CH625853A5

CH625853A5 - Diesel internal combustion engine with cross or reverse scavenging

Info

Publication number: CH625853A5
Application number: CH1319577A
Authority: CH
Inventors: Alois Bitterli
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1977-10-31
Publication date: 1981-10-15
Also published as: DK465078A; DE2750926A1; JPS5499819A

Description

Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine mit Quer- oder Umkehrspülung, mit einer Brennstoffeinspritzdüse, deren in den Brennraum des Zylinders ragendes Ende mehrere in mindestens einer Reihe angeordnete Düsenbohrungen aufweist. The invention relates to a diesel internal combustion engine with cross or reverse purging, with a fuel injection nozzle, the end of which projects into the combustion chamber of the cylinder has a plurality of nozzle bores arranged in at least one row.

Bei dieselbrennkraftmaschinen mit Querspülung sind bekanntlich für den Eintritt bzw. Austritt der Spülluft im wesentlichen diametral entgegengesetzte Stellen des Zylinders vorgesehen, während bei Umkehrspülung sowohl der Eintritt wie auch der Austritt der Spülluft im wesentlichen an der gleichen Stelle des Zylinders erfolgt. Bei solchen Dieselbrennkraftmaschinen sind bisher die Düsenbohrungen der Brennstoffeinspritzdüse gleichmässig über den Umfang der Düse verteilt angeordnet. Beim Betrieb solcher Dieselbrennkraftmaschinen sind während der Einspritz- und Verbrennungsphase im Brennraum durch den Spülvorgang erzeugte Luftwirbel vorhanden. Diese Luftwirbel haben im wesentlichen eine zylindrische bzw. ovale Form, wobei die Rotationsachse der Luftströmung unterhalb der Brennstoffeinspritzdüse im wesentlichen quer zur vertikalen Symmetrieebene der Spül- bzw. Auslassschlitze liegt. Die im parallel zur Zylinderachse gerichteten Strömungsbereich dieser rotierenden Luftmasse liegenden Brennstoffstrahlen werden somit gegen den Zylinderkopf bzw. gegen die Kurbelwelle hin abgelenkt, je nach ihrer Lage im Verhältnis zu den Spül- bzw. Auslassschlitzen. Die im quer zur Zylinderachse gerichteten Strömungsbereich der genannten rotierenden Luftmasse liegenden Brennstoffstrahlen werden entsprechend in Zylinder-umfangsrichtung abgelenkt, so dass die Abstände zwischen den Brennstoff strahlen ungleichmässig werden. Da der quer zur Zylinderachse gerichtete Strömungsbereich zwei entgegengesetzte, im wesentlichen parallele Strömungsrichtungen aufweist, wird zudem eine Deformation der in diesem Strömungsbereich liegenden Brennstoffstrahlen im Sinne einer Auseinanderzerrung bzw. Verflachung bewirkt. In diesel internal combustion engines with cross-flushing, it is known that substantially diametrically opposite points of the cylinder are provided for the entry or exit of the flushing air, while in the case of reverse flushing both the entry and the exit of the flushing air take place essentially at the same point on the cylinder. In such diesel internal combustion engines, the nozzle bores of the fuel injector have so far been arranged distributed uniformly over the circumference of the nozzle. During the operation of such diesel internal combustion engines, air vortices generated by the purging process are present in the combustion chamber during the injection and combustion phase. These air vortices are essentially cylindrical or oval in shape, the axis of rotation of the air flow below the fuel injection nozzle being essentially transverse to the vertical plane of symmetry of the flushing or outlet slots. The fuel jets lying in the flow area of this rotating air mass directed parallel to the cylinder axis are thus deflected towards the cylinder head or against the crankshaft, depending on their position in relation to the flushing or outlet slots. The fuel jets lying in the flow area of the rotating air mass directed transversely to the cylinder axis are deflected accordingly in the cylinder circumferential direction, so that the distances between the fuel jets become uneven. Since the flow region directed transversely to the cylinder axis has two opposite, essentially parallel flow directions, a deformation of the fuel jets lying in this flow region is also brought about in the sense of a pulling apart or flattening.

