flacheren Brennräumen, das heisst bei  niedrigeren Kolbengewichten, ermöglicht. Dadurch  sinkt auch das Motorgewicht und es lassen sich dann  für höhere Drehzahlen und     Leistungen    günstigere  Hubverhältnisse verwenden, ohne dass die zur Erzie  lung einer vollkommenen Verbrennung notwendige  optimale Luftgeschwindigkeit im Brennraum beein  trächtigt     würde.     



  Es wurde versuchsmässig nachgewiesen, dass der  kürzeste Kraftstoffstrahl nach Auftreffen auf die       Brennraumwand    dann am raschesten zur Zündung  gelangt, wenn der Kern des Kraftstoffstrahles knapp       unter    dem Rande der     Brennraumwand    auf diese auf  trifft, was ein Abspalten eines Kraftstoffanteiles ent  gegen der einströmenden Luft zur Folge hat.  



  Was den oder die weiteren Kraftstoffstrahlen  (vom Zündstrahl abgesehen) anbelangt, ist ebenfalls  experimental nachgewiesen worden, dass sich ein  Kraftstoffstrahl, der auf eine heisse Wand aufgespritzt  wird, erst nach     Zurücklegung    einer gewissen Strecke  an dieser Wand     entzündet.    Hierzu muss bemerkt  werden, dass sich der Kraftstoff nur so lange der     Brenn-          raumwand        entlanggleitend    ausbreitet, als eine     Aus-          spritzung    aus der Düse erfolgt.

   Ist diese beendet,  hört die Ausbreitung entlang der     Brennraumwand     sehr bald auf, weil nämlich der Kraftstoffstrahl sich  in der verdichteten Luft sehr rasch abbremst. Der  Zeitabschnitt, innerhalb dessen es zur Selbstzündung  am Kraftstoffstrahl kommt - insbesondere wenn die  ser durch einen mit grosser Geschwindigkeit der       Brennraumwand        entlanggleitenden    Luftstrom auf  diese aufgespritzt wird, ist demnach von der Gesamt  dauer der     Ausspritzung    sowie von der freien     Strahl-          länge    bis zum Auftreffen auf die     Brennraumwand     abhängig.

   Versuchsmässig lässt sich nachweisen, dass  eine rauchfreie Verbrennung des     eingespritzten    Kraft  stoffes im Strahl nur dann zustande kommt, wenn  dieser Kraftstoffstrahl eine genügend freie Länge auf  weist und nicht aus unmittelbarer Nähe auf die heisse       Brennraumwand    aufgespritzt wird. Im umgekehrten  Falle entsteht schon bei sehr kleinen ausgespritzten  Kraftstoffmengen stets Russ in den Auspuffgasen und  dies selbst bei verhältnismässig intensivem Kreisen  der Luft im Brennraum entlang seiner Wandung.

    Die Luft reisst offenbar doch nur zerstäubten oder  verdampften Kraftstoff mit sich und niemals den An  teil des     Strahlkernes,    der sich an der     Brennraumwand     ausbreitet.     Dort    tritt dann unter Umständen eine  übermässige Anreicherung der     Luftzone    rund um die  Stelle, an der der     Strahlkern    auf die     Brennraumwand          auftrifft,    mit Kraftstoff ein, wenn dieser in der zur    Verfügung stehenden Zeit nicht hinreichend ver  dampfen kann.

   Infolge der hohen Wandtemperatur  und der hohen .Sättigung der besagten Luftzone mit  Kraftstoff und der unvermeidlichen Luftturbulenz  an der Wand tritt an mehreren Stellen des sich aus  breitenden     Strahlkernes    gleichzeitig die Zündung ein,  die eine russende und auch klopfende Verbrennung  einleitet. Deshalb ist eine längere Zeit andauernde  Ausbreitung des Kraftstoffes an der     Brennraumwand     (Filmbildung) ohne hinreichende     Abdampfungsmög-          lichkeit    der Güte der Verbrennung durchaus abträg  lich.

