DE1526306C3

DE1526306C3 - Air-compressing injection reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE1526306C3
Application number: DE19651526306
Authority: DE
Inventors: Franz Dr.-Ing. 5060 Bensberg-Refrath Pischinger
Original assignee: Ausscheidung aus: 13 01 607 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000Köln
Priority date: 1965-08-05
Filing date: 1965-08-05
Publication date: 1977-01-13

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende Einspritz-HubkoIben-Brennkraftmaschine, bei der der Kraftstoff in einem gegen Ende der Verdichtung nahezu die gesamte Verbrennungsluft aufnehmenden, in seiner Grundform zylindrischen Brennraum eingespritzt wird, in dem die Verbrennungsluft zum Einspritzzeitpunkt eine kreisende Bewegung um die Brennraumlängsachse ausführt, wobei Länge und Durchmesser des Brennraumes etwa im Verhältnis 1: 1 zueinander stehen, die Längsachse des Brennraumes geneigt zur Zylinderachse verläuft und Kraftstoff parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse quer zur Bewegungsrichtung der Verbrennungsluft in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang dem längsten Wandungsabschnitt stark zerstäubt eingespritzt wird.The invention relates to an air-compressing injection reciprocating piston internal combustion engine, in which the fuel takes up almost all of the combustion air towards the end of compression, In its basic form, a cylindrical combustion chamber is injected, in which the combustion air is injected at the time of injection executes a circular movement around the longitudinal axis of the combustion chamber, the length and diameter of the combustion chamber being roughly in proportion 1: 1 to each other, the longitudinal axis of the combustion chamber is inclined to the cylinder axis and fuel parallel or approximately parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber, transverse to the direction of movement of the combustion air strongly atomized at some distance from the combustion chamber wall along the longest wall section is injected.

Eine derartige Hubkolbenbrennkraftmaschine ist Gegenstand eines älteren Patents (DT-Patent 13 01 607). Dabei ist ein Kraftstoffstrahl parallel oder etwa parallel zur Brennraumlängsachse in einigem Abstand von der Brennraumwand entlang derselben gerichtet, während ein zweiter Kraftstoffstrahl quer durch den Brennraum so gerichtet ist, daß er einen Kreis um die Brennraumachse tangiert. Die geneigte Lage des Brennraumes ermöglicht für den entlang der Brennraumwand gerichteten Kraftstoffstrahl eine größere freie Strahllänge und bewirkt infolge der besonderen Strömungsverhältnisse im Bereich des ersten Kraftstoffstrahles eine verbesserte Zerstäubung, so daß ein Auftreten des Kraftstoffstrahles auf den Boden des Brennraumes verhindert wird. Auf diese Weise wird im Bereich der Brennraumwand ein reaktionsträger Kraftstoff-Luft-Gemischring gebildet, der eine geordnete Verbrennung gewährleistet. Der zweite Kraftstoffstrahl dient in erster Linie als Zündstrahl, um das Startverhalten zu verbessern.Such a reciprocating internal combustion engine is the subject of an earlier patent (DT patent 13 01 607). A fuel jet is parallel or approximately parallel to the longitudinal axis of the combustion chamber to some extent Distance from the combustion chamber wall directed along the same, while a second fuel jet transversely is directed through the combustion chamber so that it is tangent to a circle around the axis of the combustion chamber. The inclined The position of the combustion chamber enables a fuel jet directed along the combustion chamber wall greater free jet length and caused due to the special flow conditions in the area of the first Fuel jet improved atomization, so that an occurrence of the fuel jet on the The bottom of the combustion chamber is prevented. In this way, there is a slow reaction in the area of the combustion chamber wall Formed fuel-air mixture ring that ensures orderly combustion. the The second fuel jet is primarily used as a pilot jet to improve starting behavior.

