DE2750926A1 - DIESEL COMBUSTION ENGINE WITH CROSS OR REVERSE SCROLL - Google Patents
DIESEL COMBUSTION ENGINE WITH CROSS OR REVERSE SCROLLInfo
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Abstract
Description
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P 5244/Nl/OdP 5244 / Nl / Od
Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschine mit Queroder Umkehrspülung und einer Brennstoffeinspritzdüse, deren in den Brennraum des Zylinders ragendes Ende mehrere in mindestens einer Reihe angeordnete Düsenbohrungen aufweist.The invention relates to a diesel internal combustion engine with transverse or reverse scavenging and a fuel injector whose in the end protruding from the combustion chamber of the cylinder has a plurality of nozzle bores arranged in at least one row.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen mit Querspülung sind bekanntlich für den Eintritt bzw. Austritt der Spülluft im wesentlichen diametral entgegengesetzte Stellen des Zylinders vorgesehen, während bei Umkehrspülung sowohl der Eintritt wie auch der Austritt der Spülluft im wesentlichen an der gleichen Seite des Zylinders erfolgt. Bei solchen Dieselbrennkraftmaschinen sind bisher die Düsenbohrungen der Brennstoffeinspritzdüse gleichmässig über den Umfang der Düse verteilt angeordnet. Beim Betrieb solcher Dieselbrennkraftmaschinen sind während der Einspritz- und Verbrennungsphase im Brennraum durch den Spülvorgang erzeugte Luftwirbel vorhanden. Diese Luftwirbel haben im wesentlichen eine zylindrische bzw. ovale Form, wobei die Rotationsachse der Luftströmung unter-In diesel internal combustion engines with transverse scavenging, it is known that essentially diametrically opposed positions of the cylinder are provided for the inlet and outlet of the scavenging air, while with reverse scavenging, both the inlet and the outlet of the scavenging air take place essentially on the same side of the cylinder. In such diesel internal combustion engines, the nozzle bores of the fuel injection nozzle have hitherto been arranged so as to be evenly distributed over the circumference of the nozzle. When operating such diesel internal combustion engines, air vortices generated by the flushing process are present in the combustion chamber during the injection and combustion phases. These air vortices are essentially cylindrical or oval in shape, with the axis of rotation of the air flow below
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- r- - r-
halb der Brennstoffeinspritzdüse im wesentlichen quer zur vertikalen Symmetrieebene der Spül- bzw. Auslassschlitze liegt. Die im parallel zur Zylinderachse gerichteten Strömungsbereich dieser rotierenden Luftmasse liegenden Brennstoffstrahlen werden somit gegen den Zylinderkopf bzw. gegen die Kurbelwelle hin abgelenkt, je nach ihrer Lage im Verhältnis zu den Spül- bzw. Auslassschlitzen. Die im quer zur Zylinderachse gerichteten Strömungsbereich der genannten rotierenden Luftmasse liegenden Brennstoffstrahlen werden entsprechend in Zylinderumfangsrichtung abgelenkt, so dass die Abstände zwischen den Brennstoffstrahlen ungleichmässig werden. Da der quer zur Zylinderachse gerichtete Strömungsbereich zwei entgegengesetzte, im wesentlichen parallele Strömungsrichtungen aufweist, wird zudem eine Deformation der in diesem Strömungsbereich liegenden Brennstoffstrahlen im Sinne einer Auseinanderzerrung bzw. Verflachung bewirkt.half of the fuel injector is essentially transverse to the vertical plane of symmetry of the flushing or outlet slots. The fuel jets lying in the flow area of this rotating air mass directed parallel to the cylinder axis are thus deflected towards the cylinder head or towards the crankshaft, depending on their position in relation to the scavenging or outlet slots. The fuel jets lying in the flow area of said rotating air mass directed transversely to the cylinder axis are correspondingly deflected in the circumferential direction of the cylinder, so that the distances between the fuel jets become uneven. Since the flow area directed transversely to the cylinder axis has two opposite, essentially parallel flow directions, a deformation of the fuel jets lying in this flow area in the sense of being pulled apart or flattened is also brought about.
