CH318570A - Four-stroke internal combustion engine - Google Patents

Four-stroke internal combustion engine

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CH318570A
CH318570A CH318570DA CH318570A CH 318570 A CH318570 A CH 318570A CH 318570D A CH318570D A CH 318570DA CH 318570 A CH318570 A CH 318570A
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CH
Switzerland
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sep
valve
air
cylinder
combustion chamber
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Application number
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German (de)
Inventor
Taylor Charles Fayette In Prof
Cooper Livengood James
Wallour Chapin
Original Assignee
Texaco Development Corp
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/42Texaco combustion process
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

  

      Viertakt-Verbrennungsmotor       Die Erfindung betrifft. einen     Viertakt-          Verbrennungsmotor    und soll     insbesondere    bei  der im USA-Patent     Nr.        \'484009        beschriebenen          Motorenart    zur Anwendung gelangen.  



  Der     Viertaktverbrennungsmotor    nach die  ser Erfindung ist ausgerüstet mit einem hin  und her gehenden Kolben und einem Zylin  der, bei dem zwischen Kolben und Zylinder  kopf in der obern     Totpunktlage    des     Kolbens     ein     scheibenförmiger    Verbrennungsraum ge  bildet wird, mit einem     Lufteinlasskanal    zum  Zuführen der Luft in einer Richtung     tangen-          tial    zu dem Verbrennungsraum, mit einem       Tellereinlassventil,    das in ganz angehobener  Stellung mit dem Ventilsitz eine Öffnung     be-          g.renzt,

          deren        Querschnitt    der kleinste ist, den       ilie    Ansaugluft zu passieren hat, mit einem       Abschirmelement    an einer Seite des Ventil  tellers, wobei die Konstruktion solcher Art  ist, dass sie einen Wirbel der Ansaugluft im  Verbrennungsraum     bewirkt,    bei dem die  äussern Teile je Umdrehung der Kurbelwelle  mindestens fünfmal um die Zylinderachse       kreisen,    mit auf dem Umfang des Verbren  nungsraumes angeordneten     Brennstoffein-          spritzmitteln,

      mit Mitteln zum Einleiten des       Einspritzvorganges    für den Brennstoff 75  bis     30     vor der obern     Totpunktlage    im Kom  pressionstakt des Kolbens, mit Mitteln zum       Zünden,    die auf dem Umfang des Verbren  nungsraumes um einen     Winkel    von weniger    als 90  gegenüber den     Brennstoffeinspritz-          mitteln    versetzt angeordnet sind. Es wurde  festgestellt, dass die Umfangsgeschwindigkeit  des Wirbels von der Drehzahl des Motors ab  hängt und dass sie etwa im gleichen Verhält  nis     wie    die Motordrehzahl zunimmt.

   Bei Mo  tordrehzahlen bis zu 2400 U/min, entspre  chend einer mittleren     Kolbengeschwindigkeit     bis zu 9,15 m/s, arbeiten die bisherigen Aus  führungsformen von Motoren dieser Art hin  sichtlich klopffreier Verbrennung zufrieden  stellend und mit angemessenem Wirkungs  grad. Bei dem Versuch, einen     sehnellaufen-          Motor    mit obigen Merkmalen für wechselnde  Belastung mit einer Obergrenze des normalen       Betriebsdrehzahlbereiches,    die einer mittleren  Kolbengeschwindigkeit von mehr als 10 m/s  entspricht, zu schaffen, trat infolge des ge  ringen v     olumetrischen        Wirkungsgrades    des  Motors ein fühlbares Absinken der Maximal  leistung ein.  



  Der Zweck der Erfindung besteht in der  Schaffung eines verbesserten Viertaktmotors  der genannten Art, bei dem nicht nur die  geforderte hohe     Luftwirbelgesehwindigkeit    er  zeugt, sondern auch ein wesentlich verbesser  ter     volumetrischer    Wirkungsgrad erzielt wird,  um die Maximalleistung bei hohen, einer mitt  leren Kolbengeschwindigkeit von mehr als  10 m/s entsprechenden Motordrehzahlen zu  erhöhen.

