Luftverdichtende selbstzündende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende selbst zündende Brennkraftmaschine, insbesondere einen schnellaufenden Dieselmotor mit Einspritzung des flüssigen Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungs hubes in eine im Zylinderkopf angeordnete Wirbel kammer, deren überströmkanal in diese tangential einmündet und bei welcher der Kraftstoff in Form eines Films auf die Wirbelkammerwand aufgebracht und durch eine gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung rotierende Luftbewegung von der Wirbelkammer wand in Dampfform allmählich abgelöst, mit der Luft vermischt und danach verbrannt wird.
Zweck der Erfindung ist es, bei derartigen, bis lang nur mit rotationskörperförmigem Brennraum im kolben bekannten Brennkraftmaschinen eine Verbes serung der Kraftstoffeinspritzung und Gemischbil dung nach dem gleichen Gemischbildungsprinzip auch dann zu erreichen, wenn eine Wirbelkammer als Brennraum verwendet wird.
Man war bisher bestrebt, im Verbrennungsraum von selbstzündenden Dieselmotoren, insbesondere solchen mit vom Hubraum abgeteiltem Brennraum im Zylinderkopf oder Kolben einen feinverteilten Kraftstoffnebel zu erzeugen und am Ende des Ver dichtungshubes durch den sich mehr und mehr ver engenden, zwischen Zylinderkopf und der Brenn- raumöffnung liegenden Ringspalt der Luft eine sol che Strömung zu erteilen, damit diese mit grosser Geschwindigkeit auf den feinverteilten Kraftstoff nebel einwirke, um so eine möglichst schnelle Ge mischbildung zu erreichen.
Die schnelle und unmit telbare Mischung des Kraftstoffes mit der Luft be wirkt eine ausserordentlich schnelle anfängliche Re aktion des Kraftstoffes, welche mit dem typisch har ten Dieselschlag verbunden ist, nicht aber eine gleich mässige Brenngeschwindigkeit unter Vermeidung von Nachbrennerscheinungen. Zwar erreicht man dabei guten Brennstoffverbrauch, doch muss man einen ausserordentlich harten Gang des Motors in Kauf neh men. Mit den sogenannten Kammermotoren (Vor kammer, Wirbelkammer) erreichte man zwar höhere Mitteldrücke und einen etwas ruhigeren Verbren nungsablauf, doch war dies bei diesen Motoren nur unter Inkaufnahme eines grösseren spezifischen Kraftstoffverbrauches möglich.
Es schien bisher nicht erreichbar zu sein, einen ruhigen Gang des Motors mit dem Brennstoffverbrauch der hart laufenden Direkteinspritzmotoren zu vereinigen.
Einen gewissen Fortschritt brachten diejenigen Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung, bei denen zur Vermischung des Kraftstoffes eine Luft bewegung zu Hilfe genommen wurde, welche wäh rend des Ansaughubes in Form eines sich um die Zylinderachse drehenden Wirbels eingeleitet wurde. Die Brennstoffstrahlen, die beispielsweise von der mistig liegenden Düse radial nach aussen in den Brennraum gelangten, standen dabei senkrecht zu der Luftbewegung mit dem Ziel, dass durch diese Lage der Kraftstoffstrahlen zur Luftbewegung und zur Brennraumform eine sehr gute Verteilung und Auflösung des Kraftstoffes entstehen werde.
Das trat auch ein, und man erhielt Motoren, die höhere Mit teldrücke bei geringerer Abgastrübung gaben, aber doch noch wesentlich härter liefen als beispielsweise Vorkammermotoren. Auch bei dieser Strahllage konnte eine Vereinigung von Gangruhe, geringem Kraftstoffverbrauch und hohem Mitteldruck nicht zu friedenstellend erzielt werden.
Eine grundsätzliche Änderung im Verbrennungs ablauf dieser bislang mit nahezu ausschliesslicher Luftverteilung des zerstäubt eingespritzten Kraftstof fes arbeitenden Brennkraftmaschinen erbrachte erst die eingangs erwähnte Brennkraftmaschine mit aus gesprochener Wandverteilung des Kraftstoffes, wel- ehe Maschinengattung auch der vorliegenden Erfin dung zugrunde liegt.