Bei richtungsgestörten und/oder ungleichförmigen Brennstoffstrahlen kann sich jedoch eine ungleichmässige Verteilung des Brennstoffs in den Strahlen sowie im Brennraum ergeben, wodurch die Verbrennung nachteilig beeinflusst wird und starke Rauchentwicklung bzw. Russbildung entstehen kann. In the case of directionally disturbed and / or non-uniform fuel jets, however, there can be an uneven distribution of the fuel in the jets and in the combustion chamber, as a result of which the combustion is adversely affected and strong smoke development or soot formation can occur.

Die genannte Ablenkung gegen den Zylinderkopf hin kann dazu führen, dass zu viele Brennstoff-Tropfen auf die gekühlten Brennraumwände auftreffen. Dies führt zu einem teilweise verschleppten Brennverlauf, was ausser der genannten Rauch-5 und Russbildung eine unerwünschte Wirkungsgradverringerung herbeiführen kann. Anderseits kann die genannte Ablenkung gegen die Kurbelwelle hin zu einer Verschiebung der Brennzone in Richtung auf den Rand des Kolbens führen, wodurch eine Überhitzung des Werkstoffs im Bereich des 10 Kolbenrandes eintreten kann. The mentioned deflection towards the cylinder head can lead to too many fuel drops hitting the cooled combustion chamber walls. This leads to a partially delayed firing process, which, in addition to the smoke 5 and soot formation mentioned, can bring about an undesirable reduction in efficiency. On the other hand, the aforementioned deflection towards the crankshaft can lead to a displacement of the combustion zone towards the edge of the piston, as a result of which the material can overheat in the region of the piston rim.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dieselbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art auf konstruktiv einfache Weise so zu verbessern, dass die genannten Störungen des Brennverlaufs vermieden werden. It is an object of the invention to improve a diesel internal combustion engine of the type mentioned at the outset in a structurally simple manner in such a way that the aforementioned disturbances in the combustion process are avoided.

15 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine derartige Anordnung der Düsenbohrungen, dass einer durch den Spülstrom bewirkten Ablenkung der aus den Düsenbohrungen austretenden Brennstoffstrahlen entgegengewirkt wird. This object is achieved according to the invention by arranging the nozzle bores in such a way that a deflection of the fuel jets emerging from the nozzle bores is counteracted by the flushing flow.

Dabei können die Längsachsen einzelner Düsenbohrungen 20 unter ungleichen Winkeln zur Achse des Einspritzventils geneigt sein. Je nach der Lage der einzelnen Düsenbohrungen im parallel zur Zylinderachse, d. h. gegen den Zylinderkopf bzw. gegen die Kurbelwelle, gerichteten Strömungsbereich, können die Längsachsen der Düsenbohrungen somit in entge-2s gengesetzter Richtung gegen die Kurbelwelle bzw. gegen den Zylinderkopf verschwenkt sein, so dass der Abtrieb bzw. die Ablenkung des aus der Düse austretenden Brennstoffstrahls entsprechend kompensiert wird. The longitudinal axes of individual nozzle bores 20 can be inclined at different angles to the axis of the injection valve. Depending on the position of the individual nozzle bores in parallel to the cylinder axis, i. H. against the cylinder head or against the crankshaft, flow area, the longitudinal axes of the nozzle bores can thus be pivoted in opposite directions against the crankshaft or against the cylinder head, so that the output or the deflection of the fuel jet emerging from the nozzle accordingly is compensated.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kön-30 nen auch die Winkel zwischen den Längsachsen benachbarter Düsenbohrungen ungleich sein, derart, dass die von den quer zur Zylinderachse gerichteten Komponenten der Strömung betroffenen Düsenbohrungen gegen die jeweilige Strömungsrichtung geneigt sind. According to a further embodiment of the invention, the angles between the longitudinal axes of adjacent nozzle bores can also be unequal, such that the nozzle bores affected by the components of the flow directed transversely to the cylinder axis are inclined towards the respective flow direction.