        Nach der vorliegenden Erfindung ist der       Viertaktverbrennungsmotor    dadurch gekenn  zeichnet, dass der     Lufteinlasskanal    einen ge  raden Teil aufweist, dem vor dem     Einlass-          v        entil    ein allmählich gebogener Teil folgt, der  die Luft dem     Einlassventil    mit einer     Abwärts-          neigung    gegenüber dem geraden Teil von  weniger als 45  zuführt,

   wobei der Querschnitt  des     Lufteinlasskanals    sieh in Richtung des  Luftstromes allmählich von einem kreisrun  den Querschnitt im geraden Teil des Kanals  zu einem angenähert ovalen Querschnitt vor  dem     Einlassv        entil    verändert, wobei die Haupt  achse des ovalen Querschnittes in einer Ebene       senkrecht    zur Achse des Zylinders liegt und  das     Abschirmelement    in dem stromaufwärts  liegenden Halbkreisbogen des     Einlassv        entiltel-          lers    liegt, und dass das     Absehirmelement    eine  Höhe besitzt, die den grössten Ventillab nicht  überschreitet.  



  Ein     Ausführungsbeispiel    des Erfindungs  gegenstandes ist. in den beigefügten Zeichnun  gen veranschaulicht. Es zeigen:       Fig.1    einen Teil eines     Motorenzylinders    in  einem vertikalen Querschnitt nach der Linie  1-1 der     Fig.2    und gewisse Zubehörteile in  Ansicht,

         Fig.    2 einen Horizontalschnitt in der  Ebene der Linie 2-2 der     Fig.1.        Fig.    3 einen Horizontalschnitt nach der  Linie 3-3 der     Fig.4.        Fig.4    einen Vertikalschnitt in der Ebene  der Linie 4-1 der     Fig.    3 und       Fig.    5 einen Schnitt nach der Linie 5-5  der     Fig.4.     



  In     Fig.1    und 2 ist der Motorzylinder mit  10 angedeutet und mit Kühlmantel 11, Kol  ben 12 und einer zu der (nicht dargestellten)  üblichen Kurbelwelle führenden Pleuelstange  13 versehen. In dem Zylinderkopf ist ein       Lufteinlasskanal    15     ausgebildet,    der durch  ein     Einlassv        entil    17 gesteuert wird, das mit  einem sich über 180  erstreckenden     Abschirm-          element    17 versehen ist, dessen Enden auf  einem gleichen Radius des     Verbrennungsrau-          mes    18 liegen.

   Der Zylinderkopf besitzt auch  einen nicht dargestellten     Auspiüikanal,    der         durch    ein     Auspufftellerventil    7 9     gesteuert     wird.  



  In einer     geeigneten        Ausnehmung    des Zy  linderkopfes ist eine     Bremistoffeinspritzdüse     20 montiert, die einen Kopf 21 aufweist, der  so gerichtet ist,     da.ss    er in der     durch    den  Pfeil 23 angedeuteten Richtung des Luftwir  bels einen Sprühkegel 22 in den Verbren  nungsraum 7.8 abgibt.

   In     einer    zweiten geeig  neten     Ausnehmung    ist eine Zündkerze 24  montiert, deren     lClektroden    25 im Bereich der       Mantelfläelie    des     Verbrennungsraumes,        um     weniger als 90      gegenüber    dem     Düsenkopf    21  versetzt, dicht am Rand des Brennstoffkegels  22 angeordnet sind.

   Die     Anordnung    ist. der  art getroffen, dass der     versprühte        Brennstoff     die Elektroden 25 nicht benetzt, letztere je  doch von dem brennbaren     Brennstoff-Luft-          Gemiseh        beaufsehlagt    werden, das aus der  zuerst.     eingespritzten        Brennstoffteilmenge     durch die Wirbelluft abgelenkt wird. Die  Zündkerze 24 ist     durch    eine     Zuleitung    26 in  einen üblichen     Zündstromkreis    eingeschaltet.

    Die     Brennstoffeinspritzdüse    20 steht.     über    die  ein     Rüekschlagventil    29 enthaltende Brenn  stoffzuleitung 28 mit einer Brennstoffpumpe  30 üblicher Art in Verbindung, die einen  Kolben 31 aufweist, der durch eine     Nocke    32  der mit halber     11-Iotordrehzahl    laufenden     Nok-          kenwelle   <B>33</B> angetrieben wird.