Bei dieser bekannten Maschine wird der Kraftstoff durch einen oder mehrere vor zugsweise tangential gerichtete Kraftstoffstrahlen von jeweils kurzer freier Strahlweglänge bis zur Auftreff- stelle in Form eines dünnen Films auf die Brenn- raumwand aufgebracht _ und durch eine gleichsinnig zur Kraftstoffeinspritzung gerichtete Luftdrehung in Dampfform allmählich von der Wand abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt.
Auf diese Weise wird bei niedrigem Kraftstoffverbrauch unter Ver meidung von Russbildung eine Beseitigung des Klopf geräusches erreicht.
Bei dieser bekannten Maschine handelt es sich jedoch um eine solche, bei welcher der rotations- körperförmige Brennraum in Gestalt eines sogenann ten offenen, an seiner Öffnung zum Zylinder hin eingeschnürten Brennraumes im Kolben angeordnet ist. Weitere Untersuchungen haben nun gezeigt, dass man den Gemischbildungserfolg dieser bekannten Maschine auch bei andersartigen Brennraumanord- nungen und Brennraumformen erreichen kann, wenn hierfür besonders geeignete Massnahmen getroffen werden.
Dies ist besonders für Wirbelkammermoto- ren als möglich und zweckmässig befunden worden, bei denen der im Zylinderkopf angeordnete kugel- oder scheibenförmige Wirbelkammerbrennraum mit dem Zylinderraum durch einen halsartigen, tangen- tial einmündenden übertrittskanal verbunden ist, welch letzterer in der Wirbelkammer eine heftige Luftdrehung der beim Verdichtungshub übergescho benen Luft erzeugt.
Für derartige Wirbelkammermotoren sind bislang noch keine Massnahmen angegeben worden, die einen Gemischbildungseffekt wie bei der vorgenannten be kannten Maschine mit offenem Brennraum im Kol ben erwarten lassen. Anderseits können auf eine Wirbelkammermaschine die Massnahmen dieser be kannten Maschine nicht ohne weiteres übertragen werden, da durch die Eigenart der Wirbelkammer andere Luftströmungs- und Gemischbildungsbedin- gungen als bei einem offenen Brennraum gegeben sind.
Will man bei einer Wirbelkammermaschine eine Wandauftragung des Kraftstoffes wie bei der bekann ten Maschine herbeiführen, so ergeben sich hinsicht lich der Zuordnung einer den Kraftstoff erst zur Ver dampfung kommen lassenden und dann ablösenden Luftbewegung besondere Erfordernisse, die bei einem offenen Brennraum nicht zu bedenken sind.
Da im Überströmkanal einer Wirbelkammer ein ausser ordentlich heftiger und gebündelter Luftstrom erzeugt wird, würde eine Zuordnung von Kraftstoffeinsprit zung und Luftbewegung nach Art der bekannten Maschine nicht zum Erfolg führen, da ein unmittel bares Heranführen dieses Luftstromes an die Stelle des Kraftstoffaustrittes im Gegensatz zu der mässige ren Luftströmung in einem offenen oder halboffenere Brennraum den Kraftstoffstrahl unweigerlich zerrei ssen würde.
Es muss viehmehr dafür Sorge getragen werden, dass der Kraftstoff von seiner Ausbreitung an der Wirbelkammerwand zunächst der ausser ordentlich heftigen Luftbewegung, wie sie insbeson dere unmittelbar am Eingang des Luftüberström- kanals in die Wirbelkammer auftritt, entzogen wird. Nur auf diese Weise kann unter möglichster Vermei dung von Luftzerstäubung überwiegend auch hier nur solcher Kraftstoff mit der Luft zur Vermischung ge langen, der zuvor an der Wirbelkammerwand ver dampft wurde.