   Es ergibt sich daraus die logische Forderung,  dass die Luftgeschwindigkeit im Brennraum um so  höher gewählt werden muss, je mehr Kraftstoff auf  die     Brennraumwand    gelangt und von dort verdampft  werden muss.  



  Beim erfindungsgemässen Verbrennungsmotor  können die vorstehenden Erkenntnisse folgender  massen ausgewertet werden:  Wird der Rand der     Brennraumwandung    nur zum  Teil     überspritzt    und gelangt dieser kleine Teil des  besser zerstäubten     Kraftstoffstrahl-Mantels    beim Auf  prallen auf eine Fläche höchster Temperatur und  ausserdem anderer Neigung, als die     Brennraumwand     an der Stelle des     Auftreffens    des     Strahlkernes    auf  weist,

   kommt es an der Stelle des     Überspritzens    des       Brennraumrandes    unter dem     Einfluss    der     Lufteinströ-          mung    in den Brennraum zu einer Übersättigung der  Luftzone an dieser Stelle mit Brennstoff, was     be-          kannterweise    zur rascheren Selbstzündung führt.

    Dieses Einspritzen von Kraftstoff wird auch vorteil  haft zur Erreichung eines zuverlässigen Kaltstartes  angewendet, weil eben durch übersättigen der Luft  zone mit Kraftstoff die Vorbedingung für eine sichere  Zündung geschaffen     wird.    Der übrige Teil des Zünd  strahlkraftstoffes fällt schon auf die Wand     des     eigentlichen Brennraumes und breitet sich dort von  der     Auftreffstelle    im Sinne der Luftströmung in im  mer kühlere     Brennraumwandzonen    aus, womit seine  Fähigkeit sowohl zum Verdampfen wie auch zur  raschen Zündung abnimmt.

   Damit wird erreicht, dass  die Selbstzündung vorzugsweise von dem Teil des       Zündstrahlmantels    ausgeht, der     feinst    zerstäubt über  den Rand der     Brennraumwandung    gespritzt wird.  Dieser kleinere Teil an Kraftstoff aus dem     Zünd-          strahl    wird nach der Zündung von der Luft, die gegen  Ende des Verdichtungshubes mit der grössten Ge  schwindigkeit aus dem Raum über dem Kolben in  den Brennraum überströmt, in diesen als Flamme  unter den     Brennraumrand    mitgerissen, wo er den  übrigen Kraftstoff desselben Strahles zum Brennen  bringt.

   Von diesem Strahl aus geht die Zündung  auch auf weitere Kraftstoffstrahlen im Brennraum  über, woran die heftige Luftbewegung ihren mass  gebenden Anteil hat. Damit sich diese Kraftstoff  strahlen nicht vorzeitig selbst entzünden, wird ihnen  eine solche Richtung erteilt, dass sie den     Brennraum-          rand    nicht     überspritzen    und beim Auftreffen auf die       Brennraumwand    diese an kühleren Stellen berühren.      Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der  Zeichnung dargestellt.  



  In den     Fig.    1 und 2 ist die Anordnung der Kraft  stoffstrahlen 4 und 4' zur     Brennraumwand    1 darge  stellt, welche     nm    Falle der     Fig.    1 unmittelbar, das  heisst ohne     übergangsfläche    (Hals) mit der Boden  fläche 2 des Kolbens eine scharfe Randkante 3 bil  det. Aus der Düse 5 des     Einspritzventils    werden  zwei Kraftstoffstrahlen 4, 4' annähernd in der Strö  mungsrichtung der in den Brennraum eintretenden  Luft     ausgespritzt,    deren Achsen strichpunktiert ein  gezeichnet sind.

   Der Zündstrahl 4, der als erster  zur     Brennraumwand    1 gelangt,     überspritzt    mit einem  Teil seines     Strahlmantels    den     Brennraumrand    respek  tive die Kante 3 und hinterlässt dort eine deutliche  Spur, gekennzeichnet durch 6, auf dem Kolbenboden.  Der     Strahlkern    in der Achse des Zündstrahles 4  gleitet - solange der Kolben noch im Sinne des Pfei  les 7 während der Verdichtung in Bewegung ist   als abgeprallter und mit Hilfe der Luftbewegung sich  ausbreitender Kraftstoff der     Brennraumwand    1 ent  lang in Richtung zum Boden des Brennraumes ab.  



