DE1907391A1 - Air-compressing injection internal combustion engine with self-ignition - Google Patents

Air-compressing injection internal combustion engine with self-ignition

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Description

ttLuftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung5t Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und im Verbrennungsraum rotierender Verbrennungsluft.ttAir-compressing injection internal combustion engine with compression ignition5t The invention relates to an air-compressing injection internal combustion engine with self-ignition and combustion air rotating in the combustion chamber.

Es ist bekannt, daß die Umfangsgeschwindigkeit einer in einem kreiszylindrischen Verbrennungsraum rotierenden Ladung vom Wert Null an der Zylinderachse radial nach außen steil bis auf einen Höchstwert an der zylindrischen Innenwandung des Brennraumes ansteigt. Der beispielsweise in einer Kolbenmulde vorhandene Luftwirbel rotiert etwa wie ein fester Körper, weshalb diese rotierende Strömung auch als 'rBlockströmungn bezeichnet wird. Im Quetschspalt außerhalb der Kolbenmulde ergibt sich eine Strömungsform, die durch die Gleichung der Potentialstrümung beschrieben werden kann. Weiterhin bekannt ist es, daß in der Ladung auf grund der Drehgeschwindigkeiten starke Zentrifugalbeschleunigungen auftreten, die zu starken Druck- und damit auch Temperaturgradienten führen.It is known that the peripheral speed in a circular cylindrical Combustion chamber rotating charge from the value zero on the cylinder axis radially outside steep up to a maximum value on the cylindrical inner wall of the combustion chamber increases. The vortex of air present in a piston recess, for example, rotates roughly like a solid body, which is why this rotating flow is also called block flow referred to as. In the squeezing gap outside the piston bowl, there is a flow shape, which can be described by the equation of the potential flow. Farther It is known that there are strong centrifugal accelerations in the cargo due to the rotational speeds occur that lead to strong pressure and thus also temperature gradients.

Daraus folgt, daß die Temperatur der im Verbrennungsraum rotierenden Verbrennungsluft am Ende des Verdichtungshubes und etwa zum Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung im Bereich der zylindrischen Seitenwandung des Verbrennungsraumes höher als in der Mitte des Verbrennungsraumes liegt.It follows that the temperature of the rotating in the combustion chamber Combustion air at the end of the compression stroke and around the time of fuel injection higher in the area of the cylindrical side wall of the combustion chamber than in the In the middle of the combustion chamber.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die -eingangs- genannte Brennkraftmaschine unter Berücksichtigung der vorgenannten Bewegungs- und T'emeraturverhältnisse -der im Verbrennungs--raum rotierenden Ladung so auszubilden, daß deren eingespritzte Kraftstoff an seiner "geometrischen" Zündstelle, die bei einem Dieselmotor in der Regel nur wenige Millimeter vor der Austrittsstelle des Kraftstoffstrahles aus der- Einspritzdüse entfernt am Umfang des Kraftstoffstrahles liegt, besonders günstige, seine Selbstzündung unterstützende Temperaturverhältnisse antrifft. The invention is based on the object-mentioned Internal combustion engine taking into account the aforementioned movement and temperature conditions -to train the rotating charge in the combustion chamber so that it is injected Fuel at its "geometric" ignition point, which in a diesel engine is in the Usually only a few millimeters in front of the exit point of the fuel jet from the Injection nozzle is located at a distance on the circumference of the fuel jet, particularly favorable, temperature conditions supporting its self-ignition encounter.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß-Im wesentlichen dadurch gelöst, daß der Verbrennungsraum der eingangs genannten Brennlcraftmaschine etwa die Fdrm eines einseitig radial bis zur Bildung einer Abflachungsstelle eingedrückten Kreiszylinders aufweist und die Einspritzdüse in einer von der Abflachungsstelfe radial nach außen führenden NisChe -angeordnet ist, deren Größe die GröBe des Düsenkopfes -etwas übersteigt. According to the invention, the object set is essentially thereby solved that the combustion chamber of the aforementioned Brennlcraftmaschine about the Fdrm of a one-sided indented radially until a flat point is formed Has circular cylinder and the injection nozzle in one of the flattened part NisChe -arranged radially outwards, the size of which corresponds to the size of the nozzle head -something exceeds.