Die vorliegende Erfindung besteht demgemäss darin, dass die Strahlaustrittsmündung der Einspritz düse im Abstand von der überströmkanalmündung angeordnet ist, zum Zwecke, den Kraftstoff in einer Wirbelzone einzuspritzen, in welches ein Mitreissen des noch flüssigen Kraftstoffes und dessen sofortige - direkte - Vermischung mit der Verbrennungsluft auf die zur Einleitung der Zündung notwendige Menge beschränkt bleibt, und dass mindestens ein Kraftstoffstrahl von möglichst kurzer freier Strahl weglänge innerhalb der Brennkammer mindestens annähernd unter tangentialem Auftreffen auf die Brennkammerwand gerichtet ist,
um eine möglichst grossflächige Auftragung auf diese Wand zu errei chen, die dabei auf einem Temperaturniveau gehal ten ist, das im Bereich der natürlichen Siedetempera tur des Kraftstoffes liegt. Dabei kann die Strahlaus- trittsmündung der Düse gegenüber der Lufteintritts mündung des tangential einmündenden überström kanals um einen Abstand in Richtung der durch die sen Kanal erzeugten Luftdrehung oder um einen Ab stand quer zu dieser Richtung versetzt ausserhalb des unmittelbaren Wirkungsbereiches des Luftstromes auf den eingespritzten Kraftstoff angeordnet sein.
Es ist aber auch möglich, die Strahlaustrittsmündung in beiden genannten Richtungen zu versetzen. Durch die erfindungsgemässe Versetzung der Einspritzdüse bzw. Düsenmündung wird einerseits erreicht, dass trotz der Heftigkeit des gebündelt einschiessenden Luftstromes eine grossflächige Verteilung des Kraftstoffes auf die Brennkammerwand unter ungestörter Ausnutzung der kinetischen Energie des Kraftstoffstrahls möglich wird, während anderseits eine intensive Berührung der Luft mit dem Kraftstoff erst an den Stellen der Brennkammer zur Wirkung kommt,
wo der Kraft stoff bereits in dünner Schicht an der Wand ausge breitet und der im überströmkanal gebündelte Luft strom zu weitläufiger Entfaltung gelangt ist. Die Auf dampfwirkung wird dabei hervorgerufen einesteils durch die im Bereich der natürlichen Siedetempera tur des Kraftstoffes liegende Temperatur der Wirbel kammerwand, anderseits aber auch durch die Wärme strahlung, die die beginnende Verbrennung auf die Wandung ausübt. Ein Vermischen von flüssigem Kraftstoff mit der Luft, beispielsweise durch Rand ablösung, bleibt auf die für die Einleitung der Zün dung erwünschte geringe Menge beschränkt. Auf diese Weise lassen sich auch bei einer Wirbelkammer günstige Voraussetzungen für die erfindungsgemäss angestrebte Gemischbildung schaffen.
In der Zeichnung ist die Erfindung in ihrer An wendung auf Wirbelkammermotoren an mehreren Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Hierbei ist Fig. 1 ein Teilquerschnitt eines Dieselmotors mit erfindungsgemässer Kraftstoffaufbringung auf die Wandung eines Wirbelkammerbrennraumes, bei dem der halsartige überströmkanal so angeordnet ist, dass der dadurch beim Verdichtungshub in die Wirbel kammer eindringenden Verbrennungsluft eine Dreh bewegung nach einwärts,
das heisst nach der Zylin- derkopfmitte hin, erteilt wird; Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit Darstellung von weiteren Teilen im Grundriss; Fig. 3 ein Teilquerschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch mit erfindungsgemässer Kraftstoffaufbringung auf die Wandung eines Wirbelkammerbrennraumes, bei dem der halsartige überströmkanal umgekehrt angeordnet ist wie in Fig. 1;
Fig.4 ein Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig.3 bei zweistrahliger Kraftstoffaufbringung auf der Brennraumwand; Fig. 5 eine schematische Breitenansicht eines Wälzkammerbrennraumes für einen Dieselmotor, auf dessen Brennraumwandung der Kraftstoff in der er findungsgemässen Weise aufgebracht wird; Fig. 6 eine Stirnansicht zu Fig. 5 gemäss der Linie VI-VI in Fig. 5.
In Fig. 1 bis 6 ist jeweils mit 1 der Arbeitszylin der, mit 2 der Kolben und mit 3 der Zylinderkopf bezeichnet. Im Zylinderkopf von Fig. 1 ist eine Wir belkammer 4 als Brennraum vorgesehen, deren hals artiger überströmkanal 5 so ausgebildet und ange ordnet ist, dass dadurch der beim Verdichtungshub in der Pfeilrichtung 6 eindringenden Luft eine Dreh bewegung in der Pfeilrichtung 7, das heisst nach der Zylinderkopfmitte hin, erteilt wird.
