DE1178637B - Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection - Google Patents

Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection

Info

Publication number
DE1178637B
DE1178637B DEU5519A DEU0005519A DE1178637B DE 1178637 B DE1178637 B DE 1178637B DE U5519 A DEU5519 A DE U5519A DE U0005519 A DEU0005519 A DE U0005519A DE 1178637 B DE1178637 B DE 1178637B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
combustion chamber
axis
fuel
jet
injection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEU5519A
Other languages
German (de)
Inventor
Josef Boettger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Original Assignee
Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel filed Critical Ustav Pro Vyzkum Motorovych Vozidel
Publication of DE1178637B publication Critical patent/DE1178637B/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0678Unconventional, complex or non-rotationally symmetrical shapes of the combustion space, e.g. flower like, having special shapes related to the orientation of the fuel spray jets
    • F02B23/069Unconventional, complex or non-rotationally symmetrical shapes of the combustion space, e.g. flower like, having special shapes related to the orientation of the fuel spray jets characterised by its eccentricity from the cylinder axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0645Details related to the fuel injector or the fuel spray
    • F02B23/066Details related to the fuel injector or the fuel spray the injector being located substantially off-set from the cylinder centre axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0675Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston the combustion space being substantially spherical, hemispherical, ellipsoid or parabolic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B23/00Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
    • F02B23/02Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
    • F02B23/06Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
    • F02B23/0618Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston having in-cylinder means to influence the charge motion
    • F02B23/0621Squish flow
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

Brennkraftmaschine mit Verdichtungsselbstzündung und direkter Kraftstoffeinspritzung Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Verdichtungsselbstzündung und direkter Kraftstoffeinspritzung aus einer im Randbereich des Zylinderkopfes angeordneten Düse, aus welcher der Kraftstoff in einem schräg zur Zylinderachse verlaufenden Strahl mit seinem Hauptteil in einen im wesentlichen rotationskörperförmigen Kolbenbrennraum mit eingezogener Öffnung gespritzt wird, während ein kleiner Teil des Kraftstoffes derart gegen eine heiße Brennraumwandstelle in unmittelbarer Nähe der Brennraumöffnung gerichtet ist, daß er den Kolbenboden an der Auftreffstelle überspritzt.Internal combustion engine with compression auto-ignition and direct fuel injection The invention relates to an internal combustion engine with compression auto-ignition and direct fuel injection from one arranged in the edge area of the cylinder head Nozzle from which the fuel runs in an oblique to the cylinder axis The main part of the jet enters a piston combustion chamber which is essentially in the form of a rotation body with retracted opening is injected while a small part of the fuel against a hot point of the combustion chamber wall in the immediate vicinity of the combustion chamber opening is directed that he overmoulded the piston crown at the point of impact.

Bekanntlich wird der beste Verbrennungsablauf, d. h. insbesondere eine rauch- und klopffreie Verbrennung, dann erreicht, wenn es gelingt, die Verbrennung zuverlässig gleichbleibend an ein und derselben, als besonders günstig erkannten Stelle des Brennraumes einzuleiten. Man verwendet z. B. häufig eine Mehrstrahleinspritzung, wobei ein Strahl, von dem die erste Zündung ausgehen soll, als besonderer Zündstrahl dient, während die übrigen, meist längeren Strahlen den Kraftstoff an entferntere Wandstellen des Brennraumes bringen, wo sie in Verbindung mit der durch besondere Maßnahmen in Rotation versetzten Verbrennungsluft zu dem anschließend verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemisch aufbereitet werden. Nachteilig ist dabei einerseits, daß zur Erzeugung des besonderen Zündstrahles eine Einspritzdüse mit einem entsprechend kleinen, besonderen Austrittsloch benötigt wird, welches sich leicht zusetzt und dann die richtige Kraftstoffeinspritzung in Frage stellt, und anderseits, daß die heftige Rotationsbewegung der einströmenden Verbrennungsluft nur unter entsprechenden Druckverlusten und verringerter Füllung erreicht wird.It is well known that the best combustion sequence, i. H. in particular a smoke-free and knock-free combustion, then achieved, if it succeeds, the combustion reliably constant on one and the same, recognized as particularly favorable Place of the combustion chamber. One uses z. B. often a multi-jet injection, where a beam, from which the first ignition is to emanate, is used as a special pilot beam serves, while the remaining, mostly longer jets deliver the fuel to more distant ones Bring wall points of the combustion chamber where they are in connection with the by special Measures set in rotation combustion air to the subsequently burned Fuel-air mixture can be prepared. The disadvantage here is on the one hand that to generate the special pilot jet an injection nozzle with a corresponding small, special exit hole is required, which easily clogs and then the correct fuel injection into question, and on the other hand that the violent rotational movement of the incoming combustion air only under appropriate conditions Pressure losses and reduced filling is achieved.