Während sich durch die vorgeschlagene einseitige Abflachung eines kreiszylindrischen Verbrennungsraumes an der Stelle der Abf lachung erheblich gesteigerte Zentrifugalbeschleunigungen und damit auch erheblich gesteigerte Temperaturen deP rotierenden Ladung ergeben, sorgt die vorgeschlagene Düsenanordnung zugleich dafür, daß sich die geometrische Zündstelle des von der Einspritzdüse in den Verbrennungsraum eingespritzten Kraftstoffs im unmittelbaren Bereich der Abflachungsstelle der seitlichen Brennraumwandung befindet. An der geometrischen Zündstelle herrschen somit bestmögliche Zündbedingungen, so daß sich kleinstmögliche Zündverzüge ergeben. Das nur eins ein tige Abflachen eines sonst kreiszylindrischen Verbrennungsraumes bietet im übrigen den Vorteils daß die Temperatur an der Zündstelle gesteigert werden kann, ohne zugleich den übrigen Radius des Verbrennungsraumes herabzusetzen, was zur Vermeidung einer Verkleinerung des durch das Verdichtungsverhältnis gegebenen Verdichtungsvolumens zu einer nachteiligen axialen Verlängerung des Verbrennungsraumes führen müßte. Die flachteile eines solchen langgestreckten Verbrennungsraumes würden nicht nur in einer ungünstigen Gemischbildung und Verbrennungj sondern auch in den konstruktiven Schwierigkeiten liegen, die sich bei der Anordnung eines solchen Verbrennungsraumes in einem Zylinderkopf und insbesondere in einem hin- und herbeweglichen Arbeitskolben der Brennkraftmaschine ergeben. While the proposed one-sided flattening of a circular cylindrical combustion chamber at the point of the flattening is considerably increased Centrifugal accelerations and thus also considerably increased temperatures deP rotating charge, the proposed nozzle arrangement also ensures that the geometric ignition point of the injection nozzle into the combustion chamber injected fuel in the immediate area of the flattening point of the lateral Combustion chamber wall is located. The best possible conditions therefore prevail at the geometric ignition point Ignition conditions so that the smallest possible ignition delays result. The only one term flattening of an otherwise circular cylindrical combustion chamber offers the rest the advantage that the temperature at the ignition point can be increased without at the same time the rest Reduce the radius of the combustion chamber, which leads to Avoidance of a reduction in the compression volume given by the compression ratio would have to lead to a disadvantageous axial lengthening of the combustion chamber. The flat parts of such an elongated combustion chamber would not only in an unfavorable mixture formation and combustionj but also in the constructive Difficulties arise in the arrangement of such a combustion chamber in a cylinder head and in particular in a reciprocating working piston the internal combustion engine result.

Geinäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist -die Einspritzdüse als Zweilochdüse ausgebildet, wobei die Winkelhalbierende der beiden Strahlenachsen innerhalb der die Düsenachse aufnehmenden Axialebene des Kreiszylinders liegt. According to a preferred embodiment of the invention, the injection nozzle is designed as a two-hole nozzle, the bisector of the two beam axes lies within the axial plane of the circular cylinder that accommodates the nozzle axis.

Andere Ausgestaltungen betreffen weitere konstruktive Einzelheiten der erfindungsgemäßen Brennkraftmas chine. Other configurations relate to further structural details the internal combustion engine according to the invention.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem schematisch gehaltenen axialen Teilschnitt durch einen Arbeitszylinder (der Arbeitskolben der Brennkraftmaschine befindet sich nahe seiner Verdichtungsendstellung in einer Stellung, wo gerade der Kraftstoff eingespritzt wird); Fig. 2 den Arbeitskolben der Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 in einer Draufsicht (die Darstellung zeigt zugleich die Anordnung der Einspritzdüse und zweier Ventile der Brennkraftmaschine im Zylinderkopf); Fig. 3 ein über einem Kolbendurchmesser des Arbeitskolbens gemäß fig. 2 aufgetragenes Diagramm, welches die Geschwindigkeits- und Temperaturverhältnisse der in einem erfindugnsgemäßen Verbrennungsraum und insbesondere entlang dessen Abflachungsstelle rotierenden Ladung veranschaulicht. In the drawing, the invention is illustrated by way of example; 1 shows an internal combustion engine according to the invention in a schematic manner held axial partial section through a working cylinder (the working piston of the Internal combustion engine is near its compression end position in a position where the fuel is being injected); 2 shows the working piston of the internal combustion engine 1 in a plan view (the illustration also shows the arrangement of the Injection nozzle and two valves of the internal combustion engine in the cylinder head); Fig. 3 one over a piston diameter of the working piston according to fig. 2 graph plotted, which the speed and temperature conditions in an according to the invention Combustion chamber and in particular charge rotating along its flattening point illustrated.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte luftverdichtende Einspritzbrennlcraftmaschine mit Selbstzündung weis-t einen in einem Arbeitszylinder 1 in üblicher Weise hin- und hergehend verschiebbaren Arbeitskolben 2 auf, in dessen Boden eine Kolbenmulde 3 im wesentlichen kreiszylindrischer Form angeordnet ist. The air-compressing fuel injection machine shown in FIGS with self-ignition indicates in a working cylinder 1 in the usual way and moving working piston 2, in the bottom of which a piston recess 3 is arranged essentially circular cylindrical shape.

