DE4137914A1 - Injecting fuel into diesel engine combustion chamber - using tubular screen against which fuel is injected and provided with holes for aspiration of combustion chamber air - Google Patents

Injecting fuel into diesel engine combustion chamber - using tubular screen against which fuel is injected and provided with holes for aspiration of combustion chamber air

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Abstract

The jet of fuel coming from the injection nozzle (1) passes through a tubular screen (2) connecting directly to the nozzle outlet aperture, and which is provided with radial holes (3) for aspiration of combustion chamber air. At nominal load operation of the engine the air to fuel ratio is between 3 and 6. The length of the screen (2) is approximately 30 to 100 times the cross-section of the injection nozzle aperture. The radial apertures (3) along the tubular screen are located in an area which is at least 75% of the total length away from the screen free end at which the fuel jet enters the combustion chamber. USE/ADVANTAGE - To reduce the harmful content of the exhaust gases of a diesel engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for injecting Fuel into the combustion chamber of a diesel engine after Preamble of claim 1.

Bei Dieselmotoren kann der Kraftstoff direkt in den von dem in Bewegung zu setzenden Kolben begrenzten Brennraum oder über eine vorgeschaltete durch eine Einschnürung von dem vorgenannten Brennraum getrennte Vorkammer eingespritzt werden.In diesel engines, the fuel can go directly into the engine piston to be set in motion limited combustion chamber or over an upstream by constricting the The aforementioned combustion chamber is injected into a separate antechamber will.

In dem ersten Fall spricht man von einem Direkteinspritzer- und in dem zweiten Fall von einem Vorkammerverbrennungsver­ fahren. Beide Verfahren haben Vor- und Nachteile. Gemeinsam ist jedoch beiden Verfahren, daß die Abgase Schadstoffe in Form von beispielsweise Ruß und NOx besitzen, die bisher auch in den günstigsten Fällen als noch umweltschädlich angesehen werden müssen.In the first case one speaks of a direct injection and in the second case from a prechamber combustion drive. Both methods have advantages and disadvantages. Together However, both methods are such that the exhaust gases in pollutants Form of soot and NOx, for example, have so far even in the most favorable cases as environmentally harmful must be viewed.

Hier eine Verbesserung zu finden, ist das Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt.Finding an improvement here is the problem with the invention is concerned.

Eine Lösung dieses Problemes wird durch die Ausführung einer Einspritzeinrichtung nach den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruchs 1 erreicht. A solution to this problem is through execution an injection device according to the characteristic note paint the claim 1 reached.  

Bei dieser Lösung kann der Einspritzstrahl vor seiner Zün­ dung auf dem Wege durch die rohrförmige Abschirmung Luft ansaugen, wodurch bereits eine Zerstäubung des Kraftstoff­ strahles und Mischung mit der angesaugten Luft erfolgen kann. Damit liegt im Bereich der rohrförmigen Abschirmung ein äußerst fettes, wenig zündfähiges Kraftstoff-Luft-Ge­ misch vor. Eine Zündung kann erst beim Austritt dieses Ge­ misches aus der rohrförmigen Abschirmung erfolgen. Damit ist ein exakt definierter Ort der Zündung gegeben. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, auf dessen Bedeu­ tung nachfolgend noch näher eingegangen werden wird.With this solution, the injection jet can be in front of its ignition air through the tubular shielding aspirate, thereby already atomizing the fuel jet and mixing with the intake air can. This is in the area of the tubular shield an extremely rich, poorly ignitable fuel-air mixture mix before. Ignition can only occur when this Ge emerges mix from the tubular shield. In order to there is a precisely defined location of the ignition. This is an essential advantage of the invention, on its importance tion will be discussed in more detail below.

