DD146079A1 - AIR COMPRESSING, DIRECT INJECTING INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

AIR COMPRESSING, DIRECT INJECTING INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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DD146079A1 DD79215592A DD21559279A DD146079A1 DD 146079 A1 DD146079 A1 DD 146079A1 DD 79215592 A DD79215592 A DD 79215592A DD 21559279 A DD21559279 A DD 21559279A DD 146079 A1 DD146079 A1 DD 146079A1
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Abstract

Die Erfindung kann bei nach dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung arbeitenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschinen angewendet werden. Waehrend das Ziel der Erfindung in einer Verbesserung der Motordaten liegt, besteht die Aufgabe darin, bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors eine optimale Zerstaeubung des Kraftstoffes und eine unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft zu gewaehrleisten, ohne dasz die Betriebsdaten in den oberen Betriebsbereichen des Motors verschlechtert werden. Erfindungsgemaesz ist nunmehr vorgesehen, dasz die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, dasz sie bei Nenndrehzahl des Motors in der Naehe des Kraftstoffstrahles gleich oder nahezu gleich sind, dasz mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und dasz der Durchmesser der Einspritzduesenoeffnung je nach dem Drehzahlverhaeltnis des Motors zwischen 5 und 100% groeszer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Einloch-Einspritzduese gewaehlt wird, wobei die Vergroeszerung der Durchmesser mit dem Drehzahlverhaeltnis des Motors ansteigt.The invention can be applied to working by the method of fuel wall application, direct injection internal combustion engines. While the object of the invention is to improve the engine data, the object is to ensure optimal atomization of the fuel and direct mixing with the combustion air at idle, as well as in the engine's lower speed and load range, without the operating data in the upper Operating ranges of the engine are deteriorated. According to the invention, it is now provided that the speed of the rotating combustion air and the exit velocity of the fuel jet are coordinated so as to be equal or close to each other at the nominal engine speed near the fuel jet, so that the speed of the engine decreases as the engine speed decreases Combustion air is substantially reduced and the diameter of the injection nozzle opening is chosen between 5 and 100% larger, depending on the engine speed ratio, than when using an optimally designed, one-hole, fixed injection nozzle, with the increase in diameter increasing with the speed ratio of the engine.

Description

Berlin, den 20.12.1979 •"7- WP P 02 M/215 592Berlin, 20.12.1979 • "7- WP P 02 M / 215 592

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Luftverdichtend©, direkt einspritzende Brennkraftmaschine Anwendungsgebiet der Erfindung Air-compressing ©, directly injecting internal combustion engine Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum, bei der der einströmenden Verbrennungsluft durch bekannte Mittel eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse erteilt wird und bei der der Kraftstoff mittels einer querschnittgesteuerten Zapfendüse in Richtung der Luftbewegung im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich zum Teil filmartig auf die Brennraumwand -Aufgetragen wird, während im Leerlauf sowie im. unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors eine möglichst weitgehende unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft erfolgt, wobei der Kraftstoff-Einspritzdruck an der Düsenbohrung und dadurch die Austrittsgeschwindigkeit des KraftstoffStrahls durch den Drosselzapfen über dem gesamten Betriebsbereich des Motors konstant oder nahezu konstant gehalten wird. ,The invention relates to an air-compressing, directly injecting internal combustion engine with a arranged in the piston, rotating body-shaped combustion chamber in which the incoming combustion air is given by known means a rotational movement about the longitudinal axis of the combustion chamber and wherein the fuel by means of a cross-section controlled pin nozzle in the direction of air movement in the upper Part of the speed and / or load area is applied to the combustion chamber wall in a film-like manner, while idling and in the. The maximum speed and / or load range of the engine as far as possible immediate mixing with the combustion air takes place, the fuel injection pressure at the nozzle bore and thereby the exit velocity of the fuel jet through the throttle pin over the entire operating range of the engine is kept constant or nearly constant. .