35 Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auch die Rotationsachse des Kegels, in dessen Mantel alle Längsachsen der Düsenbohrungen einer Bohrungsreihe liegen, die Achse des Brennstoffeinspritzventils schneiden. Dies ermöglicht eine besonders einfache fertigungs-40 technische Ausführung der Erfindung. 35 According to a further advantageous embodiment of the invention, the axis of rotation of the cone, in the jacket of which all the longitudinal axes of the nozzle bores of a row of bores lie, can intersect the axis of the fuel injector. This enables a particularly simple production-technical implementation of the invention.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen: The invention is explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawing below. Show it:

45 Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zylinders eines umkehrgespülten Dieselmotors im Längsschnitt mit Angabe der hauptsächlichen Spülstromrichtungen, 45 shows a schematic representation of a cylinder of a reversely flushed diesel engine in longitudinal section with the main flushing flow directions being indicated,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Brennraum eines Dieselmotors mit einer Brennstoffeinspritzdüse herkömmlicher so Art, 2 shows a longitudinal section through the combustion chamber of a diesel engine with a fuel injector of the conventional type,

Fig. 3 einen Längsschnitt der Brennstoffeinspritzdüse in grösserem Massstab als in Fig. 2, 3 shows a longitudinal section of the fuel injector on a larger scale than in FIG. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Brennstoffeinspritzdüse gemäss der Erfindung, 4 shows a longitudinal section of a fuel injector according to the invention,

55 Fig. 5 einen Querschnitt durch zwei verschiedene Brennstoffeinspritzdüsenhälften, wobei die obere Hälfte der Figur Düsenbohrungen in herkömmlicher Anordnung zeigt, während die untere Hälfte eine Ausführung der Düsenbohrungen gemäss der Erfindung zeigt, 5 shows a cross section through two different fuel injection nozzle halves, the upper half of the figure showing nozzle bores in a conventional arrangement, while the lower half shows an embodiment of the nozzle bores according to the invention,

«o Fig. 6 eine schematische Darstellung der aus den Düsenbohrungen gemäss Fig. 5 austretenden Brennstoffstrahlen, und 6 shows a schematic representation of the fuel jets emerging from the nozzle bores according to FIG. 5, and

Fig. 7 einen Querschnitt durch zwei der Brennstoffstrahlen gemäss der Linie VII-VII nach Fig. 7. 7 shows a cross section through two of the fuel jets according to line VII-VII of FIG. 7.

65 Ein Zylinder 10 (Fig. 1, 2) weist eine Zylinderbüchse 12 mit Auslassschlitzen 14 und Spülschlitzen 16 auf, wobei ein Zylinderkopf 18 in bekannter Weise mittels Schrauben 20 auf der Zylinderbüchse befestigt ist. In der Zylinderbüchse 12 ist ein 65 A cylinder 10 (FIGS. 1, 2) has a cylinder liner 12 with outlet slots 14 and flushing slots 16, a cylinder head 18 being fastened to the cylinder liner in a known manner by means of screws 20. In the cylinder liner 12 is a

3 3rd

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Arbeitskolben 22 zwischen dem oberen Totpunkt OTP und dem unteren Totpunkt UTP auf- und abbeweglich angeordnet. Zwischen der Oberfläche des Kolbens 22 im OTP und dem Zylinderkopf 18 befindet sich der Verbrennungsraum 24. Der Zylinderkopf 18 ist mit einem Einsatz 26 versehen, in dessen s Zentrum ein Brennstoffeinspritzventil 28 angeordnet ist. Am unteren Ende des Brennstoffeinspritzventils 28 befindet sich eine Brennstoffeinspritzdüse 30, aus der während des Einspritzvorganges Brennstoff in Richtung der Strahlen 32 in den Verbrennungsraum 24 eingespritzt wird. io Working piston 22 between the top dead center OTP and bottom dead center UTP arranged up and down. The combustion chamber 24 is located between the surface of the piston 22 in the OTP and the cylinder head 18. The cylinder head 18 is provided with an insert 26, in the center of which a fuel injection valve 28 is arranged. At the lower end of the fuel injection valve 28 there is a fuel injection nozzle 30, from which fuel is injected into the combustion chamber 24 in the direction of the jets 32 during the injection process. io

