CH630143A5

CH630143A5 - Air-compressing, direct-injection internal combustion engine

Info

Publication number: CH630143A5
Application number: CH119878A
Authority: CH
Inventors: Alfred Neitz
Original assignee: Maschf Augsburg Nuernberg Ag
Priority date: 1977-03-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1982-05-28
Also published as: SE7802449L; DD134555A1; FR2382585B1; GB1555448A; DE2709161A1; HU177228B; SE443839B; FR2382585A1; IT1092931B; JPS53109017A; IN149903B; IT7820689A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben oder Zylinderkopf angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum, bei der der einströmenden Verbrennungsluft eine Drehbewegung um die Brennraumlängsaehse erteilt wird und bei der der Kraftstoff im oberen Drehzahl- und Lastbereich weitgehend filmartig auf die Brennraumwand aufgetragen, dort verdampft, von der rotierenden Luft allmählich abgelöst, mit dieser vermischt und schliesslich verbrannt wird, während im Leerlauf sowie im untern Drehzahl- und Lastbereich des Motors überwiegend eine unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft erfolgt. The invention relates to an air-compressing, direct-injection internal combustion engine with a rotary body-shaped combustion chamber arranged in the piston or cylinder head, in which the incoming combustion air is given a rotary movement around the longitudinal axis of the combustion chamber and in which the fuel in the upper speed and load range is largely film-like on the combustion chamber wall applied, evaporated there, gradually detached from the rotating air, mixed with it and finally burned, while at idle speed and in the lower speed and load range of the engine there is predominantly direct mixing with the combustion air.

Bei Brennkraftmaschinen, die nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeiten, ist es seit langem bekannt, dass allein schon, um die Initialzündung einzuleiten, ein Teil des in den Brennraum eingespritzten Kraftstoffes unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt werden muss (DE-PS 865 683). Schon bald hat sich herausgestellt, dass der Anteil an unmittelbar mit der Luft zu vermischendem Kraftstoff bei Vollast des Motors wenigstens 2 %, jedoch so viel der gesamten Einspritzmenge betragen muss, dass zumindest kein wahrnehmbares Zündgeräusch mehr auftritt (NL-PS 97860). It has long been known in internal combustion engines that work according to the method of fuel wall application that, in order to initiate the initial ignition, part of the fuel injected into the combustion chamber must be mixed directly with the combustion air (DE-PS 865 683). . It soon became apparent that the proportion of fuel to be mixed directly with the air at full load of the engine must be at least 2%, but so much of the total injection quantity that at least no more perceptible ignition noise occurs (NL-PS 97860).

Aufgrund der im Laufe der letzten Jahre immer härter werdenden Vorschriften der Abgasqualität und auch, um das Startverhalten des Motors zu verbessern, wurde festgestellt, dass es zweckmässig ist, die im Leerlaufund im unteren Drehzahl-und Lastbereich erforderliche, geringe Einspritzmenge nahezu ausschliesslich unmittelbar mit der Verbrennungsluft zu vermischen, da in diesen Bereichen die für eine ausreichend schnelle Verdampfung des filmartig aufgebrachten Kraftstoffes erforderliche Temperatur der Brennraumwand nicht vorhanden ist. Due to the increasingly tough regulations for exhaust gas quality over the past few years and also to improve the starting behavior of the engine, it was determined that it is advisable to use the small injection quantity required almost exclusively directly with the engine at idling speed and in the lower speed and load range Mixing the combustion air, since in these areas the temperature of the combustion chamber wall required for a sufficiently rapid evaporation of the film-like fuel is not available.

wodurch eine unvollkommene Verbrennung stattfindet. Im oberen Drehzahl- und Lastbereich hingegen hat sich die Kraftstoff-Wandauftragung sehr gut bewährt. which causes imperfect combustion. In the upper speed and load range, however, the fuel wall application has proven itself very well.