Während die meisten bisher bekanntgewordenen Einstrahleinspritzungen demgegenüber den anderen Nachteil aufweisen, daß sie vornehmlich eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffes (in Form eines Kraftstoff-Luft-Gemischnebels) über den ganzen Brennraum und keinesfalls irgendeine Wandberührung des Kraftstoffes anstreben, ist auch schon ein neuerer Vorschlag einer Einstrahleinspritzung mit ausdrücklicher Wandanspritzüng bekanntgeworden. Nach diesem soll der Kolbenbrennraum nach der Außenseite des Kolbens - und damit zugleich nach der im Zylinderkopf angeordneten Kegelstrahldüse - hin eine flach ansteigende Fläche bilden, auf die der Kraftstoff zu einem wesentlichen Teil in flüssiger Form schräg aufgespritzt wird. An der dieser Fläche gegenüberliegenden Seite bildet der Kolbenboden gegenüber dem im übrigen tiefer im Kolben befindlichen Brennraum ein Überfallkante, über welche die Verbrennungsluft nahezu vollständig in Form einer Quetschströmung in den Brennraum einströmt. Der nicht auf die genannte schräge Fläche auftreffende Teil des konischen Einspritzstrahles soll sich dabei über den Brennraum verteilen. Wenn sich hierbei auch eine günstige Aufbereitung des von der Wand wieder abgelösten und verdampften Kraftstoffanteils ergibt, fehlt es doch an einer örtlich zuverlässig gleichbleibenden ersten Zündstelle des Kraftstoffes, da bekanntlich um den ganzen, mehr oder weniger geschlossenen Einspritzstrahl herum Bereiche der Randablösung entstehen; die bei einem Verzicht auf eine Fremdzündung, wie sie beim Anlassen durch eine Glühkerze gegeben ist, alle annähernd gleich günstige Voraussetzungen für eine erste Selbstzündung mit sich bringen. Die Zündung wird an unterschiedlichen, vornehmlich in dem der Kolbenachse zugekehrten Bereich des Brennraumes befindlichen Stellen einsetzen, so daß die Verbrennung in der bekannten, verhältnismäßig langsamen Weise der Lufteinströmüng entgegen - nach der genannten Schrägfläche hin - erfolgt.During most of the single jet injections known to date on the other hand have the other disadvantage that they are primarily a uniform Distribution of the fuel (in the form of a fuel-air mixture mist) over the aim for the entire combustion chamber and never for the fuel to come into contact with the wall, is also a more recent proposal for single-jet injection with express Wall injection became known. According to this, the piston combustion chamber should face the outside of the piston - and thus at the same time after the cone jet nozzle arranged in the cylinder head - Form a gently sloping surface on which the fuel becomes a substantial Part is sprayed on at an angle in liquid form. On the opposite of this surface The side of the piston is formed by the piston crown, which is located deeper in the piston Combustion chamber has an overflow edge over which the combustion air is almost completely flows into the combustion chamber in the form of a squeeze flow. The one not on the said The part of the conical injection jet that hits the inclined surface is supposed to be Distribute over the combustion chamber. If this is also a cheap preparation of the fuel that has been detached from the wall and evaporated again, is missing it is at a locally reliably constant first ignition point of the fuel, as is well known around the whole, more or less closed injection jet Areas of edge detachment arise; which, if external ignition is not used, as it is given by a glow plug when starting, all approximately equally favorable Bring prerequisites for an initial spontaneous ignition. The ignition will at different, primarily in the area of the piston axis facing Insert the combustion chamber located places so that the combustion in the known, relatively slow way of Lufteinströmüng against - after the mentioned Inclined surface towards - takes place.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Mängel zu beheben und trotz Vermeidung einer Mehrstrahleinspritzung und einer besonderen Dralleinströmung der Verbrennungsluft den Ort der ersten Selbstzündung mit Sicherheit festzulegen und eine optimale Verbrennung mit einer in Strömungsrichtung der Luft erfolgenden Flammenfortpflanzung zu gewährleisten.The invention is based on the object of the aforementioned shortcomings to fix and despite avoiding a multi-jet injection and a special one Swirl flow of the combustion air definitely marks the location of the first spontaneous ignition determine and an optimal combustion with one in the direction of flow of the air to ensure that the flame propagates.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Achse des aus einer Einloch-, Zapfen- oder sonstigen Spaltdüse austretenden Kraftstoffstrahles derart gerichtet ist, daß der Hauptanteil des Kraftstoffes in an sich bekannter Weise an verhältnismäßig kühle Wandteile gespritzt wird und daß kurz vor Beendigung der Einspritzung durch Eintauchen eines Kantenabschnittes des Brennraumöffnungsrandes in den Mantel des Kraftstoffstrahles ein kleiner Kraftstoffanteil eine in der Nähe der Düsenmündung liegende Kolbenbodenstelle überspritzt.According to the invention, the object set is essentially thereby solved that the axis of the off a single hole, tenon or other Slotted nozzle exiting fuel jet is directed such that the main portion of the fuel is injected onto relatively cool wall parts in a manner known per se and that shortly before the end of the injection by dipping an edge section the edge of the combustion chamber opening into the jacket of the fuel jet a small amount of fuel a piston crown located near the nozzle orifice is overmolded.