Die rohrförmige Abschirmung verhindert ein Zünden des Kraftstoffes in einem Zustand, in dem dieser innerhalb des Kraftstoffstrahles noch in Form relativ großer Tropfen vor­ liegt. Eine Zündung von noch in relativ großen Tropfen vor­ liegendem Kraftstoff führt bei geringem Verbrennungs­ luftanteil, d. h. bei sehr fetten Verbrennungsbedingungen, zu starker Rußbildung.The tubular shield prevents the Fuel in a state in which it is within the Fuel jet still in the form of relatively large drops lies. An ignition from before in relatively large drops fuel lying at a low combustion rate proportion of air, d. H. with very rich combustion conditions, excessive soot formation.

Bei der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung mit einer rohrförmigen Abschirmstrecke für den eingespritzen Kraft­ stoffstrahl kann die Zündflamme nach der Zündung in die rohrförmige Abschirmung hinein verlaufen. Insgesamt wird dieser Vorgang jedoch durch den Impuls der Strömung in der rohrförmigen Abschirmung derart verzögert, daß ein kontrol­ lierter Ausbrand am Krafstoffstrahlaustritt erfolgen kann. Ein solcher verzögerter Ausbrand trägt erheblich zu einer geringeren Geräuschentwicklung bei dem Dieselverbrennungs­ verfahren bei.In the injection device according to the invention with a tubular shielding section for the injected force can ignite the flame after ignition in the tubular shielding run into it. Overall will this process however by the impulse of the flow in the tubular shielding so delayed that a control burned out at the fuel jet outlet. Such a delayed burnout contributes significantly to one lower noise level in diesel combustion proceed at.

Durch die Wärmekapazität der rohrförmigen Abschirmung wird dem Brennstoffgemisch während des Zündvorganges Wärme entzogen. Dadurch werden örtliche Temperaturspitzen abge­ baut und die Bildung von NOx vermindert.Due to the heat capacity of the tubular shield the fuel mixture during the ignition process heat  withdrawn. As a result, local temperature peaks are abge builds and reduces the formation of NOx.

Ein mit der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung betrie­ benes Dieselverbrennungsverfahren besitzt eine Reihe von mit dem bekannten Vorkammerverbrennungsverfahren vergleich­ baren Vorteilen, wobei allerdings die mit dem Vorkammerver­ fahren üblicherweise in Kauf zu nehmenden Nachteile wei­ testgehend vermieden werden können.One operated with the injection device according to the invention The diesel combustion process has a number of with the known prechamber combustion process advantages, but with the prechamber ver usually drive to be accepted disadvantages can be avoided by testing.

Die mit dem Vorkammerverbrennungsverfahren vergleichbaren Vorteile können insbesondere in folgendem gesehen werden.Those comparable to the pre-chamber combustion process Advantages can be seen in particular in the following.

  • 1. Kontrollierte Festlegung des Ortes der Zün­ dung.1. Controlled determination of the location of the guns dung.
  • 2. Verzögerung des Ausbrandes.2. Delay in burnout.
  • 3. Absenkung der Temperatur während der Zündung durch Wärmeaustausch mit der Wand der rohr­ förmigen Abschirmung.3. Lowering the temperature during ignition by exchanging heat with the wall of the pipe shaped shield.

Die Nachteile des Vorkammerverbrennungsverfahrens, die durch Verwendung der erfindungsgemäßen Einspritzeinrichtung vermieden werden können, lassen sich insbesondere wie folgt darstellen.The disadvantages of the pre-chamber combustion process, the by using the injection device according to the invention can be avoided in particular as follows represent.