Durch die DT-PS 5 56 650 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, bei der der Kraftstoff durch ein oder mehrere Kraftstoffstrahlen eingespritzt wird, die parallel oder annähernd parallel zur Brennraumachse gerichtet sind und in der Nähe der Wandung des zylindrischen im Zylinderkopf angeordneten Brennraums angeordnet sind. Gegen Ende des Verdichtungshubes wird ein Restteil der Gasladung mit hoher Geschwindigkeit durch einen Ringspalt zwischen der Außenwandung eines Fortsatzes am Kolben und dem unteren Rand des Brennraumes in den Brennraum gepreßt. Dadurch entsteht eine starke axiale Wirbelbildung, die zusätzlich zu der kreisenden Bewegung der um die Zylinderachse rotierenden Luft den Kraftstoffstrahl beeinflußt und einem Auftreffen des Kraftstoffs auf den Kolbenboden entgegenwirkt. Der Ringspalt bewirkt eine starke Drosselung der in den Brennraum eintretenden Verbrennungsluft und stört dadurch die primäre Rotationsbewegung der Verbrennungsluft. Ferner soll die Höhe des Brennraumes der Durch-' schlagstrecke den Strahlen angepaßt werden, so daß sich ein relativ hoher Brennraum ergibt.A reciprocating internal combustion engine is known from DT-PS 5 56 650, in which the fuel is injected by one or more fuel jets that are parallel or approximately parallel are directed towards the combustion chamber axis and close to the wall of the cylindrical in the cylinder head arranged combustion chamber are arranged. Towards the end of the compression stroke there is a residual part the gas charge at high speed through an annular gap between the outer wall an extension on the piston and the lower edge of the combustion chamber pressed into the combustion chamber. Through this creates a strong axial vortex, in addition to the circular motion of the Cylinder axis rotating air affects the fuel jet and an impact of the fuel on counteracts the piston crown. The annular gap causes a strong throttling of the in the combustion chamber incoming combustion air and thereby disrupts the primary rotational movement of the combustion air. Furthermore, the height of the combustion chamber of the breakdown path should be adapted to the rays, so that a relatively high combustion chamber results.

Ferner ist es bekannt (DT-PS 8 64 475), einen kegelstumpfförmigen, am Grunde zugespitzten Brennraum vorzusehen, dessen Achse zur Zylinderachse geneigt ist. Der Kraftstoff wird hierbei luftverteilt eingebracht, d. h. daß er annähernd gleichmäßig über den gesamten Brennraum verteilt wird. Dies führt zu einer rasch ablaufenden Verbrennung mit hohen Spitzendrücken. It is also known (DT-PS 8 64 475), a frustoconical, to provide a pointed combustion chamber at the bottom, the axis of which is inclined to the cylinder axis. The fuel is air-distributed here introduced, d. H. that it is distributed approximately evenly over the entire combustion chamber. this leads to rapid combustion with high peak pressures.

Ferner ist durch die GB-PS 3 80 934 eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Brennraum im Kolben mit einem trapezförmigen Längsschnitt vorgesehen ist. Der Kraftstoff wird wandparallel eingespritzt. Die Brennraumform bedingt im Vergleich zu einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art ein größeres Brennraumvolumen und wirkt sich ungünstig auf die Ausbildung der Luftrotation aus.Furthermore, from GB-PS 3 80 934 an internal combustion engine is known in which a combustion chamber in the Piston is provided with a trapezoidal longitudinal section. The fuel is injected parallel to the wall. In comparison to an internal combustion engine, the shape of the combustion chamber dictates that described at the beginning Kind of a larger combustion chamber volume and has an unfavorable effect on the formation of air rotation.