Charakteristik der bekannten technischen LösungenChara kteristik the known technical solutions

Nach der DE-OS 27 09 161 ist bereits eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der die Geniischaufbereitung und damit die Verbrennung bei Leerlauf und im unteren Drehzahl- und Lastbereich dadurch verbessert werden soll, indem der in diesen Bereichen eingespritzte Kraftstoff weitgehend unmittelbar mit der Verbrennungsluft vermischt wird, da die für eine ausreichend schnelle Verdampfung des'filmartig aufgebrachten Kraftstoffes erforderlichen Prozeß- und Brennraumwandtemperaturen nicht vorhanden sinds was sich in den Motorkenn-According to DE-OS 27 09 161 an internal combustion engine is already known in which the Geniischaufbereitung and thus the combustion at idle and in the lower speed and load range should be improved by the injected fuel in these areas is largely mixed directly with the combustion air since the process and combustion chamber wall temperatures required for a sufficiently rapid vaporization of the film-like fuel are not present s which is reflected in the engine code.

U)Ti) , c> U) Ti), c>

20.12.1979 WP Έ 02 Μ/215 592 - 2 - 56 156/2720.12.1979 WP Έ 02 Μ / 215 592 - 2 - 56 156/27

daten und in einer schlechteren Abgasqualität auswirkt.data and in a worse exhaust quality.

Um diesen bekannten Nachteil zu vermeiden, wurden vorher schon viele Versuche unternommen, doch brachten diese immer wieder andere Nachteile mit sich. Entweder die Einrichtung war zu teuer oder zu kompliziert, oder es wurden die dem Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung im oberen Betriebsbereich des Motors anhaftenden Vorteile zum Teil aufgehoben oder anderes.In order to avoid this known disadvantage, many attempts have been made before, but these always brought other disadvantages. Either the device was too expensive or too complicated, or the advantages inherent in the method of fuel-wall application in the upper operating range of the engine were partially removed or otherwise.

Die vorbeschriebene Brennkraftmaschine brachte nun, wie sich herausstellte, mit einfachen Mitteln eine echte Verbesserung, doch zeigte sich, daß die Zerstäubungsfeinheit des Kraftstoffes in den unteren Betriebsbereiten des Motors noch gesteigert werden sollte, um weitere Verbesserungen zu erreichen.The above-described internal combustion engine, as it turned out, provided a real improvement by simple means, but it was found that the atomization fineness of the fuel in the lower operating conditions of the engine should still be increased in order to achieve further improvements.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist-die Bereitstellung einer luftverdichtenden, direkt einspritzenden Brennkraftmaschine, die verbesserte Motordaten aufweist.The object of the invention is to provide an air-compressing direct-injection internal combustion engine having improved engine data.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln dahingehend weiter zu vervollkommnen, daß bei Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und Lastbereich des Motors eine optimale Zerstäubung des Kraftstoffes und eine unmittelbare Vermischung, mit der Verbrennungsluft erfolgt, ohne daß die Betriebsdaten in den oberen BetriebsbereichenThe invention has for its object to further improve an internal combustion engine of the type described above with simple means that at idle and in the lower speed and load range of the engine optimum atomization of the fuel and an immediate mixing, with the combustion air without the operating data in the upper operating ranges

20,12.1979 WP F 02 M/215 592 - 3 - 56 156/2720.12.1979 WP F 02 M / 215 592 - 3 - 56 156/27

des Motors verschlechtert werden.of the engine are degraded.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Aus.t;rittsgeschwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie bei Nenndrehzahl des Motors in der Nähe des KraftstoffStrahles gleich oder nahezu gleich sind, daß mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und daß der Durchmesser der .Einspritzdüsenöffnung je nach dem Drehzahlverhältnis· des Motors zwischen 5 und*100 % größer als tei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Sinloch-Einspritzdüse gewählt wird, wobei die Vergrößerung der Durchmesser mit. dom Drehzablverhältnis des Motors ansteigt.According to the invention, the object is achieved in that the speed of the rotating combustion air and the Aus.t • speed of the fuel jet are coordinated so that they are at nominal speed of the engine in the vicinity of the fuel jet equal to or nearly equal to that with decreasing Engine speed to form a relative speed, the velocity of the combustion air is substantially reduced, and that the diameter of the .Einspritzdüsenöffnung depending on the speed ratio of the engine between 5 and * 100% greater than tei use of an optimally designed, fixed sinloch injector is selected, the Enlargement of the diameter with. delta ratio of the engine increases.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zapfendüse derart ausgebildet bzw. ausgelegt ist, daß der Kraftstoff über den gesamten oder nahezu den gesamten Betriebsbereich des Motors als Hoblstrahl in den Brennraum eingespritzt.wird, und daß der Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdüsenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.In a further embodiment of the invention it is provided that the pin nozzle is designed or designed such that the fuel over the entire or almost the entire operating range of the engine as Hoblstrahl injected into the combustion chamber, and that the outer diameter of the hollow jet at the injection nozzle opening constant remains while its inner diameter is reduced with increasing engine speed.