Bei richtungsgestörten und/oder ungleichförmigen Brennstoffstrahlen kann sich jedoch eine ungleichmässige Verteilung des Brennstoffs in den Strahlen sowie im Brennraum ergeben, wodurch die Verbrennung nachteilig beeinflusst wird und starke Rauchentwicklung bzw. Russbildung entstehen kann. Die genannte Ablenkung gegen den Zylinderkopf hin kann dazu führen, dass zu viele Brennstoff-Tropfen auf die gekühlten Brennraumwände auf treffen. Dies führt zu einem teilweise verschleppten Brennver lauf, was ausser der genannten Rauch- und Russbildung eine un- In the case of directionally disturbed and / or non-uniform fuel jets, however, an uneven distribution of the fuel in the jets and in the combustion chamber can result, which adversely affects the combustion and can result in strong smoke or soot formation. The aforementioned deflection towards the cylinder head can lead to too many fuel droplets hitting the cooled combustion chamber walls. This leads to a partially delayed combustion process, which, in addition to the smoke and soot formation mentioned, is an un-
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erwünschte Wirkungsgradverringerung herbeiführen kann. Anderseits kann die genannte Ablenkung gegen die Kurbelwelle hin zu einer Verschiebung der Brennzone in Richtung auf den Rand des Kolbens führen) wodurch eine Ueberhitzung des Werkstoffs im Bereich des Kolbenrandes eintreten kann.can bring about the desired reduction in efficiency. On the other hand, said deflection against the crankshaft towards a Shifting the combustion zone in the direction of the edge of the piston) causing overheating of the material in the area of the Piston edge can occur.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Die'selbrennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art auf konstruktiv einfache Weise so zu verbessern, dass die genannten Störungen des Brennverlaufs vermieden werden.It is the object of the invention to provide a diesel engine to be improved in a structurally simple manner, as mentioned at the beginning, that the mentioned disturbances of the firing process are avoided.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine derartige Anordnung der Düsenbohrungen, dass einer durch den Spülstrom bewirkten Ablenkung der aus den Düsenbohrungen austretenden Brennstoff strahlen entgegengewirkt wird.According to the invention, this object is achieved by such a Arrangement of the nozzle bores that a deflection caused by the flushing flow of the fuel emerging from the nozzle bores radiation is counteracted.
Dabei können die Längsachsen einzelner Düsenbohrungen unter ungleichen Winkeln zur Achse des Einspritzventils geneigt sein. Je nach der Lage der einzelnen Düsenbohrungen im parallel zur Zylinderachse, d. h. gegen den Zylinderkopf bzw. gegen die Kurbelwelle, gerichteten Strömungsbereich, können die Längsachsen der Düsenbohrungen somit in entgegengesetzter Richtung gegen die Kurbelwelle bzw. gegen den Zylinderkopf verschwenkt sein, so dass der Abtrieb bzw. die Ablenkung des aus der Düse austretenden BrennstoffStrahls entsprechend kompensiert wird.The longitudinal axes of individual nozzle bores can be inclined at unequal angles to the axis of the injection valve. Depending on the position of the individual nozzle bores in the flow area directed parallel to the cylinder axis, ie against the cylinder head or against the crankshaft, the longitudinal axes of the nozzle bores can thus be pivoted in the opposite direction against the crankshaft or against the cylinder head, so that the output or the deflection of the fuel jet emerging from the nozzle is compensated accordingly.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können auch die Winkel zwischen den Längsachsen benachbarter Düsenbohrungen ungleich sein, derart, dass die von den quer zur Zylinderachse gerichteten Komponenten der Strömung betroffenen Düsenbohrungen gegen die jeweilige Strömungsrichtung geneigt sind.According to a further embodiment of the invention, the angles between the longitudinal axes of adjacent nozzle bores can also be used be unequal, such that the nozzle bores affected by the components of the flow directed transversely to the cylinder axis are inclined against the respective direction of flow.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann auch die Rotationsachse des Kegels, der alle Längsachsen der Düsenbohrungen einer Bohrungsreihe schneidet, um einen Winkel gegenüber der Achse des Brennstoffeinspritzventils verschwenkt sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache fertigungstechnische Ausführung der Erfindung.According to a further advantageous embodiment of the invention The axis of rotation of the cone, which intersects all longitudinal axes of the nozzle bores of a row of bores, can also be at an angle be pivoted relative to the axis of the fuel injector. This enables a particularly simple manufacturing technology Implementation of the invention.
Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen: The invention is explained in more detail on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the following drawing. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Zylinders eines umkehrgespülten Dieselmotors im Längsschnitt mit Angabe der hauptsächlichen Spülstromrichtungen,1 shows a schematic representation of a cylinder of a reverse-scavenged diesel engine in longitudinal section with information the main flush flow directions,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Brennraum eines Dieselmotors mit einer Brennstoffeinspritzdüse herkömmlicher Art, Fig. 2 is a longitudinal section through the combustion chamber of a diesel engine with a fuel injection nozzle of conventional type,
Fig. 3 einen Längsschnitt der Brennstoffeinspritzdüse in grösserem Massstab als in Fig. 2, Fig. 3 shows a longitudinal section of the fuel injector in a larger scale than in Fig. 2,
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Fig. 4 einen Längsschnitt einer Brennstoffeinspritzdüse gemäss der Erfindung, Fig. 4 shows a longitudinal section of a fuel injector according to the invention,
Fig. 5 einen Querschnitt durch zwei verschiedene Brennstoffeinspritzdüsenhälften, wobei die obere Hälfte der Figur Düsenbohrungen in herkömmlicher Anordnung zeigt, während die untere Hälfte eine Ausführung der Düsenbohrungen gemäss der Erfindung zeigt, Figure 5, while the lower half, according to the invention. A cross section through two different fuel injectors halves, the top half of the figure shows the nozzle bores in the conventional arrangement of an embodiment of the nozzle bores,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der aus den Düsenbohrungen gemäss Fig. 5 austretenden Brennstoffstrahlen, und FIG. 6 shows a schematic representation of the fuel jets emerging from the nozzle bores according to FIG. 5, and FIG
Fig. 7 einen Querschnitt durch zwei der Brennstoffstrahlen gemäss der Linie VII-VII nach Fig. 7. FIG. 7 shows a cross section through two of the fuel jets along the line VII-VII according to FIG. 7.