Es ist des weiteren durch die GB-PS 8 91 738 bekannt, im Kolben einer Brennkraftmaschine einen Brennraum anzuordnen, dessen Achse geneigt zum Kolbenboden ist und zwar entgegengesetzt zur Rotationsbewegung der Luft, so daß die Verbrennungsluft von dem becherförmigen Brennraum aufgefangen, wird. Der Kraftstoff wird vom Umfang des Kolbens in den hinterschnittenen Teil des Brennraumes gespritzt. Einspritzrichtung, Brennraumlage und die daraus resultierenden Strömungsverhältnisse in bezug auf den Kraftstoffstrahl sind daher mit einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art nicht zu vergleichen.It is also known from GB-PS 8 91 738, to arrange a combustion chamber in the piston of an internal combustion engine, the axis of which is inclined to The piston head is opposite to the rotational movement of the air, so that the combustion air is collected by the cup-shaped combustion chamber. The fuel is from the circumference of the piston injected into the undercut part of the combustion chamber. Injection direction, combustion chamber position and the The resulting flow conditions in relation to the fuel jet are therefore with a Internal combustion engine of the type described above not to be compared.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art die Kraftstoffeinspritzung zu vereinfachen und das Betriebsverhalten zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein einziger Kraftstoffstrahl vorgesehen ist.The invention is based on the object, in the case of an internal combustion engine, of the type described at the outset Way to simplify fuel injection and improve performance. This task is achieved according to the invention in that a single fuel jet is provided.

Die Praxis hat gezeigt, daß auf Grund der günstigen Stömungsverhältnisse bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auf einen Zündstrahl verzichtet werden kann. Das hat den Vorteil,. daß die Kraftstoffeinspritzdüse vereinfacht werden kann und gegen Zusetzen und Verkoken unempfindlicher ist. Da trotz des einzigen Kraftstoffstrahles die Zündverhältnisse auch beim Start gut sind, wird ohne zusätzliche Regeleinrichtungen, die die Kraftstoffzufuhr durch den Zündstrahl bei Last verringern, ein optimales Betriebs verhalten erreicht.Practice has shown that due to the favorable flow conditions in an inventive Internal combustion engine can be dispensed with a pilot jet. That has the advantage,. that the Fuel injection nozzle can be simplified and is less sensitive to clogging and coking. Since, despite the single fuel jet, the ignition conditions are also good at start-up, there is no additional Control devices that reduce the fuel supply through the pilot jet under load, an optimal one Operational behavior achieved.

In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Kraftstoffstrahl eine schwache Richtungskomponente entgegen der Bewegungsrichtung der Verbrennungsluft hat. Dadurch wird das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.In an embodiment of the invention it is proposed that the fuel jet have a weak directional component against the direction of movement of the combustion air. This will change the startup behavior the internal combustion engine improved.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.

A b b . 1 zeigt den Arbeitskolben einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit einem zylindrischen Brennraum in Draufsicht auf den Kolbenboden, A b b. 1 shows the working piston of an inventive Internal combustion engine with a cylindrical combustion chamber in a plan view of the piston crown,

A b b. 2 diesen Kolben teilweise im Schnitt nach der Linie II-II in A b b. 1 undA b b. 2 this piston partially in section along the line II-II in A b b. 1 and

A b b. 3 stellt einen Schnitt nach der Linie III-III in A b b. 2 durch den Arbeitskolben dar.A b b. 3 shows a section along the line III-III in A b b. 2 by the working piston.

Wie aas den A b b. 1 und 2 zu ersehen, ist der Brennraum 1 im Kolben 2 zylindrisch und grundsätzlich so angeordnet, daß er mit dem Kolben 2 einen zum Zylinderkopf 3 hin offenen Topf bildet. In diesem Brennraum 1 kreist die Verbrennungsluft ao zum Zeitpunkt der Einspritzung in der in A b b. 1 durch einen Pfeil angedeuteten Richtung. Der Kraftstoff wird durch ein am Rande des Brennraumes im Zylinderkopf angeordnetes Ventil 7 stark zerstäubt in einem einzigen Strahl 4 etwa senkrecht zu den Drallebenen der Verbrennungsluft, jedoch mit einer kleinen Richtungskomponente entgegen der Bewegungsrichtung der Luft, in einigem Abstand von der Brennraumwandung 5 entlang dieser eingespritzt, wie aus A b b. 3 gut zu ersehen ist.How aas the A b b. 1 and 2, the combustion chamber 1 in the piston 2 is cylindrical and basically arranged so that it forms a pot open towards the cylinder head 3 with the piston 2. In In this combustion chamber 1, the combustion air circulates ao at the time of the injection in the in A b b. 1 direction indicated by an arrow. The fuel is fed through a fuel at the edge of the combustion chamber Valve 7 arranged in the cylinder head is highly atomized in a single jet 4 approximately perpendicular to the spiral planes of the combustion air, but with a small directional component against the direction of movement the air, injected at some distance from the combustion chamber wall 5 along this, as from A b b. 3 is easy to see.