Etwas oberhalb der Lufteintrittsmündung 8 des überströmkanals 5, jedoch um den Abstand d seitlich davon versetzt (siehe Fig. 2), befindet sich die Düsenmündung 9 der Einspritzdüse 10, aus welcher der Kraftstoffstrahl 12 in der Drehrichtung der Luft unmittelbar auf die Wandung 11 des Wirbelkammerbrennraumes 4 auf gebracht wird; die Strahllage des Kraftstoffstrahls 12 ist dabei so gerichtet, dass ein überschneiden dessel ben mit dem durch die Lufteintrittsöffnung 8 ein schliessenden Luftstrahl nicht stattfindet, so dass die filmartige Ausbreitung des flüssigen Kraftstoffes an der Brennraumwand nicht gestört wird.
Statt nur eines Kraftstoffstrahls 12 können auch mehrere vor gesehen sein, sofern sie nur auf gleicher Strahlebene liegen und die filmartige Ausbreitung des Kraftstoffes gewährleistet ist. Während bei den bisher bekannt gewordenen Wirbelkammermotoren die Strahlrich tung des oder der in die Brennkammer eingespritzten Kraftstoffstrahlen im allgemeinen immer sehnenför- mig oder radial angegeben ist, ist hier eine tangen- tiale Einspritzung längs der Brennraumwandung vor gesehen,
um die Vermischung des flüssigen Kraft stoffes mit der eintretenden Luft soweit als möglich zu unterbinden. Dies gelingt noch besser, wenn man - wie am deutlichsten in Fig. 2 zu ersehen - die Einbauebene der Kraftstoffdüse 10 bzw. der Düsen mündung 9 und die Ebene der Lufteintrittsöffnung 8 gegeneinander versetzt.
Die Einspritzdüse 10 bzw. Düsenmündung 9 sind sonach bewusst nicht in den überströmkanal 5 oder vor denselben gesetzt, sondern an eine Brennraum- stelle, an der der Luftstrahl durch sein Eindringen in die Wirbelkammer bereits nach allen Seiten expan diert und damit an Kraft verloren hat. Die in Fig. 1 dargestellte Einbaulage der Einspritzdüse 10 zeigt etwa den geringsten vertikalen Abstand e an, den man bei Anordnung in der gleichen Ebene der Düse 10 von dem Lufteintrittsloch 8 geben kann, um noch eine Filmgemischbildung zu erreichen.
Bei zur Zylinderachse exzentrischer Anordnung einer rotationskörperförmigen Wirbelkammer und bei einer eine Luftdrehung von der Zylinderachse fort bewirkende Anordnung des Luftübertrittskanals, kann die Mündung der Einspritzdüse der Luftein- trittsmündung in einer die Wirbelkammer durchset zenden Ebene angenähert diametral gegenüberliegen, wobei zwei mit kurzer freier Wegstrecke und unter spitzem Auftreffwinkel in Richtung der Luftdrehung auf die Wirbelkammerwand aufgetragene Brennstoff strahlen fächerartig so verteilt sind,
dass die Luftein- trittsmündung im toten Winkel dieser Brennstoff strahlen liegt, dessen Wandungsabschnitt vom Kraft stoff nicht benetzt wird, wie das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Unter toter Winkel wird dabei die Brennraumwandungsfläche beiderseits der Luftein- trittsmündung verstanden, welche vom Kraftstoffilm nicht mehr benetzt wird.
Die fächerartige Auftragung des Kraftstoffes auf eine Brennraumwand ist bei Ver brennungsmotoren mit im Kolben angeordnetem ro- tationskörperförmigem Brennraum zwar an sich be kannt, jedoch dient sie dort dazu, die Kraftstoff- fihnfläche in zusammenhängender Form an der Brennraumwand auszubreiten.
In Fig. 3 und 4 ist eine Wirbelkammer 4a gezeigt, deren überströmkanal 5a umgekehrt angeordnet ist wie in Fig. 1, so dass der beim Verdichtungshub in die Wirbelkammer einschliessenden Luft eine Bewe gung in Richtung der eingezeichneten Pfeile<I>6a, 7a</I> erteilt wird, das heisst eine Drehbewegung nach aus wärts von der Zylinderkopfmitte weg. Der Einspritz düse 10 nebst Düsenmündung 9 liegen in diesem Falle der Lufteintrittsmündung 8a des überström kanals 6a ebenengleich gegenüber.