Wenn man von den Einflüssen, die die Luftdrehung im Brennraum auf die Luftverteilung hat (FR-PS 1276938), absieht, dann sind für eine solche Änderung hauptsächlich die Lage und die Ausbildung des Kraftstoffstrahles dafür entscheidend. So wurde u. a. bereits vorgeschlagen, den eingespritzten Kraftstoff in Abhängigkeit von der Temperatur der Brennraum wand oder anderer stellvertretender Grössen in zwei veränderliche Anteile zu trennen, von denen ein Teil filmartig auf die Brennraumwand aufgebracht und der andere Teil unmittelbar mit der Luft vermischt wird. Als Mittel dazu wurde die Änderung der Lage der Einspritzstrahlen und/oder ihre Zerstäubungsfeinheit genannt (DE-PS 1526324). Auch eine sogenannte Drehdüse (DE-PS 1252 968) und andere Vorschläge wurden diesbezüglich bereits gemacht. Für ein ausgewogenes Verhältnis von Kraftstoff-Wand-auftragung zu unmittelbarer Luftverteilung in allen Betriebsbereichen eines Motors ist aber, wie man erkannte, bei gegebener Strahllage neben dem Einfluss des Einspritzdüsenquerschnittes auch eine bestimmte Ausflussgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles bzw. ein bestimmter Einspritzdruck von ausschlaggebender Bedeutung. If one disregards the influences that the air rotation in the combustion chamber has on the air distribution (FR-PS 1276938), the location and the formation of the fuel jet are the decisive factors for such a change. So u. a. already proposed to separate the injected fuel as a function of the temperature of the combustion chamber wall or other representative sizes into two variable proportions, of which part is applied in film form to the combustion chamber wall and the other part is mixed directly with the air. The change in the position of the injection jets and / or their atomization fineness was mentioned as a means (DE-PS 1526324). A so-called rotary nozzle (DE-PS 1252 968) and other suggestions have already been made in this regard. For a balanced ratio of fuel-wall application to direct air distribution in all operating areas of an engine, as was recognized, in addition to the influence of the injector cross-section, a given outflow velocity of the fuel jet or a certain injection pressure is of crucial importance for a given jet position.

Hier setzt bereits die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art unter Beachtung der zuletzt genannten Erkenntnisse dahingehend weiterzubilden, dass die Abgasqualität und die Motordaten hauptsächlich im unteren Kennfeldbereich ohne Verschlechterung dieser Daten im oberen Kennfeldbereich verbessert werden. This is where the invention begins, which is based on the object of further developing an internal combustion engine of the type described at the outset, taking into account the last-mentioned findings, in such a way that the exhaust gas quality and the engine data are improved mainly in the lower map area without deterioration of this data in the upper map area.

Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine gelöst, welche gekennzeichnet ist durch eine Einrichtung zum wenigstens annähernden Konstanthalten des Kraftstoffeinspritzdruckes an der Düsenbohrung über den gesamten Betriebsbereich des Motors. This object is achieved with the internal combustion engine according to the invention, which is characterized by a device for at least approximately keeping the fuel injection pressure at the nozzle bore constant over the entire operating range of the engine.

Durch den wenigestens annähernd konstanten Kraftstoffeinspritzdruck wird über den gesamten Betriebsbereich eines Motors eine gute Gemischaufbereitung und damit Verbrennung, verbunden mit guter Abgasqualität erreicht. Die optimale Strahlcharakteristik bleibt dadurch in allen Drehzahlbereichen erhalten. Die mit der zwangsläufigen Verkürzung des Einspritzvorganges bei fallender Last oder Drehzahl verbundene Verminderung der Durchschlagskraft des Krftstoffstrahles führt dazu, dass bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und Lastbereich, wo die Einspritzmenge entsprechend gering ist, eine Wandauftragung weitgehend vermieden wird. Due to the at least approximately constant fuel injection pressure, good mixture preparation and thus combustion combined with good exhaust gas quality is achieved over the entire operating range of an engine. The optimal beam characteristics are maintained in all speed ranges. The reduction in the penetration force of the fuel jet associated with the inevitable shortening of the injection process when the load or speed falls, means that wall application is largely avoided when idling and in the lower speed and load range, where the injection quantity is correspondingly low.

Mit der Festlegung der gesamten Einspritzanlage auf eine unveränderliche Förderrate (Kubilcmillimeter/Grad Kurbelwinkel) des Einspritzpumpenelementes, welche im wesentlichen durch den Plungerdurchmesser und den Nockenverlauf im Förderbereich gegeben ist, und durch einen unveränderlichen Einspritzdüsenquerschnitt allein sind diese Forderungen nicht zu erfüllen. Hier ist die optimale Strahlcharakteristik jeweils nur in einem kleinen, mittleren Betriebsbereich vorhanden. By specifying the entire injection system at an unchangeable delivery rate (cubic cm / crank angle) of the injection pump element, which is essentially given by the plunger diameter and the cam profile in the delivery area, and by an unchangeable injector cross section alone, these requirements cannot be met. Here, the optimal beam characteristics are only available in a small, medium-sized operating area.