Bei einer solchen Einspritzung breitet sich der auf den Kolbenboden überspritzte Teil des Einspritzstrahles der einströmenden Luft entgegen aus und wird dabei einerseits vom heißen Kolbenboden her aufgeheizt und anderseits durch die entgegenströmende Verbrennungsluft aufgestaut, was zu einer sehr zuverlässigen ersten Selbstzündung ausschließlich an der Auftreffstelle dieses kleinen Strahlanteils führt. Da die Zündung zu einem Zeitpunkt erfolgt, wo die Strahlspitze des Hauptanteiles des Einspritzstrahles gerade erst den relativ kühlen Boden des rotationskörperförmigen Brennraumes erreicht hat, kann sich die von der ersten Zündstelle ausgehende Flammenfront - unterstützt durch die während des letzten Teiles des Verdichtungshubes des Kolbens zunächst vorzugsweise radial einströmende und sich anschließend in geordneten Wirbeln über den Brennraumboden ausbreitende Verbrennungsluft - ohne Gefahr der Bildung einer zweiten Zündstelle in den Brennraum hinein ausbreiten und schließlich auch den darin befindlichen, durch die vorgenannten Wirbel vom Brennraumboden wieder abgelösten und bereits weitgehend aufbereiteten Kraftstoff erfassen und vollständig verbrennen.With such an injection, the spreads onto the piston crown oversprayed part of the injection jet against the incoming air from and is heated on the one hand from the hot piston head and on the other hand through the counter-flowing combustion air is dammed up, making it a very reliable one first spontaneous ignition exclusively at the point of impact of this small portion of the jet leads. Since the ignition takes place at a point in time where the jet tip of the main part of the injection jet just hit the relatively cool bottom of the rotational body-shaped Has reached the combustion chamber, the flame front emanating from the first ignition point can develop - assisted by the piston during the last part of the compression stroke initially preferably flowing in radially and then in orderly eddies Combustion air spreading over the floor of the combustion chamber - without the risk of formation a second ignition point into the combustion chamber and finally the one located in it, due to the aforementioned eddies from the combustion chamber floor again Record detached and already largely processed fuel and completely burn.

Mit der erfindungsgemäßen Einspritzung wird gegenüber bisher bekannten Einstrahleinspritzungen ein wesentlich ruhigerer Lauf der Maschine und eine vollkommene Verbrennung unter bester Luftausnutzung erreicht, wie es bisher selbst durch eine mit den eingangs genannten Mängeln behaftete Mehrstrahleinspritzung mit zusätzlichem Luftdrall kaum möglich war. Die wirksame Beseitigung von Klopfgeräuschen bringt außerdem eine erhebliche Herabsetzung der mechanischen Beanspruchung des Kurbeltriebes und insbesondere der Kolben-, Pleuel-und Kurbelwellenlagerung mit sich, obgleich die Leistung an der Rauchgrenze noch gesteigert werden kann.The injection according to the invention is compared to previously known Single-jet injections mean that the machine runs much more smoothly and perfectly Combustion achieved with the best possible use of air, as was previously achieved by a multi-jet injection afflicted with the deficiencies mentioned at the beginning with additional Air swirl was hardly possible. The effective elimination of knocking noises brings also a considerable reduction in the mechanical stress on the crank mechanism and in particular the piston, connecting rod and crankshaft bearings with it, albeit the performance at the smoke limit can be increased.