  • 1. Vermeidung von Wärmeverlusten und der damit verbundenen Verbrauchserhöhung durch Wandkontakt des heißen Gemisches im Überströmkanal zur Hauptbrennkammer von der Vorkammer. Bei der er­ findungsgemäßen Einrichtung wird die an die rohrförmige Abschirmung während der Zündung abgegebene Wärme während der Expansion des Brennraumes wieder an das Brennraumgas abge­ geben.1. Avoidance of heat loss and thus associated increase in consumption through wall contact of the hot mixture in the overflow channel Main combustion chamber from the antechamber. At which he  inventive device is to the tubular shielding during ignition emitted heat during the expansion of the Abge combustion chamber back to the combustion chamber gas give.
  • 2. Vermeidung der Strömungsverluste im Über­ strömkanal von der Vorkammer zur Hauptbrenn­ kammer. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung strömt nur wenig verbranntes Brennstoff-Luft- Gemisch durch die rohrförmige Abschirmung. Dadurch sind dort die Strömungsverluste gering.2. Avoidance of flow losses in the over flow channel from the antechamber to the main burner chamber. In the embodiment according to the invention flows little burned fuel-air Mixture through the tubular shield. As a result, the flow losses are low there.
  • 3. Vermeidung der Rußbildung in der Vorkammer. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung findet die Zündung und Verbrennung weitgehend außerhalb der rohrförmigen Abschirmung statt.3. Avoiding soot formation in the antechamber. In the device according to the invention, the Ignition and combustion largely outside of the tubular shielding instead.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich insbesondere für einen nach dem Direkteinspritzerverfahren arbeitenden Dieselmotor.The device according to the invention is particularly suitable for a person working according to the direct injection method Diesel engine.

Es können insbesondere auch Mehrloch-Einspritzdüsen einge­ setzt werden. In diesem Fall kann jeder der Einspritzdüsen­ öffnungen eine erfindungsgemäße rohrförmige Abschirmung zu­ geordnet sein. Denkbar ist dabei aber auch, daß bei mehre­ ren Einspritzdüsenöffnungen nur ein Teil davon mit derarti­ gen Abschirmungen versehen ist.In particular, multi-hole injection nozzles can also be used be set. In this case, each of the injectors can openings to a tubular shield according to the invention be ordered. It is also conceivable that more than one Ren injector openings only a part of it with such is provided with shields.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, die einen Schnitt durch eine Einspritzdüse mit einer aufge­ setzten rohrförmigen Abschirmung zeigt. An embodiment is shown in the drawing, which a section through an injection nozzle with a put tubular shielding shows.  

Die Einspritzdüse 1 mündet mit ihrer Öffnung direkt in eine rohrförmige Abschirmung 2, die auf ihrem radialen Umfang mit Öffnungen 3 versehen ist.The injection nozzle 1 opens directly into a tubular shield 2 , which is provided with openings 3 on its radial circumference.

Der die rohrförmige Abschirmung 2 durchströmende Kraft­ stoff-Einspritzstrahl kann durch die Öffnungen 3, die mit dem Brennraum des Motors direkt in Verbindung stehen, Luft ansaugen.The fuel injection jet flowing through the tubular shield 2 can suck in air through the openings 3 , which are directly connected to the combustion chamber of the engine.

Aus dem freien Ende der rohrförmigen Abschirmung 2 tritt der eingespritze Kraftstoff als bereits zerstäubtes Kraft­ stoff-Luft-Gemisch aus. An dieser Stelle des Austritts des Kraftstoffs aus der rohrförmigen Abschirmung 2 erfolgt lokal definiert die Kraftstoffzündung.From the free end of the tubular shield 2 , the injected fuel emerges as an already atomized fuel-air mixture. At this point when the fuel emerges from the tubular shield 2 , the fuel is ignited in a locally defined manner.

Die rohrförmige Abschirmung 2 kann aus Keramikmaterial bes­ tehen.The tubular shield 2 can be made of ceramic material.

Bei mehreren Einspritzdüsenöffnungen sind insbesondere jeder Öffnung eine erfindungsgemäße Abschirmung zugeordnet.If there are several injector openings, in particular a shield according to the invention is assigned to each opening.

Während bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Strö­ mungsquerschnitt über die gesamte Länge der rohrförmigen Abschirmung konstant ist, kann dieser selbstverständlich variieren, und zwar sich insbesondere zum freien Ende der Abschirmung hin erweitern.While in the illustrated embodiment the Strö mung cross section over the entire length of the tubular Shielding is constant, this can of course vary, in particular towards the free end of the Extend shielding.