Diese Anordnung ist beispielsweise dann angezeigt, wenn die Forde rung besteht, die Einspritzdüse in der Symmetrieachse des Brennraumes unterzubringen, was aus konstruk tiven Gründen vielfach erwünscht ist. Bei dieser An ordnung kann die unmittelbare Vermischung von flüssigem Kraftstoff mit der Einströmluft und die Bildung des Kraftstoffilms an einer von der Luft un berührten Stelle der Brennraumwand 11a beispiels weise dadurch erreicht werden,
dass die Kraftstoff strahlen 13 und 14 beiderseits der Lufteintrittsöff- nung 8a und an dieser vorbei an der Brennraumwand 11a vorgelagert werden. Das Strahlbild hierfür ist im Schnitt gemäss F ig. 4 angegeben. Man erreicht auf diese Weise, dass zwar der Kraftstoffilm sich in un mittelbarer Nähe der heftig bespülten Lufteintritts mündung 8a bildet, ohne dass jedoch der durch die Öffnung 8a einschiessende Luftstrahl den Kraftstofr vor seiner Berührung mit der Wandung mitreissen kann.
In Fig. 5 und 6 ist schematisch ein Wirbelkam- merbrennraum gezeigt. In die scheibenförmige Wir belkammer 15 wird beim Verdichtungshub die Luft durch den überströmkanal 16 verdrängt, wobei der selben eine Drehbewegung in Richtung der Pfeile 17, 18 erteilt wird.
Aus der Düsenmündung 9 der Ein spritzdüse 10 wird der Kraftstoffstrahl 19 in Dreh richtung der Luft unmittelbar auf die Brennraumwan- dung 20 aufgetragen, wobei Sorge dafür getragen ist, dass die aus der Lufteintrittsmündung 16a des über strömkanals 16 in die Brennkammer 15 einschlie ssende Luft die Kraftstoffilmbildung an der Brenn- raumwand nicht beeinträchtigt.
Dies wird einmal da durch erreicht, dass der überströmkanal 16 und die Düsenmündung 9 in der Querrichtung des Brenn- raumes 15 gegenseitig um den Abstand f versetzt sind und dass anderseits der Kraftstoffstrahl 19 so gerichtet ist, dass er den aus dem Überströmkanal 16 austretenden Luftstrom erst überschneidet, wenn der Film ausgebildet ist.
Als Brennraumfläche, auf der sich der Kraftstoffilm ausbreitet, braucht keinesfalls nur die peripherische Rundung 20a (siehe Fig. 6) be nutzt zu werden, vielmehr kann dazu mit Vorteil auch eine der scheibenförmigen Wandungen 20b, 20e be nutzt werden, je nachdem welcher Brennraumseite die Einspritzdüse 10 zunächstliegt. Hierdurch kann man auch den Abstand f der beiden Vertikalebenen, in denen der Luftübertrittskanal 16 und die Düsen mündung 9 angeordnet sind, in günstiger oder ge wünschter Weise beeinflussen.
Auch hier kann statt nur eines Kraftstoffstrahls 19 eine Serie mehrerer Kraftstoffstrahlen benützt werden, sofern nur die Vorlag erung an der Brennraumwand und die Strahl richtung die grösstfläehige filmartige Ausbreitung des Kraftstoffes sicherstellen.
Ist die Wirbelkammer scheibenförmig ausgebil det, dann ist die seitliche Versetzung der Einspritz düse wie bei der zuersterwähnten Wirbelkammer zu bevorzugen.
Air-compressing self-igniting internal combustion engine, in particular diesel engine The invention relates to an air-compressing self-igniting internal combustion engine, in particular a high-speed diesel engine with injection of the liquid fuel towards the end of the compression stroke into a vortex chamber arranged in the cylinder head, the overflow channel of which opens into this tangentially and in which the fuel is in the form a film is applied to the swirl chamber wall and gradually detached from the swirl chamber wall in vapor form by a movement of air rotating in the same direction as the fuel injection, mixed with the air and then burned.