Bei einer anderen, gegenüber der erfindungsgemäßen nicht vorbekannten Einstrahleinspritzung ist zwar schon vorgeschlagen worden, einen kleinen Anteil des Kraftstoffes gegen einen oberen Rand des Kolbenbrennraumes zu spritzen. Hier handelt es sich jedoch lediglich um eine Anspritzung des der Einspritzdüse abgelegenen Randes der Brennraumöffnung, die nur zu Beginn der Einspritzung mit einem der Strahlwurzel abgelegenen Strahlanteil möglich ist. Das Ziel dieser Einstrahleinspritzung ist nämlich, den Kraftstoff gleichsam wie einen Schleier über die Öffnung des Brennraumes zu legen, damit er dann von der verdichteten Luft sofort in den Brennraum hinein mitgerissen wird. Dies erfordert aber einen erstsprechend weichen Einspritzstrahl, der die gewünschte Wirkung nur in einem verhältnismäßig kleinen Drehzahlbereich zuläßt.In another, compared to the one according to the invention not previously known Single jet injection has already been proposed, a small proportion of the fuel to spray against an upper edge of the piston combustion chamber. here However, it is only a matter of injecting the remote from the injection nozzle Edge of the combustion chamber opening, which is only at the beginning of the injection with one of the jet roots remote beam portion is possible. The aim of this single jet injection is namely, the fuel like a veil over the opening of the combustion chamber so that the compressed air immediately enters the combustion chamber gets carried away. But this requires a soft injection jet, the desired effect only in a relatively small speed range allows.

Wegen des dort ausdrücklich angestrebten Verwehend des über die Brennraumöffnung gespritzten Kraftstoffschleiers muß bei dieser bekannten Ausführung damit gerechnet werden, daß Kraftstoffaufstauungen und erste Zündungen schon vor dem Erreichen der in Einspritzrichtung erst hinter der Brennraumöffnung liegenden Randstelle erfolgen. Solche Anordnungen eignen sich nicht für relativ schnell laufende Motoren, die in weiten Drehzahlbereichen regelbar sein sollen und einen Kraftstoffstrahl mit kompaktem Strahlkern und verhältnismäßig kleinem »weichem« Mantel erfordern. Die Anwendung einer solchen Düse würde bei der bekannten Brennkraftmaschine bei niedrigen Drehzahlen zu unvollständiger Verbrennung mit Rußbildung führen.Because of the there expressly intended blowing of the via the combustion chamber opening sprayed fuel veil must be expected in this known design be that fuel build-ups and first ignitions before reaching the in the direction of injection take place only behind the combustion chamber opening at the edge point. Such arrangements are not suitable for relatively fast running engines that are used in wide speed ranges should be controllable and a fuel jet with compact Require a jet core and a relatively small "soft" jacket. The application such a nozzle would in the known internal combustion engine at low speeds lead to incomplete combustion with soot formation.

Bevorzugt wird eine sogenannte »Quetschströmung« ohne jede Drehung um die Zylinderachse, da sich hiermit, wie Versuche ergeben haben, an der Rauchgrenze die höchsten Mitteldrücke erreichen lassen. Dabei werden vorzugsweise die Zylinderachse, die Brennraumachse und die Achse des Verbindungskanals zwischen Brennraum und Zylinderraum, in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei die Brennraumachse gegenüber der Zylinderachse zur Einspritzdüse hin versetzt ist.A so-called "squeeze flow" without any rotation is preferred around the cylinder axis, as this, as tests have shown, is at the smoke limit allow the highest mean pressures to be reached. The cylinder axis, the axis of the combustion chamber and the axis of the connecting duct between the combustion chamber and the cylinder chamber, arranged in a common plane, with the combustion chamber axis opposite the cylinder axis is offset towards the injection nozzle.

Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag liegt die Achse des Kraftstoffstrahles vorzugsweise in oder parallel zu der durch die Zylinderachse, die Brennraumachse und die Achse des Verbindungskanals gebildeten Ebene. Es kann aber auch die Achse des Kraftstoffstrahles so gelegt werden, daß sie die vorerwähnte Ebene im Bereich des Verbindungskanals durchdringt.According to a further proposal of the invention, the axis of the fuel jet lies preferably in or parallel to that through the cylinder axis, the combustion chamber axis and the axis of the connecting channel formed plane. But it can also be the axis of the fuel jet are placed so that they reach the aforementioned level in the area of the connecting channel penetrates.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt F i g. 1 den Arbeitszylinder einer Dieselbrennkraftmaschine mit einem Kolben mit rotationskörperförmigem Kolbenbrennraum (in einem Teillängsschnitt nach der Linie 1-I der F i g. 2), F i g. 2 den Kolben gemäß F i g. 1 in einer Aufsicht auf den Kolbenboden.In the drawing, the invention is illustrated by way of example; it shows F i g. 1 the working cylinder of a diesel internal combustion engine with a piston with a piston combustion chamber in the shape of a rotating body (in a partial longitudinal section according to the Line 1-I of FIG. 2), Fig. 2 the piston according to FIG. 1 in a supervision the piston crown.