Durch die Gleichsetzung oder annähernde Gleichsetzung der Geschwindigkeit der Verbrennungsluft mit der Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes bei Nenndrehzahl des Motors tritt praktisch keine Relativgeschwindigkeit auf$ so daß keine den Zerfall des KraftstoffStrahles begünstigende Reibung entsteht. Dadurch ist auch eine sich durch die Ver-By equating or approximately equating the velocity of the combustion air with the exit velocity of the fuel at rated engine speed, there is virtually no relative velocity at $ such that there is no friction favoring the decay of the fuel jet. As a result, a

20.12.1979 WP F 02 M/215 59 % - * - 56 156/2720.12.1979 WP F 02 M / 215 59 % - * - 56 156/27

größerung des Durchmessers der Binspritzdüsenöffnung ergebende größere Berührungsfläche zwischen Kraftstoff and Verbrennungsluft nahezu ohne Einfluß. Die Vorteile, die das Verfahren der Kraftstoff-Wandauftragung in den oberen Betriebsbereichen des Motors bringt, bleiben somit voll erhalten. Es sei noch erwähnt, daß die Vergrößerung des Durchmessers der Sinspritzdüsenöffnung und damit des Düsenquerschnittes, welche eine Verminderung der Strahlgeschwindigkeit und damit des JSinspritzdruckes zur Folge hätte, durch den in die Einspixritzdüsenöffnung eintauchenden Drosselzapfen ausgeglichen wird.Enlargement of the diameter of the Binspritzdüsenöffnung resulting larger contact surface between fuel and combustion air almost without influence. The advantages that the process of fuel wall application brings in the upper operating ranges of the engine, thus remain fully preserved. It should be noted that the increase in the diameter of the Sinspritzdüsenöffnung and thus the nozzle cross-section, which would have a reduction in the jet velocity and thus the JSinspritzdruckes result, is compensated by the dipping into the Einspixritzdüsenöffnung throttle pin.

Bei Leerlauf sowie im sinteren Drehzahl- und Lastbereich bleiben der Sinspritzdruck und damit die Austrittsgeschwindigkeit des Kraftstoffes aus der Düsenöffnung konstant, während sich die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft überprop'ortional zur Motor&rehzehl verringert. Dies hat zur Folge, daß eine nennenswerte Eelativgeschwindigkeit und damit Reibung zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft entsteht, die eine feine Zerstäubung des Kraftstoffes bewirkt. Begünstigt wird diese Zerstäubung durch die erfindungsgemäß^e Vergrößerung des Kraftstoffstrabldurchmessers und damit seiner Oberfläche.At idling and in the sintered speed and load range, the Sinspritzdruck and thus the exit velocity of the fuel from the nozzle opening remain constant, while reducing the speed of the combustion air over prop'ortional to the engine. This has the consequence that a significant Eelativgeschwindigkeit and thus friction between fuel and combustion air is produced, which causes a fine atomization of the fuel. This atomization is favored by the enlargement according to the invention of the fuel jet diameter and thus of its surface.

Durch die Auslegung eines Motors nach der beschriebenen Art werden optimale Verhältnisse erreicht, d. b., es erfolgt über den gesamten Betriebsbereich eine gute Gemischaufbereitung und dadurch auch eine vollständige Verbrennung mit entsprechend guter Abgasqualität.By designing a motor of the type described optimal conditions are achieved, d. b., there is a good mixture preparation over the entire operating range and thus also a complete combustion with a correspondingly good exhaust gas quality.

Als Weiterbildung der Erfindung wird schließlich noch vorgeschlagen, daß bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen bisAs a development of the invention is finally proposed that in engines with speed ratios up

20.12.1979 WP F 02 M/215 592 2 I 5 5 9 2 - 5 - 56 156/2720.12.1979 WP F 02 M / 215 592 2 I 5 5 9 2 - 5 - 56 156/27

zu. 2,5 <ier Durchmesser der Einspritzdüsenöffnung zwischen 5 und 50 % und mit Drehzahlverbältnissen über 2,5 zwischen 40 und 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen Einloch-Einspritzdüse gewählt wird.to. 2.5, the diameter of the injector orifice is selected to be between 5 and 50 % and with speed ratios above 2.5, between 40 and 100 % greater than when using an optimally designed, one-hole, fixed injector.