The purpose of the invention is to achieve an improvement in fuel injection and mixture formation according to the same mixture formation principle even if a swirl chamber is used as the combustion chamber in such internal combustion engines, which are known for a long time only with a rotational body-shaped combustion chamber in the piston.
Up to now, efforts have been made to produce a finely divided fuel mist in the combustion chamber of compression-ignition diesel engines, especially those with a combustion chamber separated from the cylinder head or piston, and at the end of the compression stroke through the increasingly narrowing between the cylinder head and the combustion chamber opening Annular gap to give the air such a flow so that it acts at high speed on the finely divided fuel mist in order to achieve the fastest possible mixture formation.
The rapid and immediate mixing of the fuel with the air causes an extremely fast initial reaction of the fuel, which is associated with the typically hard diesel impact, but not a uniform burning rate while avoiding afterburn phenomena. You can achieve good fuel consumption, but you have to put up with an extraordinarily hard gear of the engine. With the so-called chamber engines (antechamber, vortex chamber) higher mean pressures and a somewhat quieter combustion process were achieved, but with these engines this was only possible with the acceptance of a higher specific fuel consumption.
It did not seem to be achievable until now to combine a smooth engine gear with the fuel consumption of the hard-running direct injection engines.
Some progress was made by those internal combustion engines with direct injection, in which an air movement was used to mix the fuel, which was initiated during the intake stroke in the form of a vortex rotating around the cylinder axis. The fuel jets, which came radially outward into the combustion chamber from the sloppy nozzle, were perpendicular to the air movement with the aim that this position of the fuel jets in relation to the air movement and the shape of the combustion chamber would result in a very good distribution and dissolution of the fuel.
This also happened, and you got engines that gave higher mean pressures with lower exhaust gas opacity, but still ran much harder than, for example, pre-chamber engines. Even with this jet position, a combination of smooth gait, low fuel consumption and high mean pressure could not be achieved in a satisfactory manner.
A fundamental change in the combustion process of these internal combustion engines, which previously worked with almost exclusive air distribution of the atomized, injected fuel, was only brought about by the internal combustion engine mentioned at the outset with pronounced wall distribution of the fuel, which the present invention is also based on.
In this known machine, the fuel is applied to the combustion chamber wall in the form of a thin film by one or more preferably tangentially directed fuel jets each with a short free jet path length up to the point of impact, and gradually from air rotation in vapor form in the same direction as the fuel injection detached from the wall, mixed with the air and burned.
In this way, knocking noise is eliminated with low fuel consumption while avoiding soot formation.
This known machine, however, is one in which the rotational body-shaped combustion chamber is arranged in the piston in the form of a so-called open combustion chamber constricted at its opening towards the cylinder. Further investigations have now shown that the mixture formation success of this known machine can also be achieved with different types of combustion chamber arrangements and combustion chamber shapes if particularly suitable measures are taken for this.
This has been found to be possible and useful especially for vortex chamber engines, in which the spherical or disk-shaped vortex chamber combustion chamber arranged in the cylinder head is connected to the cylinder chamber by a neck-like, tangentially opening transfer channel, the latter in the vortex chamber causing a violent air rotation in the Compression stroke generated overgescho enclosed air.
For such swirl chamber engines, no measures have yet been specified that allow a mixture formation effect to be expected as in the aforementioned known machine with an open combustion chamber in the piston. On the other hand, the measures of this known machine cannot be easily transferred to a vortex chamber machine, since the nature of the vortex chamber means that the air flow and mixture formation conditions are different from those of an open combustion chamber.
If you want to bring about a wall application of the fuel in a vortex chamber machine, as in the known machine, there are special requirements with regard to the assignment of an air movement that first evaporates the fuel and then replaces it, which are not to be considered in an open combustion chamber.
Since an exceptionally violent and concentrated air flow is generated in the overflow duct of a vortex chamber, an assignment of fuel injection and air movement in the manner of the known machine would not lead to success, since this air flow is brought directly to the point of the fuel outlet, in contrast to the moderate one ren air flow in an open or half-open combustion chamber would inevitably tear the fuel jet.
Care must be taken to ensure that the fuel, as it spreads along the swirl chamber wall, is initially withdrawn from the exceptionally violent air movement that occurs especially directly at the entrance of the air transfer channel into the swirl chamber. This is the only way, while avoiding air atomization as much as possible, only fuel that was previously evaporated on the swirl chamber wall to mix with the air.