Die insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist die Seitenwandung der Kolbenmulde 3 gegenüber der im übrigen kreiszylindrischen Form mit einer axial zum Arbeitszylinder 1 verlaufenden Achse 4 einseitig radial bis zur -Eildung einer Abflachungsstelle 5 eingedrückt. Von der Mitte der Abflachungsstelle 5 führt nahe dem äußeren Rand- der Kolbenmulde 3 noch eine Nische 6 radial nacAl außen, deren Größe die Größe des Düsenkopfes 7 einer im Zylinderkopf 8 parallel zur Zylinderachse angeordn-eten und mit ihren Düsenkopf in den Arbeitszylinder -1 hineinragenden, als Zweilochdüse ausgebildeten Einspritzdüse 9 etwas übersteigt, so daß der Düsenkopf 7 innerhalb der Nische 6 bis zur Abflachungsstelle 5 einen etwa 12 % des Kreiszylinderradius 10 betragenden Abstand 11 frei läßt.Which is particularly evident from Fig. 2, the side wall of the Piston recess 3 compared to the rest of the circular cylindrical shape with an axial to Working cylinder 1 extending axis 4 on one side radially up to the formation of a flattening point 5 pressed in. From the middle of the flattening point 5 leads near the outer edge the piston recess 3 has a niche 6 radially nacAl outside, the size of which corresponds to the size of the The nozzle head 7 is arranged in the cylinder head 8 parallel to the cylinder axis and with their nozzle head protruding into the working cylinder -1, designed as a two-hole nozzle Injection nozzle 9 slightly exceeds, so that the nozzle head 7 within the niche 6 up to the flattening point 5 an amount of approximately 12% of the circular cylinder radius 10 Leaves distance 11 free.

Der kleinste radiale Abstand 12 der Abflachungsstelle 5 von der Achse 4 des Kreis zylinders beträgt etwa 75 % des Kreiszylinderradius 10. Die Winkelhalbierende der beiden Strahlenachsen 13 und 14 der Einspritzdüse 9 liegt innerhalb der die Düsenachse 15 aufnehmenden Axialebene 1G des Kreiszylinders und zugleich des Arbeitszylinders 1, da die Achse 4 des Kreiszylinders axial zum Arbeitszylinder 1 verläuft. The smallest radial distance 12 of the flat point 5 from the axis 4 of the circular cylinder is about 75% of the circular cylinder radius 10. The bisector of the two beam axes 13 and 14 of the injection nozzle 9 lies within the Nozzle axis 15 receiving axial plane 1G of the circular cylinder and at the same time of the working cylinder 1, since the axis 4 of the circular cylinder runs axially to the working cylinder 1.

Wie weiterhin aus Fig. 1 hervor:eht, liegen die beiden Strahlenachsen 13 und 14 im wesentlichen innerhalb einer quer zur Achse 4 des Kreiszylinders verlaufenden Ebene und schliefen gemäß Fig. 2 etwa einen rechten Winkel α ein. überdies bilden die beiden Strahlenachsen 13 und 14 mit der quer zu ihrer Winkelhalbierenden verlaufenden Axialebene 17 des Kreiszylinders ein gleichschenkliged Dreieck, dessen der Einspritzdüse 9 abgekehrte beiden Ecken 18 und 19 auf der Seitenwandung der Kolbenmulde 3 liegen. As can also be seen from FIG. 1, the two ray axes lie 13 and 14 essentially within a transverse to the axis 4 of the circular cylinder Plane and fell asleep as shown in FIG. 2 approximately at a right angle α. moreover form the two beam axes 13 and 14 with the axis perpendicular to their bisector extending axial plane 17 of the circular cylinder is an isosceles triangle whose the injector 9 facing away two corners 18 and 19 on the side wall the piston recess 3 lie.