  Es ist also zweckmässig, die Strahlen 4 und 4'  aus der Düse 5 nicht in Richtung der Stromlinien  der Luftbewegung hintereinander anzuordnen, son  dern nebeneinander, dermassen, dass nach dem Auf  treffen der Kraftstoffstrahlen auf die     Brennraum-          wand    die sich dort ausbreitenden Kraftstoffzungen  einander nicht berühren. Auf diese Weise wird einer  übermässigen Kraftstoffkonzentration an     einzelnen     Stellen der     Brennraumwand    und ihrem     nachteiligen     Einfluss auf die Verbrennung des Gesamtgemisches  Einhalt geboten.

   Wie oben bereits angeführt, ent  zündet sich bei Eintritt der aus dem Raum über dem  Kolben in den Brennraum     hn    Kolben in Richtung  der Pfeile 8 überströmenden Luft zuerst der     Teil    6  des Strahles 4, soweit dieser den Rand 3 der     Brenn-          raumwand    1     überspritzt,    und bringt dann zunächst  den Rest des Strahles 4 und weiter auch den Kraft  stoff im Nachbarstrahl 4' zum Brennen. Dies bewirkt  ein allmähliches Durchbrennen des in verschiedenen       Strahllagen    in den Brennraum eingespritzten Kraft  stoffes.

   Die freien     Strahllängen    der Kraftstoffstrahlen  4, 4' und eventuell weitere sowie der auf den       Brennraumboden    bezogene Projektionswinkel zwi  schen ihnen sind so zu wählen, dass die maximale  ausgespritzte Kraftstoffmenge an allen Stellen ange  nähert dem     stöchiometrischen    Mass der angesaugten  Luftmenge entspricht. Bei richtiger Anwendung die  ses Grundsatzes wird es möglich, mit Unterstützung  der den     Brennraumabmessungen    angepassten Luftbe  wegung dem idealen     Koeffizienten    des notwendigen  Luftüberschusses     .1=    1 nahezukommen.  



  Die     Fig.2    zeigt uns die gleiche Anordnung der  Kraftstoffstrahlen 4 und 4' gegenüber dem Rande 3  der     Brennraumwand    1, wobei aber der Brennraum  mit einem     übergangshals    1' zwischen der     Brenn-          raumwand    1 und dem Kolben- oder Zylinderkopf  boden 2 versehen ist.

   Auch im Falle des     übersprit-          zens    des Randes 3 auf die Fläche des Halses 1'    abermals nur durch einen     Teil    6 des Zündstrahles 4       kommt    es infolge der Luftströmung nach den Pfei  len 8 und der dargestellten Ausbreitung des aufge  spritzten (abgespaltenen) Kraftstoffanteiles auf dem  Halse 1' zu der oben beschriebenen     überreicherung     der Stelle am Rande 3 an der heissesten Brennraum  wandzone mit Kraftstoff und deshalb zur raschesten  Zündung.

   Im gegebenen Falle der     Fig.    2 spritzt also  der Zündstrahl nicht auf den Kolbenboden, sondern  nur zum Teil auf den     übergangshals    1', während  sein weitaus grösserer     Kraftstoffanteil        ausschliesslich     in den eigentlichen     Brennraum    gerichtet ist. Bei  dieser Lösung nach     Fig.2    wird dieselbe Wirkung  wie bei der vorhergehenden Konstruktion nach     Fig.    1  erreicht.  



  Für einen sicheren Start des Motors auch bei  Frost bietet die beschriebene     Strahlanordnung    einen  weiteren Vorteil dadurch, dass der Strahl 4' oder  noch ein weiterer Strahl um ein     bestimmtes    Zeit  intervall nach dem Zündstrahl die     Brennraumwand     1 erreichen muss. Der auf den Kolbenboden bezogene  Projektionswinkel zwischen den beiden letzten Strah  len lässt sich in bezug auf die Drehachse des     Brenn-          raumes    so wählen, dass der Mantel des letzten Strah  les in den bei     Potential-Wirbelströmung    vorhandenen  Kern rund um die     Brennraumachse    eindringt, in dem  sie die höchste Verdichtungstemperatur erhält.