   Es versteht  sich, dass die Brennstoffpumpe flüssigen  Brennstoff durch die     Brennstoffleitung    35  aus dem Brennstoffbehälter 34 saut und  diesen Brennstoff mit einem Druck von etwa  35-210     kg/em2    durch die     Leitung    28 der mit  dem nicht     gezeigten    Zapfenventil üblicher  Art versehenen Einspritzdüse 20 zuführt. Die  Brennstoffpumpe ist von üblicher Bauart und  derart konstruiert, dass der Zeitpunkt und  die Dauer der Brennstoffeinspritzung der Be  lastung des     'Motors    entsprechend gesteuert       wird.     



  Die     Fig.3    bis 5 stellen     insbesondere    die  Konstruktion einer     bevorzugten    Ausführungs  form eines     Lufteinlasskanals    15 und     Einlass-          ventils    16 des hier zu     beschreibenden        'Motors     dar. An dem     Eintrittsende    des     Einlasskanals,     das kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist      ein Flansch 37 vorgesehen, um den     Ansehluss     an einem mit einem Luftfilter     versehenes    An  saugrohr in üblicher     Weise    zu ermöglichen.

         Der        Einlasskanal    behält seinen     kreisförmi--en          Querschnitt    von dem Flansch 37 bis zur Linie  38 bei. Von dort an tritt eine allmähliche       @lnderung    des Querschnittes ein, da die untere  Wandfläche 39 etwas ansteigt.     (Fig.4)    und  etwas später die beiden Seitenwände 40 und  41 nach auswärts gewölbt.

   sind     (Fig.3).    Es       ergibt    sieh daher in diesem Bereich vor dem       Einlassventil    16 ein annähernd     ovaler    Quer  schnitt, bei dem die Hauptachse in einer  Ebene     senkrecht.    zur     ZS-linderachse    liegt. Die  obere     Wandfläelie    des     Einlasskanals    ist\ bei 4\?  abwärts     gekrümmt    und geht in einen geneig  ten Teil 43 über. An dieser Stelle hat. die  obere Wandung einen Ansatz 45, in dem die  Führung 46     für    die Spindel. 47 des Ventils  16 eingesetzt ist. Jenseits des Ansatzes 45 ist  die obere Wandung bei 48 abwärts gekrümmt.

    Die     -untere    Wandung des     Einlasskanals    weist  anschliessend an die ansteigende Fläche 39  eine mit einer sehr sanften Kurve absinkende  Fläche 50, die an der der Wandung 48 gegen  überliegenden Seite des Ventilsitzes endet, auf  der auch das     Absehirmelement    17 des Ventils  angeordnet ist. Jenseits der sich auswärts er  weiternden Teile 40 und 41 sind die Seiten  wände des Kanals bei 52 und 53 sanft ein  wärts gekrümmt und ergeben in einem zur  Strömungsrichtung rechtwinkligen Schnitt       (Fig.    5) unmittelbar oberhalb des Ventilsitzes       annähernd    ovalen Querschnitt, mit Ausnahme  der Stelle, an welcher der Ansatz 45 mit der  Ventilführung vorgesehen ist.

   Beim Schnitt       5-5        (Fig.4)    ist die Strömungsrichtung um  einen Winkel von weniger als 45  gegenüber  der Achse des geradlinigen Teils nach ab  wärts     geneigt.     



  Insgesamt ergibt sieh,     da.ss    die durch den       Einlasskanal    strömende Luft ihre Richtung       nur    allmählich ändert und die sie behindern  den oder ablenkenden Teile auf ein Minimum  reduziert sind. Damit ist während des Saug  hubes des Kolbens 12 eine Strömung der an  gesaugten Luft durch die halbringförmige  Ventilöffnung in Richtung der Pfeile 55         (Fig.    1.) gesichert. Aus     Fig.    1 geht hervor, dass       das        Abschirmelement    1.7 auf der dem Luft  einlasskanal 15 zugewendeten Seite des Ven  tils vorgesehen ist.