Ausführungsbeispiel .Execution example .

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Werte aus der Praxis noch kurz verdeutlicht werden:In the following, the invention will be clarified briefly on the basis of some values from practice:

Die mittlere Geschwindigkeit des KraftstoffStrahles während des Einspritzvorganges beträgt etwa 100 m/sec. Pur die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft in der Mbe des Kraftstoff Strahles werden bei Nenndrehzahl ebenfalls 100 m/sec gewählt. Damit ist die Relativgeschwindigkeit,im oberen Betriebsbereich des Motors zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft praktisch gleich Null«, Vorausgesetzt werden natürlich wegen der sich ändernden Geschwindigkeit der Kraftstoffstrahlspritze gewisse Abweichungen, deren Berücksichtigung jedoch nicht erforderlich ist. Wird die Motordrehzahl verringert, so fällt die Umfangsgeschwindigkeit der Verbrennungsluft überproportional, d. h., bei einem Drehzahlverhältnis von 4, also bei einer Verringerung von 4000 U/min auf 1000 U/min entsteht ein Geschwin'digkeitsverbältnis zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft von etwa 5,3t da der Kraftstoff-Sinspritzdruck und damit die Einspritzgeschwindigkeit nahezu konstant bleiben. Somit ergibt sich bei einer Motordrehzahl von 1000 U/min eine Geschwindigkeit der Verbrennungsluft von ca. 18 m/sec und eine Eelativgeschwindigkeit zum Kraftstoff von,82 m/sec.The mean velocity of the fuel jet during the injection process is about 100 m / sec. Purely the speed of the combustion air in the Mbe of the fuel jet are also selected at rated speed 100 m / sec. Thus, the relative speed, in the upper operating range of the engine between fuel and combustion air practically equal to zero, "Of course, due to the changing speed of the fuel spray certain deviations, the consideration of which is not required. If the engine speed is reduced, the peripheral speed of the combustion air falls disproportionately, ie, at a speed ratio of 4, so with a reduction of 4000 rev / min to 1000 rev / min, a Geschwin'digkeitsverältnis between fuel and combustion air of about 5.3t there the fuel Sinspritzdruck and thus the injection speed remain almost constant. Thus, at an engine speed of 1000 rpm, a combustion air velocity of approximately 18 m / sec and a relative speed to the fuel of 82 m / sec.

20.12.197920/12/1979

" WP Έ 02 Μ/215 592"WP Έ 02 Μ / 215 592

- 6 - 56 156/27- 6 - 56 156/27

Abschließend sei noch erwähnt, daß die die Erfindung kennzeichnenden Merkmale ^eden Durcbschnittsfachmann in die Lage versetzen, ohne erfinderische Tätigkeit einen Motor so auszulegen, wie er vorgeschlagen wird.Finally, it should be mentioned that the features characterizing the invention enable any person skilled in the art to design a motor without inventive step as proposed.

Claims (4)