    Diese allein kann den Start des Motors auch bei  Frösten sicherstellen. Beim Start unter Frost     ent-          zündet    sich dann     allerdings,    zum Unterschied von  den normalen Betriebsbedingungen mit höheren       Brennraumwandtemperaturen    und höheren Luftge  schwindigkeiten, der Kraftstoff zuerst im Mantel des  Strahles mit der grössten freien     Strahllänge,    und zwar  erst nach Beendigung der     Ausspritzung,    das     heisst     mit grossem Zündverzug.

   Unter diesen Bedingungen  bleibt der Kraftstoffstrahl im freien Raum des     Brenn-          raumes    sozusagen stehen, denn bei den niedrigen  Start-Drehzahlen, bei welchen die Luftbewegung im  Brennraum noch     unwesentlich    ist, werden die Kraft  stoffstrahlen von dieser Luftbewegung noch     nicht          beeinflusst.     



  Mittels der beschriebenen Einrichtung erzielt man  ein ähnliches Durchbrennen des     Kraftstoff-Luftgemi-          sches    wie bei Motoren mit Punktzündung, das heisst  mit Fremdzündung. Vom     Standpunkt    des klopffreien  Ganges und des rauchlosen Betriebes ist dann der  beschriebene     Dieselmotor    einem Otto-Motor prak  tisch gleichwertig,     weist    nur noch den Vorteil der  Verwendungsmöglichkeit verschiedener Kraftstoff  arten bei geringsten     Kraftstoffverbräuchen    auf.



  Internal combustion engine with direct fuel injection and compression ignition The present invention relates to an internal combustion engine with direct fuel injection and compression ignition, in which the arrangement of the fuel jets of its injection valve to the combustion chamber ensures smoke-free and knock-free combustion.

   The rotating body-shaped combustion chamber, the axis of rotation of which coincides completely or almost with the cylinder axis, is housed in the piston and designed in such a way that almost all of the intake combustion air is located in it in the top dead center position of the piston in the compression stroke Movement had been brought about the axis of rotation of the combustion chamber. The injection valve is arranged eccentrically to its axis opposite the combustion chamber and injects the fuel in at least two fuel jets of different free length approximately in the direction of the air inflow into the combustion chamber.



  According to the current state of the art, various types of combustion chambers for knock-free Ver combustion of directly injected fuel are known, including a spherical combustion chamber with an adjoining, cylindrical neck, also arranged coaxially to the cylinder axis. In these combustion chambers it is possible to achieve an almost completely knock-free burning of the injected fuel in the intensely circulating air charge.

    This knock-free burning of the fuel-air mixture is basically ensured there by such an arrangement of the fuel jets in the combustion chamber in which the fuel is applied in a film-like manner to the combustion chamber wall from close proximity in the direction of the air flow, evaporates on it and obviously on one of several jets of fuel arranged next to one another, the first ignition is only initiated after they have hit the hot combustion chamber wall.

    The remaining fuel jets, if they have not yet reached the combustion chamber wall, are ignited by the flame of the pilot jet with the help of the air movement in the combustion chamber. In these known cases, the shortest jet, i.e. the pilot jet, viewed in the direction of the air flowing into the combustion chamber, is in front of and above the other fuel jets to which the pilot flame blown by the air flow is transmitted.



  The previously known types of application of the basically correct principle of gradual burning of the fuel-air mixture after self-ignition only a small part of the injected fuel and after blowing the pilot flame through a violent air flow on further fuel jets, however, have their structural after parts. The known combustion chambers for this combustion process are relatively deep as a result of the beam arrangement in the direction of the piston axis next to one another and require greater compression heights of the pistons.

   High pistons, however, excessively increase the engine weight, which proves to be particularly uneconomical in engines with a large stroke ratio if this is necessary to promote the mixture formation in order to achieve greater air speeds.