Bei der Verbrennung bewegt sich der Arbeitskolben 22 nach unten, wobei der Auspuff durch die Auslassschlitze 14 erfolgt. Bei der weiteren Kolbenbewegung nach unten öffnen sich die Spülschlitze 16 und Spülluft strömt gemäss den Pfeilen durch den Zylinder. Bei der Kolbenbewegung nach oben is entstehen die mit den Pfeilen 34 bezeichneten Luftwirbel, During combustion, the working piston 22 moves downward, the exhaust taking place through the outlet slots 14. As the piston moves downward, the purge slots 16 open and purge air flows through the cylinder according to the arrows. When the piston moves upward, the air vortices denoted by the arrows 34 arise,

deren Rotationsachse im wesentlichen quer zur vertikalen Symmetrieebene der Spül- bzw. Auslassschlitze liegt. whose axis of rotation is essentially transverse to the vertical plane of symmetry of the flushing or outlet slots.

Die Brennstoffeinspritzdüse 30 ist als Teil des gehäuseartigen Ventilkörpers 36 ausgebildet, in dem eine den Verschluss- 20 teil des Ventils bildende Nadel 38 axial beweglich geführt ist. Die Nadel 38 und der Ventilkörper 36 weisen je eine konische Sitzfläche 40 bzw. 42 auf, die zusammen in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung einen dichten Abschluss des Brennstoffeinspritzventils 28 bilden. is The fuel injection nozzle 30 is designed as part of the housing-like valve body 36, in which a needle 38 forming the closure part of the valve is guided so as to be axially movable. The needle 38 and the valve body 36 each have a conical seat surface 40 or 42, which together form a tight seal of the fuel injector 28 in the position shown in FIG. 3. is

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist die Brennstoffeinspritzdüse 30 Düsenbohrungen 44 auf, welche gleichmässig über den Umfang der Brennstoffeinspritzdüse 30 verteilt angeordnet sind. Zwei dieser Düsenbohrungen sind in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Die Achsen dieser Düsenbohrungen stehen im 30 wesentlichen unter dem gleichen Winkel a zur Achse 46 des Brennstoffeinspritzventils 28. As can be seen from FIG. 3, the fuel injection nozzle 30 has nozzle bores 44 which are arranged distributed uniformly over the circumference of the fuel injection nozzle 30. Two of these nozzle bores are shown in section in FIG. 3. The axes of these nozzle bores are essentially at the same angle a to the axis 46 of the fuel injector 28.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist demgegenüber die Achse der Düsenbohrung 47 gegen die mit dem Pfeil 34 bezeichnete Luftströmungsrichtung geneigt und bildet den Winkel ß mit 35 In contrast, as shown in FIG. 4, the axis of the nozzle bore 47 is inclined against the air flow direction indicated by the arrow 34 and forms the angle β with 35

der Achse 46 des Brennstoffeinspritzventils, wobei der Winkel 3 in diesem Falle kleiner ist als der Winkel «. the axis 46 of the fuel injector, in which case the angle 3 is smaller than the angle «.