The present invention accordingly consists in the fact that the jet outlet opening of the injection nozzle is arranged at a distance from the overflow duct opening, for the purpose of injecting the fuel in a swirl zone into which the still liquid fuel is entrained and its immediate - direct - mixing with the combustion air the amount necessary to initiate ignition remains limited, and that at least one fuel jet with the shortest possible free jet length is directed within the combustion chamber at least approximately with tangential impact on the combustion chamber wall,
in order to achieve the largest possible application on this wall, which is kept at a temperature level that is in the range of the natural boiling temperature of the fuel. The jet outlet opening of the nozzle can be positioned opposite the air inlet opening of the tangential overflow channel by a distance in the direction of the air rotation generated by this channel or by a distance transversely to this direction outside of the immediate area of action of the air flow on the injected fuel be.
But it is also possible to move the jet outlet mouth in both directions mentioned. The inventive displacement of the injection nozzle or nozzle mouth ensures that, despite the force of the air stream that is injected in a concentrated manner, the fuel can be distributed over a large area on the combustion chamber wall while utilizing the kinetic energy of the fuel jet without interference, while, on the other hand, intensive contact between the air and fuel only comes into effect at the points of the combustion chamber,
where the fuel is already spread out in a thin layer on the wall and the air stream bundled in the overflow duct has developed over a wide area. The steam effect is caused on the one hand by the temperature of the vortex chamber wall, which is in the range of the natural boiling temperature of the fuel, and on the other hand by the thermal radiation that the incipient combustion exerts on the wall. Mixing of liquid fuel with the air, for example by peeling off the edge, is limited to the small amount desired for initiating the ignition. In this way, favorable conditions for the mixture formation desired according to the invention can also be created in a vortex chamber.
In the drawing, the invention is illustrated in its application to swirl chamber motors in several embodiments. Here, Fig. 1 is a partial cross-section of a diesel engine with fuel application according to the invention on the wall of a swirl chamber combustion chamber, in which the neck-like overflow channel is arranged so that the combustion air entering the swirl chamber during the compression stroke rotates inwards,
that is, towards the center of the cylinder head, is issued; FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1 with a representation of further parts in plan; FIG. 3 shows a partial cross-section similar to FIG. 1, but with fuel application according to the invention on the wall of a swirl chamber combustion chamber, in which the neck-like overflow channel is arranged the other way around as in FIG. 1;
4 shows a section along line IV-IV in FIG. 3 with two-jet fuel application on the combustion chamber wall; 5 shows a schematic width view of a rolling chamber combustion chamber for a diesel engine, on the combustion chamber wall of which the fuel is applied in the manner according to the invention; FIG. 6 shows an end view of FIG. 5 along the line VI-VI in FIG. 5.
In Fig. 1 to 6 with 1 of the Arbeitszylin, with 2 of the piston and with 3 of the cylinder head. In the cylinder head of Fig. 1, a we belkammer 4 is provided as a combustion chamber, whose neck-like overflow channel 5 is designed and arranged so that the air penetrating in the direction of arrow 6 during the compression stroke causes a rotary movement in the direction of arrow 7, that is to say after Cylinder head center, is granted.
Somewhat above the air inlet opening 8 of the overflow channel 5, but laterally offset by the distance d (see Fig. 2), there is the nozzle opening 9 of the injection nozzle 10, from which the fuel jet 12 hits the wall 11 of the swirl chamber combustion chamber in the direction of rotation of the air 4 is brought on; the jet position of the fuel jet 12 is directed such that it does not overlap with the air jet closing through the air inlet opening 8, so that the film-like spread of the liquid fuel on the combustion chamber wall is not disturbed.
Instead of just one fuel jet 12, several can be seen before, provided they are only on the same jet plane and the film-like spread of the fuel is guaranteed. While in the previously known swirl chamber engines the direction of the jet or jets of fuel injected into the combustion chamber is generally always indicated in the form of a chord or radial, a tangential injection along the combustion chamber wall is provided here,
in order to prevent the mixing of the liquid fuel with the incoming air as much as possible. This succeeds even better if - as can be seen most clearly in FIG. 2 - the installation plane of the fuel nozzle 10 or the nozzle opening 9 and the plane of the air inlet opening 8 are offset from one another.