  The invention eliminates this fundamental shortcoming of known combustion chambers and known fuel jet arrangements in that by spraying the shortest fuel jet onto the walls of the combustion chamber and the piston crown or

    The edge formed on the edge of the combustion chamber neck area splits off a fuel component and is supplied to the air flowing over into the combustion chamber, while the remaining predominant fuel component of the jet strikes the combustion chamber wall in its hottest zone immediately below its edge and the other fuel jets exclusively against lower ones Places with lower wall temperatures are directed under the edge of the combustion chamber wall.

    This enables a gradual burn-through of the fuel-air mixture even in much flatter combustion chambers, that is, with lower piston weights, in the event of auto-ignition, starting from a restricted, almost punctiform point on the edge of the combustion chamber opening. This also reduces the engine weight and more favorable stroke ratios can then be used for higher speeds and outputs without impairing the optimal air speed in the combustion chamber, which is necessary to achieve perfect combustion.



  Experiments have shown that the shortest fuel jet after it hits the combustion chamber wall is the quickest to ignite when the core of the fuel jet hits it just below the edge of the combustion chamber wall, which results in a fuel component being split off against the inflowing air .



  As far as the further fuel jet or jets (apart from the pilot jet) is concerned, it has also been proven experimentally that a fuel jet sprayed onto a hot wall only ignites after a certain distance has been covered on this wall. It should be noted here that the fuel only spreads along the combustion chamber wall while it is being sprayed out of the nozzle.

   When this is over, the spread along the combustion chamber wall stops very soon because the fuel jet brakes very quickly in the compressed air. The period of time within which the fuel jet self-ignites - especially if this is sprayed onto the fuel jet by an air stream sliding along the combustion chamber wall at high speed, depends on the total duration of the injection and on the free jet length until it hits the Combustion chamber wall dependent.

   It can be demonstrated in experiments that smoke-free combustion of the injected fuel in the jet only takes place if this fuel jet has a sufficiently free length and is not sprayed onto the hot combustion chamber wall from close by. In the opposite case, even with very small amounts of fuel injected, soot is always produced in the exhaust gases and this even with relatively intensive circles of the air in the combustion chamber along its wall.

    The air apparently only carries atomized or vaporized fuel with it and never the part of the jet core that spreads on the combustion chamber wall. There, under certain circumstances, an excessive enrichment of the air zone around the point where the jet core hits the combustion chamber wall occurs with fuel, if this cannot sufficiently evaporate in the available time.

   As a result of the high wall temperature and the high saturation of said air zone with fuel and the inevitable air turbulence on the wall, ignition occurs simultaneously at several points in the expanding jet core, which initiates a sooty and knocking combustion. Therefore, prolonged spreading of the fuel on the combustion chamber wall (film formation) without adequate evaporation is definitely detrimental to the quality of the combustion.

   This results in the logical requirement that the air speed in the combustion chamber must be selected higher, the more fuel reaches the combustion chamber wall and has to be vaporized from there.



  In the case of the internal combustion engine according to the invention, the above findings can be evaluated as follows: If the edge of the combustion chamber wall is only partially overmolded and this small part of the better atomized fuel jet jacket hits a surface with the highest temperature and also has a different inclination than the combustion chamber wall Point of impact of the jet core,

   At the point where the edge of the combustion chamber is sprayed over, the air inflow into the combustion chamber causes the air zone to be oversaturated with fuel at this point, which, as is known, leads to faster self-ignition.

    This injection of fuel is also used advantageously to achieve a reliable cold start, because the precondition for reliable ignition is created by over-saturating the air zone with fuel. The remaining part of the ignition jet fuel falls on the wall of the actual combustion chamber and spreads there from the point of impact in the sense of the air flow in ever cooler combustion chamber wall zones, so that its ability to evaporate as well as to rapid ignition decreases.

   This ensures that the self-ignition preferably emanates from that part of the pilot jet jacket which is sprayed over the edge of the combustion chamber wall in an extremely atomized manner. After ignition, this smaller part of fuel from the ignition jet is carried away by the air, which flows over at the highest speed from the space above the piston into the combustion chamber towards the end of the compression stroke, as a flame under the edge of the combustion chamber, where it the rest of the fuel in the same jet burns.