Wie aus der oberen Hälfte der Fig. 5 hervorgeht, weisen alle benachbarten Düsenbohrungen 44 gleiche Winkelabstände y 1, auf. Die entsprechenden, in der oberen Hälfte der Fig. 6 dargestellten Brennstoffstrahlen weisen hingegen ungleiche Abstände auf, wobei zwei dieser Abstände mit Ai und A2 bezeichnet sind. Wie ausserdem aus Fig. 7 ersichtlich ist, weist der sich im wesentlichen quer zur Luftströmung gemäss den Pfeilen 34 befindliche Brennstoffstrahl 50 an seinem Ende eine Verbreiterung bzw. Deformation mit im wesentlichen ovalem Querschnitt auf, während der Querschnitt eines ungestörten Strahls als Kreis 51 in Fig. 7 dargestellt ist. Der sich im wesentlichen parallel zur Luftströmung befindliche Brennstoff -strahl 52 weist statt einer Deformation hauptsächlich eine vertikale Ablenkung nach oben auf. As can be seen from the upper half of FIG. 5, all adjacent nozzle bores 44 have the same angular distances y 1. The corresponding fuel jets, shown in the upper half of FIG. 6, on the other hand, have unequal distances, two of these distances being designated Ai and A2. As can also be seen from FIG. 7, the fuel jet 50, which is essentially transverse to the air flow according to the arrows 34, has a widening or deformation at its end with an essentially oval cross section, while the cross section of an undisturbed jet as a circle 51 in FIG 7 is shown. The fuel jet 52, which is essentially parallel to the air flow, has mainly a vertical upward deflection instead of a deformation.

Wie aus der unteren Hälfte der Fig. 5 hervorgeht, sind die Düsenbohrungen 54, 56 gegen die Luftströmungsrichtung gemäss den Pfeilen 34 geneigt, wobei die Winkelabstände 72, 73, 74 zwischen den Längsachsen der Düsenbohrungen ungleich sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Brennstoffstrahlen gemäss der unteren Hälfte der Fig. 6 jetzt gleiche Abstände A3 untereinander aufweisen. Wie oben beschrieben, können z.B. die den Brennstoffstrahlen 50, 52 zugeordneten Düsenbohrungen 44 auch entsprechend nach unten geneigt werden, damit eine allfällige Ablenkung nach oben kompensiert wird. As can be seen from the lower half of FIG. 5, the nozzle bores 54, 56 are inclined towards the air flow direction according to the arrows 34, the angular distances 72, 73, 74 being unequal between the longitudinal axes of the nozzle bores. As a result, the fuel jets according to the lower half of FIG. 6 now have the same distances A3 from one another. As described above, e.g. the nozzle bores 44 assigned to the fuel jets 50, 52 are also inclined downwards accordingly, so that any deflection upwards is compensated for.

Die Rotationsachse des Kegels, der alle Längsachsen der Düsenbohrungen einer Bohrungsreihe schneidet, fällt gemäss Fig. 3 mit der Achse 46 des Einspritzventils 28 zusammen. Bei einer Schwenkung der genannten Rotationsachse werden somit die Längsachsen der beiden einander gegenüberstehenden Düsenbohrungen 44 jeweils um den gleichen Betrag nach oben bzw. nach unten verschwenkt, während der Winkel 2« zwischen genannten Düsenbohrungen gleich bleibt. The axis of rotation of the cone, which intersects all the longitudinal axes of the nozzle bores of a row of bores, coincides with the axis 46 of the injection valve 28 according to FIG. 3. When the mentioned axis of rotation is pivoted, the longitudinal axes of the two opposing nozzle bores 44 are pivoted up or down by the same amount, while the angle 2 'between said nozzle bores remains the same.

B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

625 853 PATENT CLAIMS

1. Diesel internal combustion engine with transverse or reverse purging, with a fuel injector, the end of which projects into the combustion chamber of the cylinder and has a plurality of nozzle bores arranged in at least one row, characterized by such an arrangement of the nozzle bores (44, 47, 54, 56) that one through deflection of the fuel streams (32, 50, 52) emerging from the nozzle bores is counteracted.

2. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the longitudinal axes of the nozzle bores (44, 47) are inclined at unequal angles (a, β) to the axis (46) of the fuel injection valve (28).

3. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the angular distances (72, 73, 74) between the longitudinal axes of adjacent nozzle bores (44, 54, 56) are unequal.

4. Diesel internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the axis of rotation of the cone, in the jacket of which all the longitudinal axes of the nozzle bores (44) of a row of bores lie, intersects the axis (46) of the fuel injection valve (28).