20.12.1Q79 WP P 02 M/215 592 215 59 2 - ? - 56 156/27 Erf indungsanspruch20.12.1Q79 WP P 02 M / 215 592 215 59 2 -? - 56 156/27 Claim for information 1. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine mit einem im Kolben angeordneten, rotationskörperförmigen Brennraum, bei der der einströmenden Verbrennungsluft durch bekannte Büttel eine Drehbewegung um die Brennraumlängsachse erteilt wird und bei der der Kraftstoff mittels einer querschnittgesteuerten Zapfendüse in Richtung der Luftbewegung im oberen Drehzahl- und/oder Lastbereich zum Teil filmartig auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während im Leerlauf sowie im unteren Drehzahl- und/oder Lastbereich des Motors eine möglichst weitgehende unmittelbare Vermischung mit der Verbrennungsluft erfolgt, wobei der Kraftstoff-Einspritzdruck an der Düsenbohrung und dadurch die Austrittsgeschwindigkeit des KraftstoffStrahles durch den Drosselzapfen über den gesamten Betriebsbereich des Motors konstant oder nahezu konstant gehalten wird, gekennzeichnet dadurch, daß die Geschwindigkeit der sich drehenden Verbrennungsluft und die Austrittsgescbwindigkeit des Kraftstoffstrahles derart aufeinander abgestimmt sind, daß sie bei Uenndrehzahl des Motors in der Nähe des KraftstoffStrahles gleich oder nahezu gleich sind, daß mit abnehmender Motordrehzahl unter Bildung einer Relativgeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Verbrennungsluft wesentlich verringert wird, und daß der Durchmesser der Sinspritzdüsenöffnung je nach dem Drehzahlverhältnis des Motors zwischen 5 un<3- 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten, festen EinlocbTEinspritzdüse gewählt wird, wobei die Vergrößerung' der Durchmesser mit dem Drehzahlverhältnis des Motors ansteigt.1. Air-compressing, directly injecting internal combustion engine with a arranged in the piston, rotating body-shaped combustion chamber, in which the incoming combustion air is given by known Büttel a rotational movement about the combustion chamber longitudinal axis and in which the fuel by means of a cross-section-controlled pin nozzle in the direction of air movement in the upper speed and / or load range is applied in part like a film on the combustion chamber wall, while idling and in the lower speed and / or load range of the engine as far as possible immediate mixing with the combustion air takes place, wherein the fuel injection pressure at the nozzle bore and thereby the exit velocity of the fuel jet the throttle pin is kept constant or nearly constant over the entire operating range of the engine, characterized in that the speed of the rotating combustion air and the exit speed of the fuel st Rahles are coordinated so that they are equal or nearly equal at Uenndrehzahl the engine in the vicinity of the fuel jet, that with decreasing engine speed to form a relative velocity, the velocity of the combustion air is substantially reduced, and that the diameter of the Sinspritzdüsenöffnung depending on the speed ratio of motor between 5 and n <3 100% greater than with the use of an optimally designed, solid Einlocb T injector is selected, the magnification 'the diameter of which increases with the speed ratio of the motor. in Vi: j α η 7 η , q « > <-> j o - in Vi: j α η 7 η, q «><-> j o - 20.12.1979 ViP P 02 M/215 8 - 56 156/2720.12.1979 ViP P 02 M / 215 8 - 56 156/27 2. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Zapfendüse derart ausgebildet bzw. ausgelegt ist, daß der Kraftstoff über den gesamten oder nahezu den gesamten Betriebsbereich des Motors als Hohlstrahl in den Brennraum eingespritzt wird, und daß der Außendurchmesser des Hohlstrahles an der Einspritzdüsenöffnung konstant bleibt, während sein Innendurchmesser mit steigender Drehzahl des Motors verkleinert wird.2. Air compressing, direct injection internal combustion engine according to item 1, characterized in that the pin nozzle is designed or designed such that the fuel over the entire or almost the entire operating range of the engine is injected as a hollow jet into the combustion chamber, and that the outer diameter of the Hollow jet at the injector opening remains constant, while its inner diameter is reduced with increasing speed of the engine. 3. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Motoren mit Drehzahlverhältnissen bis zu 2,5 der Durchmesser der Einspritsdüsenöffnung zwischen 5 üad 50 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten festen Sinloch-Einspritzdüse gewählt wird.3. Air compressing, direct injection internal combustion engine according to item 1 and 2, characterized in that is selected in engines with speed ratios up to 2.5 the diameter of the Einspritsdüsenöffnung between 5 üad 50% greater than when using an optimally designed solid sinloch injector. 4. Luftverdichtende, direkt einspritzende Brennkraftmaschine nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß bei Motoren mit Drehzablverhältnissen über 2,5 der Durcb-r messer der Einspritzdüsenöffnung zwischen 40 und 100 % größer als bei Verwendung einer optimal ausgelegten Einloch-Einspritzdüse gewählt wird.4. Air-compressing, direct injection internal combustion engine according to item 1 and 2, characterized in that in engines with Drehzablverhältnissen over 2.5 of the Durcb-r diameter of the injection nozzle between 40 and 100% greater than when using an optimally designed single-hole injection nozzle is selected. ir\ Γ·Γ7 '-ι π "7 ο < "C '^ '"> { ο ir \ Γ · Γ7 '-ι π "7 ο <"C' ^ '"> {ο
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