Aus Fig. 2 ist schließlich weiterhin ersichtlich, daß im Zylinderkopf 8 der dargestellten Brennkraftmaschine je ein Einlaß- und Auslaßventil 20 und 21 angeordnet ist, wobei die die beiden Ventilachsen aufnehmende Axialebene 17 des Kreiszylinders und zugleich des Arbeitszylinders 1 parallel zur.Abflachungsstelle 5 der Kolbenmulde 3 verläuft.From Fig. 2 it can finally be seen that in the cylinder head 8 of the internal combustion engine shown, one inlet and one outlet valve 20 and 21 each is arranged, the axial plane 17 of the receiving the two valve axes Circular cylinder and at the same time the working cylinder 1 parallel zur.Abflachungsstelle 5 of the piston recess 3 runs.

Das in Fig. 3 dargestellte Diagramm zeigt den Geschwindigkeits- und Temperaturverlauf der im Endbereich des Verdichtungshubes des Arbeitskolbens 2 im Quetschspalt 22 (vgI. Fig. 1 und insbesondere in der Kolbenmulde 3 rotierenden Ladung, und zwar entlang der quer zur Abflachungsstelle 5 verlaufenden Axialebene 16 des kreiszylindrischen Teils de-r Kolbenmulde 3 und damit des Arbeitszylinders 1. Die dünn ausgezogene Kurve veranschaulicht die Umfangsgeschwindigkeit und die dick ausgezogene Kurve die Temperaturabweichung der Ladung von deren Temperatur im Axialbereich des kreiszylindrischen Teils der Kolbenmulde 3. Die Kurven veranschaulichen, daß im Bereich der Abflachungsstelle 5 eine beträchtliche Vergrößerung der Umfangsgeschwindigkeit und der Temperatur der in der Kolbenmulde 3 rotierenden Ladung erzielt ist. Die erzielte Geschwindigkeits- und Temperatursteigerung kann in den linken Zweigen der beiden Kurven durch den dort gestrichelt eingezeichneten Verlauf der gegenüberliegenden Zweige besonders anschaulich abgelesen werden. Die außerhalb der Kolbenmulde 3 im Quetschspalt 22 steil abfallenden Teile der beiden Kurven können etwa durch die Gleichung einer Potentials-trömung beschrieben werden.The diagram shown in Fig. 3 shows the speed and Temperature curve in the end of the compression stroke of the working piston 2 in the Pinch gap 22 (see Fig. 1 and in particular in the piston recess 3 rotating charge, namely along the transverse to the flattening point 5 extending axial plane 16 des circular cylindrical part of the piston recess 3 and thus of the working cylinder 1. The thin solid curve illustrates the circumferential speed and the thick solid curve Curve the temperature deviation of the load from its temperature in the axial area of the circular cylindrical part of the piston bowl 3. The curves illustrate that in the Area of the flattening point 5 a considerable increase in the peripheral speed and the temperature of the charge rotating in the piston bowl 3 is achieved. the The increase in speed and temperature achieved can be found in the left branches of the two curves through the course of the opposite one, shown there in dashed lines Branches can be read particularly clearly. The outside of the piston recess 3 in Pinch gap 22 steeply sloping parts of the two curves can approximately can be described by the equation of a potential flow.

Wenn die Erfindung vorstehend auch in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine mit einer den Verbrennungsraum bildenden Kolbenmulde beschrieben wurde, so ist die Erfindung-- doch nicht an eine solche Konstruktion gebunden. Es ist auch denkbar, daß ein im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildeter V-erbrennungsraum die beschriebenen Iderkmale aufweist. If the invention above also in connection with an internal combustion engine has been described with a piston bowl forming the combustion chamber, it is the Invention - but not tied to such a construction. It is also conceivable that a V-combustion chamber formed in the cylinder head of the internal combustion engine Has described Iderkmale.