   From this jet, the ignition is also transferred to other fuel jets in the combustion chamber, to which the violent air movement plays a decisive role. So that these fuel rays do not ignite prematurely by themselves, they are given a direction so that they do not spray over the edge of the combustion chamber and when they hit the combustion chamber wall, they touch the wall in cooler places. An embodiment of the invention is shown in the drawing.



  1 and 2, the arrangement of the fuel jets 4 and 4 'to the combustion chamber wall 1 is Darge, which nm case of FIG. 1 directly, that is, without a transition surface (neck) with the bottom surface 2 of the piston a sharp edge 3 educates. From the nozzle 5 of the injection valve, two fuel jets 4, 4 'are injected approximately in the direction of flow of the air entering the combustion chamber, the axes of which are drawn in dash-dotted lines.

   The pilot jet 4, which is the first to reach the combustion chamber wall 1, injects part of its jet jacket over the edge of the combustion chamber or the edge 3 and leaves a clear trace there, indicated by 6, on the piston crown. The jet core in the axis of the pilot jet 4 slides - as long as the piston is still in motion in the sense of the arrow 7 during compression as a rebound and with the help of the air movement spreading fuel of the combustion chamber wall 1 ent long towards the bottom of the combustion chamber.



  It is therefore advisable not to arrange the jets 4 and 4 'from the nozzle 5 one behind the other in the direction of the streamlines of the air movement, but next to one another, in such a way that after the fuel jets hit the combustion chamber wall, the fuel tongues spreading out there do not overlap touch. In this way, excessive fuel concentration at individual points on the combustion chamber wall and its disadvantageous influence on the combustion of the overall mixture is stopped.

   As already mentioned above, when the air flowing over from the space above the piston into the combustion chamber hn piston in the direction of the arrows 8, the part 6 of the jet 4 ignites first, insofar as it overlays the edge 3 of the combustion chamber wall 1 and then first brings the rest of the beam 4 and further also the fuel in the neighboring beam 4 'to burn. This causes the fuel injected into the combustion chamber in various jet positions to gradually burn through.

   The free jet lengths of the fuel jets 4, 4 'and possibly others as well as the projection angle between them based on the combustion chamber floor must be selected so that the maximum amount of fuel injected at all points approximates the stoichiometric amount of the amount of air drawn in. If this principle is applied correctly, it is possible, with the support of the air movement adapted to the dimensions of the combustion chamber, to come close to the ideal coefficient of the necessary excess air .1 = 1.



  2 shows us the same arrangement of the fuel jets 4 and 4 'opposite the edge 3 of the combustion chamber wall 1, but the combustion chamber is provided with a transition neck 1' between the combustion chamber wall 1 and the piston or cylinder head base 2.

   Even if the edge 3 is sprayed onto the surface of the neck 1 'again only by a part 6 of the pilot jet 4, the air flow according to the arrows 8 and the illustrated spread of the sprayed (split off) fuel component on the neck occurs 1 'to the above-described enrichment of the point at the edge 3 at the hottest combustion chamber wall zone with fuel and therefore for the fastest ignition.

   In the given case of FIG. 2, the pilot jet does not spray onto the piston crown, but only partially onto the transition neck 1 ', while its much larger proportion of fuel is directed exclusively into the actual combustion chamber. In this solution according to FIG. 2, the same effect as in the previous construction according to FIG. 1 is achieved.



  For a reliable start of the engine even in frosty conditions, the jet arrangement described offers a further advantage in that the jet 4 'or another jet must reach the combustion chamber wall 1 at a certain time interval after the pilot jet. The projection angle between the last two jets related to the piston crown can be selected in relation to the axis of rotation of the combustion chamber in such a way that the jacket of the last jet penetrates into the core around the axis of the combustion chamber that is present in the case of a potential vortex flow receives the highest compression temperature.