Der im dargestellten Zylinder einer Dieselbrennkraftmaschine mit direkter Einspritzung befindliche Kolben 1 weist einen im Kolben befindlichen Brennraum 2 von der Form eines Rotationsellipsoides auf, der mit dem übrigen Zylinderraum über einen runden Verbindungskanal 3 in Verbindung steht, dessen Ausmürrdung im Kolbenboden die eingezogene Brennraumöffnung bildet. Gegenüber der Zylinderachse 4 ist die Brennraumachse 5 und gegenüber dieser - innerhalb der durch die beiden genannten Achsen gebildeten Ebene - die Achse 6 des Verbindungskanals 3 nach dem Kolbenrand hin parallel versetzt, wodurch sich erreichen läßt, daß die angesaugte Verbrennungsluft beim Verdichtungshub über den ganzen Umfang der Brennraumöffnung mit nahezu konstanter Geschwindigkeit radial in den Brennraum 2 einströmt, sofern an der einströmenden Verbrennungsluft infolge unrichtiger Ausmündung des Saugkanals (Kernversetzung) keine größeren tangentialen Strömungskomponenten auftreten. The piston 1 in the illustrated cylinder of a diesel internal combustion engine with direct injection has a combustion chamber 2 in the piston in the shape of an ellipsoid of revolution, which communicates with the rest of the cylinder chamber via a round connecting duct 3, the gavage of which in the piston head forms the retracted combustion chamber opening. Compared to the cylinder axis 4 , the combustion chamber axis 5 and opposite this - within the plane formed by the two axes mentioned - the axis 6 of the connecting channel 3 is offset parallel to the piston edge, whereby it can be achieved that the intake combustion air during the compression stroke over the entire circumference the combustion chamber opening flows radially into the combustion chamber 2 at an almost constant speed, provided that no major tangential flow components occur in the incoming combustion air due to the incorrect opening of the intake duct (core displacement).

Der Kolben 1 ist in F i g. 1 in einer Stellung seines Verdichtungshubes dargestellt, in der die Einspritzung sich unmittelbar vor ihrem Abschluß befindet. Wie aus der Figur hervorgeht, taucht hierbei gerade ein kleiner Teil 7 des Randes der Brennraumöffnung in einen sehr kleinen Teil des äußeren Strahimantels des einzigen Einspritzstrahles 8 ein, der mit seinem Hauptteil gegen die Bodenwandung des Brennraumes 2 gerichtet ist.The piston 1 is shown in FIG. 1 shown in a position of its compression stroke in which the injection is just about to be completed. As can be seen from the figure, a small part 7 of the edge of the combustion chamber opening just dips into a very small part of the outer jet jacket of the single injection jet 8 , the main part of which is directed against the bottom wall of the combustion chamber 2.

Wie aus F i g. 1 weiterhin hervorgeht, ist die Achs-. richtung der im Zylinderkopf untergebrachten Einspritzdüse 9 gegenüber der Zylinderachse 4 geneigt, damit sich beim Verdichtungshub des Kolbens 1 die vorgenannte Einspritzung ergibt. Am Ende des verdichtungshubes befindet sich der Kolben 1 mit seinem Kolbenboden an der in F i g. 1 mit 10 bezeichneten und gestrichelt angedeuteten Stelle unmittelbar unterhalb des Zylinderkopfes, so daß sich am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte Verbrennungsluft im Kolbenbrennraum 2 befindet.As shown in FIG. 1 still shows is the axis. direction of the injector 9 accommodated in the cylinder head is inclined relative to the cylinder axis 4 so that the aforementioned injection occurs during the compression stroke of the piston 1. At the end of the compression stroke, the piston 1 is located with its piston crown on the one shown in FIG. 1 designated by 10 and indicated by dashed lines immediately below the cylinder head, so that almost all of the combustion air is in the piston combustion chamber 2 at the end of the compression stroke.