Ein Zylinder 10 (Fig. 1, 2) weist eine Zylinderbüchse 12 mit Auslassschlitzen 14 und Spülschlitzen 16 auf, wobei ein Zylinderkopf 18 in bekannter Weise mittels Schrauben 20 auf der Zylinderbüchse befestigt ist. In der Zylinderbüchse 12 ist ein Arbeitskolben 22 zwischen dem oberen Totpunkt OTP und dem unteren Totpunkt UTP auf- und abbeweglich angeordnet. Zwischen der Oberfläche des Kolbens 22 im OTP und dem Zylinderkopf 18 befindet sich der Verbrennungsraum 24. Der Zylinderkopf 18 ist mit einem Einsatz 26 versehen, in dessen Zentrum ein Brennstoffeinspritzventil 28 angeordnet ist. Am unteren Ende des Brennstoffeinspritzventils 28 befindet sich eine Brennstoffeinspritzdüse 30, aus der während des Einspritzvorganges Brennstoff in Richtung der Strahlen 32 in den Verbrennungsraum 24 eingespritzt wird. A cylinder 10 (FIGS. 1, 2) has a cylinder liner 12 with outlet slots 14 and scavenging slots 16, a cylinder head 18 being fastened to the cylinder liner in a known manner by means of screws 20. In the cylinder liner 12, a working piston 22 is arranged so that it can move up and down between the top dead center OTP and the bottom dead center UTP. The combustion chamber 24 is located between the surface of the piston 22 in the OTP and the cylinder head 18. The cylinder head 18 is provided with an insert 26, in the center of which a fuel injection valve 28 is arranged. At the lower end of the fuel injection valve 28 there is a fuel injection nozzle 30, from which fuel is injected into the combustion chamber 24 in the direction of the jets 32 during the injection process.
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Bei der Verbrennung bewegt sich der Arbeitskolben 22 nach unten, wobei der Auspuff durch die Auslassschlitze 14 erfolgt. Bei der weiteren Kolbenbewegung nach unten öffnen sich die Spülschlitze und Spülluft strömt gemäss den Pfeilen durch den Zylinder. Bei der Kolbenbewegung nach oben entstehen die mit den Pfeilen 34 bezeichneten Luftwirbel, deren Rotationsachse im wesentlichen quer zur vertikalen Symmetrieebene der Spül- bzw. Auslassschlitze liegt.During combustion, the working piston 22 moves downwards, the exhaust taking place through the outlet slots 14. In the further downward piston movement, the scavenging slots open and scavenging air flows through the cylinder according to the arrows. In the Piston movement upwards creates the air vortices indicated by arrows 34, the axis of rotation of which is essentially transverse to the vertical plane of symmetry of the flushing or outlet slots.
Die Brennstoffeinspritzdüse 30 ist als Teil des gehäuseartigen Ventilkörpers 36 ausgebildet, in dem eine den Verschlussteil des Ventils bildende Nadel 38 axial beweglich geführt ist. Die Nadel 38 und der Ventilkörper 36 weisen je eine konische Sitzfläche 40 bzw. 42 auf, die zusammen in der in Fig. 3 gezeichneten Stellung einen dichten Abschluss des Brennstoffeinspritzventils 28 bilden.The fuel injector 30 is designed as part of the housing-like valve body 36, in which the closure part of the Valve forming needle 38 is axially movably guided. The needle 38 and the valve body 36 each have a conical seat surface 40 and 42, which together form a tight seal of the fuel injector 28 in the position shown in FIG. 3.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, weist die Brennstoffeinspritzdüse 30 Düsenbohrungen 44 auf, welche gleichmässig über den Umfang der Brennstoffeinspritzdüse 30 verteilt angeordnet sind. Zwei dieser Düsenbohrungen sind in Fig. 3 im Schnitt dargestellt. Die Achsen dieser Düsenbohrungen stehen im wesentlichen unter dem gleichen Winkel O< zur Achse 46 des Brennstoff einspritzventil 28.As can be seen from Fig. 3, the fuel injection nozzle 30 has nozzle bores 44 which are uniform over the circumference of the Fuel injector 30 are arranged distributed. Two of these nozzle bores are shown in section in FIG. 3. The axes these nozzle bores are essentially at the same angle O < to the axis 46 of the fuel injector 28.