The injection nozzle 10 or nozzle opening 9 are therefore deliberately not placed in the overflow channel 5 or in front of it, but at a point in the combustion chamber where the air jet has already expanded in all directions by penetrating the vortex chamber and has lost its power. The installation position of the injection nozzle 10 shown in Fig. 1 shows approximately the smallest vertical distance e that can be given when the nozzle 10 is arranged in the same plane from the air inlet hole 8 in order to still achieve a film mixture formation.
If a vortex chamber in the form of a rotational body is arranged eccentrically to the cylinder axis and if the air transfer duct is arranged to cause the air to rotate away from the cylinder axis, the mouth of the injection nozzle can be approximately diametrically opposite the air inlet mouth in a plane penetrating the vortex chamber, with two with a short free path and below Fuel applied to the vortex chamber wall at an acute angle of incidence in the direction of the air rotation are distributed in a fan-like manner
that the air inlet mouth lies in the blind spot of this fuel, the wall section of which is not wetted by the fuel, as shown in FIGS. 3 and 4. The dead angle is understood to mean the combustion chamber wall surface on both sides of the air inlet opening, which is no longer wetted by the fuel film.
The fan-like application of fuel to a combustion chamber wall is known per se in internal combustion engines with a rotary body-shaped combustion chamber arranged in the piston, but there it serves to spread the fuel surface in a coherent form on the combustion chamber wall.
3 and 4 show a vortex chamber 4a, the overflow channel 5a of which is arranged the other way around than in FIG. 1, so that the air trapped in the vortex chamber during the compression stroke moves in the direction of the arrows <I> 6a, 7a </ I> is issued, i.e. a rotary movement outwards away from the center of the cylinder head. The injection nozzle 10 and the nozzle orifice 9 are in this case opposite the air inlet orifice 8a of the overflow channel 6a at the same level.
This arrangement is indicated, for example, if there is a requirement to accommodate the injection nozzle in the axis of symmetry of the combustion chamber, which is often desirable for constructive reasons. In this arrangement, the direct mixing of liquid fuel with the inflow air and the formation of the fuel film at a point on the combustion chamber wall 11a that is not in contact with the air can be achieved, for example, by
that the fuel jets 13 and 14 are stored on both sides of the air inlet opening 8a and past it past the combustion chamber wall 11a. The jet pattern for this is shown in section according to FIG. 4 specified. What is achieved in this way is that the fuel film is formed in the immediate vicinity of the heavily flushed air inlet opening 8a, but without the air jet shooting through the opening 8a being able to carry the fuel with it before it comes into contact with the wall.
A vortex chamber combustion chamber is shown schematically in FIGS. 5 and 6. In the disc-shaped we belkammer 15, the air is displaced through the overflow channel 16 during the compression stroke, the same being given a rotary movement in the direction of the arrows 17, 18.
From the nozzle orifice 9 of the injection nozzle 10, the fuel jet 19 is applied directly to the combustion chamber wall 20 in the direction of rotation of the air, care being taken that the air entering the combustion chamber 15 from the air inlet orifice 16a of the flow channel 16 via the Fuel film formation on the combustion chamber wall is not impaired.
This is achieved on the one hand by the fact that the overflow channel 16 and the nozzle opening 9 are mutually offset by the distance f in the transverse direction of the combustion chamber 15 and that, on the other hand, the fuel jet 19 is directed such that it only catches the air flow emerging from the overflow channel 16 overlaps when the film is formed.
As the combustion chamber surface on which the fuel film spreads, it is by no means only necessary to use the peripheral rounding 20a (see FIG. 6); rather, one of the disk-shaped walls 20b, 20e can also be used to advantage, depending on which side of the combustion chamber is Injection nozzle 10 lies next. This allows the distance f of the two vertical planes in which the air transfer channel 16 and the nozzle opening 9 are arranged, influence in a favorable or ge desired manner.
Here, too, instead of just one fuel jet 19, a series of several fuel jets can be used, provided that only the pre-position on the combustion chamber wall and the jet direction ensure the largest film-like spread of the fuel.
If the swirl chamber is designed in the form of a disk, the lateral offset of the injection nozzle, as in the case of the swirl chamber mentioned above, is preferable.