Der auf den Kolbenboden überspritzte kleine Anteil des Einspritzstrahles breitet sich zunächst der einströmenden Luft entgegen aus und wird dabei einerseits vom heißen Kolbenboden her aufgeheizt und anderseits durch die entgegenströmende Luft aufgestaut, was zu einer sehr zuverlässigen ersten Selbstzündung an der Auftreffstelle des genannten kleinen Strahlanteils führt. Da diese Zündung zu einem Zeitpunkt erfolgt, wo die Strahlspitze des Hauptteiles des Einspritzstrahles gerade erst den relativ kühlen Boden des Brennraumes erreicht hat, kann sich die von der ersten Zündstelle ausgehende Flammenfront - unterstützt durch die während des letzten Teiles des Verdichtungshubes des Kolbens vorzugsweise radial einströmende und sich anschließend in geordneten Wirbeln über den Brennraumboden ausbreitende Verbrennungsluft - ohne Gefahr der Bildung einer zweiten Zündstelle in den Brennraum hinein ausbreiten und schließlich auch den darin befindlichen, durch die genannten Wirbel wieder abgelösten und bereits weitgehend aufbereiteten Kraftstoff erfassen und vollständig verbrennen.The small portion of the injection jet that is sprayed onto the piston crown initially spreads against the inflowing air and becomes on the one hand heated from the hot piston head and on the other hand by the counterflow Air pent up, resulting in a very reliable first autoignition at the point of impact the said small beam portion leads. Since this ignition takes place at a time where the jet tip of the main part of the injection jet is just beginning the relative reaches the cool floor of the combustion chamber, that of the first ignition point outgoing flame front - supported by during the last part of the compression stroke of the piston preferably flowing in radially and then in orderly Combustion air spreading over the floor of the combustion chamber whirls - without the risk of Spread the formation of a second ignition point into the combustion chamber and finally also the one located in it, detached again by the vortices mentioned, and already Collect largely prepared fuel and burn it completely.

Wie durch Messungen bestätigt wurde, ist auch bei der dargestellten »unsymmetrischen« Anordnung des Kolbenbrennraumes die Randtemperatur des Brennraumöffnungsrandes entlang dem ganzen Umfang der Öffnung praktisch gleich groß, so daß die den kleinen Tei17 des Brennraumöffnungsrandes bildende Kantenstelle irgendwo am Umfang der Öffnung gewählt werden kann, was bezüglich der Anordnung der Einspritzdüse 9 eine willkommene Rücksichtnahme auf die übrigen Konstruktionsbedingungen der Brennkraftmaschine, insbesondere auf die Ventilanordnung ermöglicht.As was confirmed by measurements, is also shown in the case of the one shown "Asymmetrical" arrangement of the piston combustion chamber the edge temperature of the combustion chamber opening edge practically the same size along the entire circumference of the opening, so that the small Part of the edge of the combustion chamber opening forming part of the edge somewhere on the circumference of the opening can be selected, which is a welcome one with regard to the arrangement of the injection nozzle 9 Consideration of the other design conditions of the internal combustion engine, in particular on the valve arrangement.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, liegt die Einspritzdüse 9 mit ihrer Achse innerhalb einer Ebene, die gegenüber der vorgenannten, die Zylinderachse 4 und die Brennraumachse 5 in sich aufnehmenden Ebene seitlich um einen kleinen Betrag versetzt ist. Dadurch liegt auch der kleine Teil 7 des Brennraumöffnungsrandes bzw. des Kolbenbodens etwas seitlich der genannten Ebene, was jedoch praktisch die gleiche Wirkung hervorruft, als wenn sich die Achse der Einspritzdüse 9 innerhalb der genannten axialen Ebene befinden würde.As shown in FIG. 2 shows, the injection nozzle 9 lies with its axis within a plane opposite the aforementioned, the cylinder axis 4 and the Combustion chamber axis 5 laterally offset by a small amount in the receiving plane is. As a result, the small part 7 of the edge of the combustion chamber opening or of the piston crown is also located something to the side of the plane mentioned, but this has practically the same effect, as if the axis of the injection nozzle 9 lies within said axial plane would be located.

Für die erfindungsgemäße Verbrennung wird eine möglichst genau radiale Einströmung der Verbrennungsluft in den Kolbenbrennraum 2 bevorzugt, wozu das Einlaßventi111 mit seinem Einlaßkana112 zweckmäßig die aus den F i g. 1 und 2 ersichtliche Anordnung erfährt, bei der der Einlaßkanal 12 - in Richtung der Achse 4 des Zylinders gesehen - entlang einer radial zur Zylinderachse 4 verlaufenden Richtung 13 in den Zylinder einmündet.For the combustion according to the invention, an as precisely as possible radial Flow of the combustion air into the piston combustion chamber 2 is preferred, including the inlet valve 111 with its inlet channel 112 expediently those from FIGS. 1 and 2 arrangement experiences in which the inlet port 12 - seen in the direction of the axis 4 of the cylinder - Along a direction 13 extending radially to the cylinder axis 4 into the cylinder joins.