Patentansprüche Claims

Claims (10)

Patentansprüche 1. Luftverdichtende T¼inspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzün-Ladung und ein Verbrennungsraum rotierender Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum (lkolbenmulde 3) etwa die Form eines einseitig radial bis zur Bildung einer Abflachungsstelle (5) eingedrückten Kreiszylinders -aufweist und die Einspritzdüse (9) in einer von der Abflachungsstelle (5) radial nach außen führenden Nische (6) angeordnet ist, deren Größe die Größe des Düsenkopfes (7) etwas übersteigt. Claims 1. Air-compressing T¼ injection internal combustion engine with self-ignition charge and a combustion chamber rotating combustion air, thereby characterized in that the combustion chamber (oil piston recess 3) has approximately the shape of a one-sided radially up to the formation of a flat point (5) of the indented circular cylinder -has and the injection nozzle (9) in one of the flattening point (5) radially to the outside leading niche (6) is arranged, the size of which is the size of the nozzle head (7) slightly exceeds. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennze-ichnet, daß der Düsenkopf (7) innerhalb der Nische (6) bis- zur Abflachungsstelle (5) einen etwa 10 bis 15 % des Kreiszylinderradius (10) betragenden Abstand (11) frei läßt. 2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the nozzle head (7) within the niche (6) up to the flattening point (5) about 10 to 15% of the circular cylinder radius (10) amounting distance (11) leaves free. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruchl oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste radiale Abstand (12) der Abflachungsstelle (5) von der Achse (4) des Kreiszylinders etwa 70 bis 80 nÓ des Kreiszylinderradius (10) beträgt. 3. Internal combustion engine according to Claiml or 2, characterized in that that the smallest radial distance (12) of the flat point (5) from the axis (4) of the circular cylinder is about 70 to 80 nÓ of the circular cylinder radius (10). 4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzdüse (9) als Zweilocnuüse ausgebildet ist und die ITinkelhalbierende der beiden Strahlenachsen (13 und 14) innerhalb der die Düsenachse (15) aufnehmenden Axialebene (16-) des Kreiszylinders liegt. 4. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the injection nozzle (9) is designed as a Zweilocnuüse and the IThe bisector of the two jet axes (13 and 14) within the nozzle axis (15) receiving axial plane (16-) of the circular cylinder lies. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlenachsen (13 und 14) der Einspritzdüse (9) im wesentlichen innerhalb einer quer zur Achse (4) des Kreiszylinders verlaufenden ElJene liegen. 5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that the two beam axes (13 and 14) of the injection nozzle (9) essentially within an ElJene running transversely to the axis (4) of the circular cylinder. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlenachsen (13 und 14) der Einspritzdüse (9) etwa einen rechten Winkel (α) einschließen.6. Internal combustion engine according to claim 4 or 5, characterized in that that the two beam axes (13 and 14) of the injection nozzle (9) approximately one on the right Include angle (α). 7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche-4~bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strahlenachsen (13- und 14) mit der quer zu ihrer Winkelhalbierenden verlaufenden Axialebene (16) des Kreiszylinders ein gleichschenkliges Dreieck bilden, dessen der Einspritzdüse (9) abgekehrte beide Ecken (18 und 19) auf der Seitenwandung des Brennraumes (Kolbenmulde 3) liegen.7. Internal combustion engine according to one of claims 4 ~ to 6, characterized in that that the two beam axes (13- and 14) with the one transverse to their bisector extending axial plane (16) of the circular cylinder form an isosceles triangle, its two corners (18 and 19) facing away from the injection nozzle (9) on the side wall of the combustion chamber (piston recess 3). 8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (4) des Kreiszylinders axial zur Zylinderachse verläuft.8. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the axis (4) of the circular cylinder runs axially to the cylinder axis. 9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,.9. Internal combustion engine according to one of the preceding claims. dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum. als Kolbenmulde (3) ausgebildet ist.characterized in that the combustion chamber. as a piston recess (3) is formed. 10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungsstelle (5) bei einer bekannten Anordnung je eines Einlaß- und eines Auslaßventils (20 und 21) der Brennkraftmaschine parallel zu der die beiden Ventilachsen aufnehmenden Axialebene (17) des Arbeitszylinders (1) verläuft0 L e e r s e i t e10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the flattening point (5) in a known arrangement, one inlet and one Exhaust valve (20 and 21) of the internal combustion engine parallel to the two valve axes receiving axial plane (17) of the working cylinder (1) runs0 L. e e r e i t e
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