    This alone can ensure that the engine starts even when it is frosty. When starting under frost, however, in contrast to the normal operating conditions with higher combustion chamber wall temperatures and higher air velocities, the fuel ignites first in the jacket of the jet with the greatest free jet length, and only after the end of the injection, i.e. with a large amount Ignition delay.

   Under these conditions, the fuel jet remains in the free space of the combustion chamber, so to speak, because at the low starting speeds, at which the air movement in the combustion chamber is still insignificant, the fuel jets are not yet influenced by this air movement.



  By means of the device described, a similar burnout of the fuel-air mixture is achieved as in engines with point ignition, that is to say with external ignition. From the standpoint of the knock-free gear and the smokeless operation, the diesel engine described is practically equivalent to an Otto engine, only has the advantage of using different types of fuel with the lowest fuel consumption.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verbrennungsmotor mit direkter Kraftstoffein- spritzung und Verdichtungszündung, mit einem dreh- körperförmigen Brennraum, dessen grösster Durch messer grösser als seine Tiefe ist und der symme trisch oder angenähert symmetrisch zur Zylinder achse im Kolbenboden untergebracht ist, wobei sich in ihm im oberen Totpunkt des Kolbens angenähert das gesamte angesaugte Luftvolumen befindet, PATENT CLAIM Internal combustion engine with direct fuel injection and compression ignition, with a rotating body-shaped combustion chamber, the largest diameter of which is greater than its depth and which is located symmetrically or approximately symmetrically to the cylinder axis in the piston crown, with the piston in the top dead center approximately the entire volume of air drawn in is located, wel ches vorher in eine Drehbewegung um die Brenn- raumachse versetzt wurde, sowie mit einem zu die sem Brennraum aussermittig angeordneten Einspritz- ventil, aus welchem der Kraftstoff in mindestens zwei Kraftstoffstrahlen von unterschiedlicher freier Länge in den genannten Brennraum annähernd in Rich tung der Lufteinströmung eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufspritzen des kürzesten Kraftstoffstrahles (4) auf die von der Brennraum- wandung (1) und von dem Kolbenboden- (2) which was previously set in a rotary movement around the combustion chamber axis, as well as with an injection valve arranged eccentrically to this combustion chamber, from which the fuel is injected in at least two fuel jets of different free length into said combustion chamber approximately in the direction of the air inflow is characterized in that by spraying the shortest fuel jet (4) onto the combustion chamber wall (1) and the piston crown (2) oder der Brennraumhalsfläche (1) gebildete Kante (3) ein Anteil (6) abgespalten und der dort in den Brennraum überströmenden Luft zugeführt wird, während der übrige überwiegende Kraftstoffanteil des Strahles (4) auf die Brennraumwand (1) auf deren heisseste Zone unmittelbar unter ihrer Kante (3) auf- trifft und der oder die weiteren Kraftstoffstrahlen ausschliesslich gegen tiefere Stellen mit niedrigeren Wandtemperaturen unter der Kante (3) der Brenn- raumwand (1) gerichtet sind. or the edge (3) formed from the combustion chamber neck surface (1) is split off and fed to the air flowing over there into the combustion chamber, while the remaining predominant fuel portion of the jet (4) hits the combustion chamber wall (1) on its hottest zone immediately below their edge (3) and the other fuel jets are directed exclusively against deeper points with lower wall temperatures under the edge (3) of the combustion chamber wall (1). UNTERANSPRUCH Verbrennungsmotor nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass der auf den Kolbenboden bezogene Projektionswinkel zwischen dem zutiefst liegenden und ihm benachbarten Kraftstoffstrahl, ge messen in Richtung der Luftströmung, so gewählt ist, dass der zutiefst liegende Kraftstoffstrahl mit sei nem zerstäubten Mantel in den Kern des durch die Luftbewegung erzeugten Wirbels eindringt. SUBCLAIM Internal combustion engine according to claim, characterized in that the projection angle based on the piston crown between the deepest and adjacent fuel jet, measured in the direction of the air flow, is selected so that the deepest fuel jet with its atomized jacket enters the core of the the vortex created by the movement of air enters.
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