Claims (1)

Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine mit Verdichtungsselbstzündung und direkter Kraftstoffeinspritzung aus einer im Randbereich des Zylinderkopfes angeordneten Düse, aus welcher der Kraftstoff in einem schräg zur Zylinderachse verlaufenden Strahl mit seinem Hauptteil in einen im wesentlichen rotationskörperförmigen Kolbenbrennraum mit eingezogener Öffnung gespritzt wird, während ein kleiner Teil des Kraftstoffes derart gegen eine heiße Brennraumwandstelle in unmittelbarer Nähe der Brennraumöffnung gerichtet ist, daß er den Kolbenboden an der Auftreffstelle überspritzt, d a d u r ch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Achse des aus einer Einloch-, Zapfen- oder sonstigen Spaltdüse austretenden Kraftstoffstrahles derart gerichtet ist, daß der Hauptanteil des Kraftstoffes in an sich bekannter Weise an verhältnismäßig kühle Wandteile des Brennraumes gespritzt wird und daß kurz vor Beendigung der Einspritzung durch Eintauchen eines Kantenabschnittes des Brennraumöffnungsrandes in den Mantel des Kraftstoffstrahles ein kleiner Kraftstoffanteil eine in der Nähe der Düsenmündung liegende Kolbenbodenstelle überspritzt. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe des Brennraumes derart auf die Richtung und Geschwindigkeit des Einspritzstrahles abgestimmt ist, daß die Strahlspitze etwa im Augenblick der Überspritzung der heißen Kolbenbodenstelle auf innere Wandteile des Brennraumes, vorzugsweise den Brennraumboden auftrifft. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderachse (4), die Brennraumachse (5) und die Achse (6) des Verbindungskanals (3) zwischen Brennraum und Zylinderraum in einer gemeinsamen Ebene liegen und daß die Brennraumachse (5) gegenüber der Zylinderachse (4) zur Einspritzdüse (9) hin versetzt ist. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kraftstoffstrahles (8) vorzugsweise in oder parallel zu der durch die Zylinderachse (4), die Brennraumachse (5) und die Achse (6) des Verbindungskanals (3) gebildeten Ebene liegt. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des Kraftstoffstrahles (8) die durch die Zylinderachse, die Brennraumachse und die Achse des Verbindungskanals gelegte Ebene im Bereich der Brennraumöffnung durchdringt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 865 683; schweizerische Patentschriften Nr. 292 900, 296 441; französische Patentschriften Nr. 952 636, 1120 865; britische Patentschrift Nr. 465 565; MAN-Forschungsheft, 1954, S. 50 bis 73. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1032 597.Claims: 1. Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection from a nozzle arranged in the edge area of the cylinder head, from which the main part of the fuel is injected in a jet running obliquely to the cylinder axis into a substantially rotational body-shaped piston combustion chamber with a retracted opening, while a small part of the Fuel is directed against a hot combustion chamber wall point in the immediate vicinity of the combustion chamber opening that it over-injects the piston crown at the point of impact, dadur ch marked that the axis of the fuel jet emerging from a single-hole, pin or other slot nozzle is directed such that the main part of the fuel is injected in a manner known per se on relatively cool wall parts of the combustion chamber and that shortly before the end of the injection by dipping an edge portion of the combustion chamber opening edge into the jacket of the fuel ffjet, a small proportion of fuel is sprayed over a point on the piston crown located near the nozzle orifice. z. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the depth of the combustion chamber is matched to the direction and speed of the injection jet in such a way that the jet tip strikes inner wall parts of the combustion chamber, preferably the combustion chamber floor, approximately at the moment when the hot piston base is sprayed over. 3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the cylinder axis (4), the combustion chamber axis (5) and the axis (6) of the connecting channel (3) lie between the combustion chamber and the cylinder chamber in a common plane and that the combustion chamber axis (5 ) is offset with respect to the cylinder axis (4) towards the injection nozzle (9). 4. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the axis of the fuel jet (8) is preferably in or parallel to the plane formed by the cylinder axis (4), the combustion chamber axis (5) and the axis (6) of the connecting channel (3) . 5. Internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the axis of the fuel jet (8) penetrates the plane laid by the cylinder axis, the combustion chamber axis and the axis of the connecting channel in the region of the combustion chamber opening. Documents considered: German Patent No. 865 683; Swiss patents No. 292 900, 296 441; French Patent # 952 636, 1120865. British Patent No. 465 565; MAN research booklet, 1954, pp. 50 to 73. Older patents considered: German Patent No. 1032 597.
DEU5519A 1957-08-20 1958-08-04 Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection Pending DE1178637B (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS1178637X 1957-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1178637B true DE1178637B (en) 1964-09-24