Wie in Fig. 4 dargestellt, ist demgegenüber die Achse der Düsenbohrung 47 gegen die mit dem Pfeil 34 bezeichnete Luftströmungsrichtung geneigt und bildet den Winkel/^mIt der Achse 46 des Brenn-As shown in Fig. 4, on the other hand, is the axis of the nozzle bore 47 inclined against the direction of air flow indicated by the arrow 34 and forms the angle / ^ with the axis 46 of the combustion
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-ν-ν
/einspritz . / injection.
stoffventils, wobei der Winkel Λin diesem Falle kleiner ist als der Winkel °<. fuel valve, the angle Λ in this case being smaller than the angle ° <.
Wie aus der oberen Hälfte der Fig. 5 hervorgeht, weisen alle benachbarten Düsenbohrungen 44 gleiche Winkelabstände Y^ auf. Die entsprechenden, in der oberen Hälfte der Fig. 6 dargestellten Brennstoffstrahlen weisen hingegen ungleiche Abstände auf, wobei zwei dieser Abstände mit A, und A2 bezeichnet sind. Wie ausserdem aus Fig. 7 ersichtlich ist, weist der sich im wesentlichen quer zur Luftströmung gemäss den Pfeilen 34 befindliche Brennstoff strahl 50 an seinem Ende eine Verbreiterung bzw. Deformation mit im wesentlichen ovalem Querschnitt auf, während der Querschnitt eines ungestörten Strahls als Kreis 51 in Fig. 7 dargestellt ist.. Der sich im wesentlichen parallel zur Luftströmung befindliche Brennstoffstrahl 52 weist statt einer Deformation hauptsächlich eine vertikale Ablenkung nach oben auf.As can be seen from the upper half of FIG. 5, all adjacent nozzle bores 44 have the same angular spacings Y ^ . The corresponding fuel jets shown in the upper half of FIG. 6, on the other hand, have unequal spacings, two of these spacings being denoted by A 1 and A 2. As can also be seen from FIG. 7, the fuel jet 50, which is located essentially transversely to the air flow according to the arrows 34, has a widening or deformation with an essentially oval cross-section at its end, while the cross-section of an undisturbed jet as a circle 51 in 7 is shown. The fuel jet 52, which is essentially parallel to the air flow, has, instead of being deformed, mainly a vertical deflection upwards.
Wie aus der unteren Hälfte der Fig. 5 hervorgeht, sind die Düsenbohrungen 54, 56 gegen die Luftströmungsrichtung gemäss den Pfeilen 34 geneigt, wobei die Winkelabstände fot /31 /4 zwischen den Längsachsen der Düsenbohrungen ungleich sind. Hierdurch wird erreicht, dass die Brennstoffstrahlen gemäss der unteren Hälfte der Fig.As can be seen from the lower half of FIG. 5, the nozzle bores 54, 56 are inclined against the air flow direction according to the arrows 34, the angular distances fot / 31/4 between the longitudinal axes of the nozzle bores being unequal. This ensures that the fuel jets according to the lower half of FIG.
jetzt gleiche Abstände A_ untereinander aufweisen. Wie oben be-now have the same distances A_ from one another. As above
J /en J / en
schrieben, können z.B. die den Brennstoffstrahl 50, 52 zugeordneten Düsenbohrungen 44 auch entsprechend nach unten geneigt werden,for example, those associated with the fuel jet 50, 52 Nozzle bores 44 are also inclined downwards accordingly,
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damit eine allfällige Ablenkung nach oben kompensiert wird. so that any upward deflection is compensated for .
Die Rotationsachse des Kegels, der alle Längsachsen der Düsenbohrungen einer Bohrungsreihe schneidet, fällt gemäss Fig. 3 mit der Achse 46 des Einspritzventils 28 zusammen. Bei einer Schwenkung der genannten Rotationsachse werden somit die Längsachsen der beiden einander gegenüberstehenden Düsenbohrungen 44 jeweils um den gleichen Betrag nach oben bzw. nach unten ver schwenkt, während der Winkel 2o( zwischen genannten Düsenbohrungen gleich bleibt. The axis of rotation of the cone, which intersects all the longitudinal axes of the nozzle bores of a row of bores, coincides with the axis 46 of the injection valve 28, as shown in FIG. At a pivoting of said rotation axis so the longitudinal axes of the two opposing nozzle bores 44 are each pivoted by the same amount upwards or downwards ver, while the angle 2o (remains the same between said nozzle holes.
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