Die Verbrennung nimmt folgenden Verlauf:
Unmittelbar nach der Einspritzung erfolgt eine intensive Vermischung des Kraftstoffes mit der kreisenden Verbrennungsluft, die wiederum das entstandene Gemisch über den Umfang des Brennraumes verteilt. Kurze Zeit nach der Einspritzung entzündet sich ein Teil des Kraftstoffes im Randgebiet des sich in dem Brennraum ausbildenden heißen Luftkerns. Die Flammen dieses Zündherdes brennen nach innen und bilden schließlich einen rotierenden Flammenkern, der Schicht um Schicht das außen rotierende, gut aufbereitete Gemisch erfaßt.The combustion takes the following course:
Immediately after the injection, the fuel is intensively mixed with the circulating combustion air, which in turn distributes the resulting mixture over the circumference of the combustion chamber. A short time after the injection, part of the fuel ignites in the edge area of the hot air core forming in the combustion chamber. The flames of this ignition source burn inwards and finally form a rotating flame core which, layer by layer, captures the well-prepared mixture rotating outside.

Wie Abb. 3 erkennen läßt, liegt der Brennraum 1 schief zur Zylinderachse x-x dergestalt, daß seine Längsachse y-y, senkrecht auf die Ebene gesehen, die sie mit einer von der Düsenmündung des Kraftstoffeinspritzventils 7 aus auf die Drallebenen der Verbrennungsluft gefällten Senkrechten gemeinsam hat, unter einem spitzen Winkel α geneigt zur Zylinderlängsachse verläuft. Diese Anordnung hat gegenüber der Anordnung mit parallelen Achsen den Vorteil, daß für den einzuspritzenden Kraftstoff bei konstant gehaltenem Brennraumdurchmesser eine größere Spritzlänge entlang dem auf Kosten des Wandabschnittes b länger gewordenen Wandabschnitt 5 zur Verfügung steht.As Fig. 3 shows, the combustion chamber 1 is inclined to the cylinder axis xx in such a way that its longitudinal axis yy, seen perpendicular to the plane which it has in common with a perpendicular falling from the nozzle opening of the fuel injection valve 7 onto the swirl planes of the combustion air, is below runs at an acute angle α inclined to the cylinder longitudinal axis. This arrangement has the advantage over the arrangement with parallel axes that a longer spray length is available for the fuel to be injected with the combustion chamber diameter kept constant along the wall section 5, which has become longer at the expense of the wall section b.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Air-compressing injection reciprocating internal combustion engine, in which the fuel in one towards the end of compression taking up almost all of the combustion air in his Basic shape cylindrical combustion chamber is injected into which the combustion air is injected At the time of injection executes a circular movement around the longitudinal axis of the combustion chamber, where length and the diameter of the combustion chamber are approximately 1: 1, the longitudinal axis of the combustion chamber is inclined to the cylinder axis and fuel is parallel or approximately parallel at some distance to the longitudinal axis of the combustion chamber, transverse to the direction of movement of the combustion air injected strongly atomized from the combustion chamber wall along the longest wall section is, characterized in that a single fuel jet (4) is provided. .

2. Injection reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fuel jet (4) has a weak directional component opposite to the direction of movement of the Has combustion air.