Die erfindungsgemäße rohrförmige Abschirmung soll frei in die jeweiligen Brennräume des Dieselmotors einmünden, aus denen die durch die Öffnungen 3 anzusaugende Luft zu entnehmen ist. Der Brennraum kann dabei ebenso in den Kolben als auch in den Zylinderkopf hineinragen. Die rohr­ förmige Abschirmung 2 kann hierbei insbesondere von einer Ausnehmung in dem Zylinderkopf ausgehend in den haupt­ sächlich von einer Brennraummulde des Kolbens gebildeten Brennraum hineinragen.The tubular shield according to the invention should open freely into the respective combustion chambers of the diesel engine, from which the air to be sucked in through the openings 3 can be removed. The combustion chamber can also protrude into the piston as well as into the cylinder head. The tubular shield 2 can protrude in particular from a recess in the cylinder head into the main combustion chamber mainly formed by a combustion chamber trough of the piston.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum eines Dieselmotors, bei der der Kraftstoff aus einer Einspritzdüse unter Druck in Richtung des Brennraumes gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Einspritzdüse (1) austretende Kraft­ stoffstrahl eine in Richtung des Einspritzstrahles ver­ laufende sich direkt an die Einspritzdüsenaustrittsöffnung anschließende rohrförmige Abschirmung (2) durchläuft, die mit radialen ein Ansaugen von Brennraumluft ermöglichenden Öffnungen (3) versehen ist.1. Device for injecting fuel into the combustion chamber of a diesel engine, in which the fuel is injected from an injection nozzle under pressure in the direction of the combustion chamber, characterized in that the fuel jet emerging from the injection nozzle ( 1 ) has a fuel jet running in the direction of the injection jet tubular shield ( 2 ) which directly adjoins the injection nozzle outlet opening and is provided with radial openings ( 3 ) which allow combustion air to be drawn in. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Abschirmung (2) einen Innendurchmesser besitzt, bei dem bei Nennlastbetrieb des Motors das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff zwischen 1 und 6 liegt.2. Device according to claim 1, characterized in that the tubular shield ( 2 ) has an inner diameter in which the mass ratio of air to fuel is between 1 and 6 during nominal load operation of the engine. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff zwischen 2 und 6 liegt. 3. Device according to claim 2, characterized, that the mass ratio of air to fuel is between 2 and 6 lies.   4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff zwischen 3 und 6 liegt.4. Device according to claim 3, characterized, that the mass ratio of air to fuel is between 3 and 6 lies. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der rohrförmigen Abschirmung (2) etwa das 30 bis -100-fache des Einspritzdüsenöffnungsquerschnittes mißt.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the length of the tubular shield ( 2 ) measures approximately 30 to -100 times the cross section of the injector opening. 6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Öffnungen (3) längs der rohrförmigen Abschirmung (2) auf einem Bereich liegen, der zumindest um 75% der gesamten Länge der rohrförmigen Abschirmung (2) von dem freien Ende dieser Abschirmung, an dem der Kraft­ stoffstrahl in den Brennraum einmündet, entfernt liegen.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the radial openings ( 3 ) along the tubular shield ( 2 ) lie on an area which is at least 75% of the total length of the tubular shield ( 2 ) from the free end of this Shield, where the fuel jet opens into the combustion chamber, are distant. 7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der rohrförmigen Abschirmung (2) sich in Richtung von der Einspritzdüse (1) zu ihrem freien Ende hin erweitert.7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inner diameter of the tubular shield ( 2 ) widens in the direction of the injection nozzle ( 1 ) towards its free end. 8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einspritzdüsenöffnungen mit jeweils einer rohrförmigen Abschirmung (2) vorgesehen sind.8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of injection nozzle openings, each with a tubular shield ( 2 ) are provided. 9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der rohrförmigen Abschirmung (2) Keramik ist. 9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the tubular shield ( 2 ) is ceramic. 10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmige Abschirmung (2) beheizbar ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tubular shield ( 2 ) is heatable.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10142299A1 (en) * 2001-08-29 2003-04-17 Bosch Gmbh Robert fuel injection system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10142299A1 (en) * 2001-08-29 2003-04-17 Bosch Gmbh Robert fuel injection system

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