Die Einrichtung zum Konstanthalten des Kraftstoffeinspritzdruckes kann beispielsweise nahe der Einspritzdüsenbohrung eine vom Düsennadelringspalt ausgehende, im unteren Drehzahl- und Lastbereich absperrbare Abströmbohrung aufweisen, wobei der Durchmesser des Kolbens im Einspritzpumpenelement derart vergrössert sein kann, dass er die durch die Abströmbohrung abfliessende Kraftstoffmenge zusätzlich fördert. The device for keeping the fuel injection pressure constant can, for example, near the injection nozzle bore, have an outflow bore, which can be shut off in the lower speed and load range and starts from the nozzle needle ring gap, the diameter of the piston in the injection pump element being increased such that it additionally promotes the amount of fuel flowing out through the outflow bore.

In einer anderen Ausführungsform kann zum annähernden Konstanthalten des Kraftstoffeinspritzdruckes eine Zapfendüse verwendet werden, deren Düsenbohrungsquerschnitt durch den veränderlichen Nadelhub, in Verbindung mit einer den Verhältnissen angepassten Form ihres Drosselzapfens und ihrer Bohrung, derart veränderbar ist, dass bei kleinen Kraftstoffeinspritzmengen, d. h. im unteren Drehzahl- und Lastbereich, eine In another embodiment, a pin nozzle can be used to keep the fuel injection pressure approximately constant, the nozzle bore cross section of which can be changed by the variable needle stroke, in conjunction with a shape of the throttle pin and its bore which is adapted to the conditions, such that with small amounts of fuel injection, i. H. in the lower speed and load range, one

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unmittelbare Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft bewirkt bzw. begünstigt wird. immediate mixing of the fuel with the combustion air is effected or favored.

Diese beiden Einrichtungen, die zum Konstanthalten des Einspritzdruckes verwendet werden können, sind an sich bekannt oder wurden bereits vorgeschlagen und werden daher hier nicht näher erläutert. Sie können jeweils einzeln oder gemeinsam verwendet werden. These two devices, which can be used to keep the injection pressure constant, are known per se or have already been proposed and are therefore not explained in more detail here. They can be used individually or together.

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Abschliessend wird der Vollständigkeit halber lediglich noch erwähnt, dass bei der letztgenannten Regelungseinrichtung die Steuerung des Düsennadelhubes unmittelbar abhängig vom Kraftstoff-Einspritzdruck oder mittelbar abhängig durch eine 5 veränderliche Hubblockierung, die ihrerseits abhängig vom Einspritzdruck oder von der Drehzahl und/oder Last des Motors verstellt werden, erfolgen kann. Finally, for the sake of completeness, it is only mentioned that in the latter control device the control of the nozzle needle stroke is directly dependent on the fuel injection pressure or indirectly dependent on a variable stroke blocking, which in turn is adjusted depending on the injection pressure or on the speed and / or load of the engine , can be done.

M M

Claims

630 143 -> PATENT CLAIMS

1. Air-compressing, direct-injection internal combustion engine with a rotating body-shaped combustion chamber arranged in the piston or cylinder head. in which the incoming combustion air is given a rotary movement about the longitudinal axis of the combustion chamber and in which the fuel in the upper speed and load range is applied to the combustion chamber wall in a film-like manner, evaporates there, gradually detached from the rotating air, mixed with it and finally burned, while in Idling and in the lower speed and load range of the engine there is predominantly direct mixing with the combustion air, characterized by a device for at least approximately keeping the fuel injection pressure at the nozzle bore constant over the entire operating range of the engine.

2. Air-compressing, direct-injection internal combustion engine according to claim 1, characterized in that said device has an outflow bore that can be shut off in the lower speed and load range and that can be shut off and that the diameter of a piston of an injection pump element is selected so large that this piston is the piston fuel quantity flowing out through the outflow bore additionally promotes.

3. Air-compressing, direct-injection internal combustion engine according to claim 1, characterized in that said device has a nozzle pin with which the nozzle bore cross section can be changed by the variable needle stroke in such a way that a direct mixing of the fuel with the combustion air causes in the lower speed and load range becomes.

4. Air-compressing, direct-injection internal combustion engine according to claims 2 and 3.