Family

ID=5457686

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DEU5519A Pending DE1178637B (en) 1957-08-20 1958-08-04 Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE1178637B (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4473046A (en) * 1982-07-13 1984-09-25 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Direct injection type internal combustion engine
WO2011082788A3 (en) * 2009-12-17 2011-10-20 Ks Kolbenschmidt Gmbh Design of combustion chamber bowls in pistons for internal combustion engines

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB465565A (en) * 1935-10-10 1937-05-10 Augsburgnuernberg A G Maschf Improvements in and relating to injection internal combustion engines
FR952636A (en) * 1946-09-06 1949-11-21 Improvement of the arrangement of the combustion chamber and the injector in internal combustion engines
DE865683C (en) * 1951-12-18 1953-02-05 Hans Krug Injection process for a high-speed diesel engine with a combustion chamber of rotation in the piston
CH292900A (en) * 1950-04-12 1953-08-31 Motor Union Nationalunternehme Internal combustion engine.
CH296441A (en) * 1949-10-19 1954-02-15 Eicher Traktorenbau Gebr Internal combustion engine working with air compression and compression ignition.
FR1120865A (en) * 1954-03-22 1956-07-16 Daimler Benz Ag Internal combustion engine with injection with a swirl chamber preferably formed in the piston

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB465565A (en) * 1935-10-10 1937-05-10 Augsburgnuernberg A G Maschf Improvements in and relating to injection internal combustion engines
FR952636A (en) * 1946-09-06 1949-11-21 Improvement of the arrangement of the combustion chamber and the injector in internal combustion engines
CH296441A (en) * 1949-10-19 1954-02-15 Eicher Traktorenbau Gebr Internal combustion engine working with air compression and compression ignition.
CH292900A (en) * 1950-04-12 1953-08-31 Motor Union Nationalunternehme Internal combustion engine.
DE865683C (en) * 1951-12-18 1953-02-05 Hans Krug Injection process for a high-speed diesel engine with a combustion chamber of rotation in the piston
FR1120865A (en) * 1954-03-22 1956-07-16 Daimler Benz Ag Internal combustion engine with injection with a swirl chamber preferably formed in the piston

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4473046A (en) * 1982-07-13 1984-09-25 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Direct injection type internal combustion engine
WO2011082788A3 (en) * 2009-12-17 2011-10-20 Ks Kolbenschmidt Gmbh Design of combustion chamber bowls in pistons for internal combustion engines

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018003921T5 (en) PIPE STRUCTURE FOR AN INJECTION NOZZLE ARRANGEMENT
DE2755531C3 (en) Internal combustion engine with secondary combustion chamber
DE1576001A1 (en) Externally ignited internal combustion engine with stratified charge
DE102010063355A1 (en) Fuel injection valve for internal combustion engines
DE3207179C2 (en)
DE1178637B (en) Internal combustion engine with compression self-ignition and direct fuel injection
EP0474623A2 (en) Externally ignited two stroke internal combustion engine with crankcase scavening
DE60220429T2 (en) INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH DIRECT FUEL INJECTION, COMPRISING A SYSTEM FOR DIRECT INJECTION UNDER VERY HIGH PRESSURE
DE3415905C2 (en)
DE3807838A1 (en) Prechamber inserted in the cylinder head of an air-compressing internal combustion engine with fuel injection
DE2840367A1 (en) IC engine with precombustion chamber - has injected fuel impinging on baffle area equal to fuel jet section and screened inside chamber
DE4136851A1 (en) Low-powered diesel engine - has direct fuel injection using injection nozzle on same axis as cylinder together with combustion chamber hollow of hemispherical shape
DE1526320B1 (en) Externally ignited, air-compressing internal combustion engines
DE2703228C2 (en) Air-compressing, self-igniting injection internal combustion engine
DE1805043A1 (en) Piston internal combustion engine with fuel injection into a piston recess
DE898093C (en) Pre-chamber diesel engine
DE942950C (en) Self-igniting, air-compressing internal combustion engine
DE8115088U1 (en) FUEL INJECTION NOZZLE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DE1526320C (en) Externally ignited, air-compressing injection internal combustion engine
DE3212277A1 (en) Method for the combustion of main fuel and ignition fuel in diesel engines and diesel engine for performing the process
AT389566B (en) Diesel engine of relatively low power
DE1751189C3 (en) Pre-chamber diesel engine
DE712333C (en) Self-igniting, air-compressing internal combustion engine
DE976748C (en) Air-compressing internal combustion engine with compression ignition and a cooled disk-shaped rolling chamber
DE1926613C3 (en) Four-stroke internal combustion engine with spark ignition and piston combustion chamber