   Dieses     Absehirmelement     1.7 besitzt eine Höhe h, die nicht grösser ist als  der grösste Ventilhub, und bei Öffnung des  Ventils im vollen Ausmass des Ventilhubes  schliesst der obere Rand 56 des     Abschirm-          elementes    im wesentlichen mit der gekrümm  ten Fläche 50 des Ventilsitzes bündig ab oder  befindet sich nur wenig darunter. Dadurch  wird eine Störung des Luftstromes durch das       Abschirmelement,    wenn das Ventil ganz offen  ist, vermieden, da das     Absehirmelement    dann  nicht in den Luftstrom hineinragt.

   Infolge der  Abdeckung von l80  des Kanals durch das       Absehirmelement    17 wird die Luft, durch den  sich über 180  erstreckenden, an der zum     Ab-          sehirmelement    entgegengesetzten Seite gelege  nen     Ventildurchlass    geleitet und tritt mit  einer     Abwärtsneigung    von weniger als 45  in  den Verbrennungsraum ein.  



  Es sei bemerkt, dass das hängende     Einlass-          ventil    16 und das Auspuffventil 19 über     Kipp-          hebel    und Stössel von Nocken einer Nocken  welle. üblicher Art angetrieben werden, die in  der üblichen Weise mit der halben Motor  drehzahl läuft.  



  Es zeigt sieh,     da.ss    ausser dem Durch  messer der     Zylinderbohrtmg    und dem Hub  des Motors, die im allgemeinen entsprechend  dem beabsichtigten Typ und dem beabsich  tigten Zweck festgelegt werden, der Durch  messer des     Einlassventils    für die     Erfüllung     der hier beschriebenen Aufgaben von gro  sser Bedeutung ist. Allgemein kann fest  gestellt werden, dass der Durchmesser des       Einlassventils,    wie in     Fig.2    dargestellt, ver  hältnismässig gross und der Aussenrand des  Ventiltellers der Mantelfläche des Zylinders  eng benachbart ist.

   Ausserdem     liegt    die  Mitte des     Einlassventils    auf einem Radius  von 0,4 bis 0,6 des Zylinderradius von der  Zylinderachse entfernt. Da zwischen Ventil  und Zylinderwand etwas Spiel vorhanden  sein muss, hat der mit dein     Einlassventil     konzentrische, zur Zylinderwand     tangentiale     Kreis etwa das     1,05faehe    des Ventildurchmes-           sers    bei einem flüssigkeitsgekühlten Motor,  der keinen     Ventilsitzring    erfordert, und das       1,1.Ofaclle    des Ventildurchmessers für einen  Motor mit     Ventilsitzring.     



  Bei     vorstehenden        Ausführungsformen    ist  es wichtig, dass der kleinste Querschnitt, der  die den     Einlasskanal    durchströmende Luft zu  passieren hat, sieh am Ventilsitz befindet, und  zwar an dem halbringförmigen     Durchlass,    der  bei     Maximalhub    des Ventils nicht durch das       Abschirmelement    17 abgedeckt ist. Daher hat  der halbringförmige     Durchlass    die Wirkung  einer Düsenöffnung, die die Luft in den     Ver-          brennungsrauiu    18 in einer Weise lenkt, dass  in Richtung des Pfeils 23 in der Verbren  nungskammer ein Luftwirbel entsteht.

   Die  Umfangsgeschwindigkeit dieses     W'4        irbels    wird       durch    -Messungen nach dem folgenden Ver  fahren ermittelt.  



  In einen mit Fenster     versehenen    Motor  zylinder wird ein feiner Strahl von Brenn  stoff eingespritzt, um eine kleine \Volke  brennbarer Mischung zu bilden, die im     Wil-          bel    durch den     Verbrennungsraum    geführt  wird, und die Zündkerze wird gleichzeitig  weiter in den Zylinder geschoben oder weiter  zurückgezogen. Wenn bei solch kleiner Wolke  brennbarer Mischung der Funke zu früh oder  zu spät, erfolgt, so zeigt der Motor eine Fehl  zündung, und im Fenster des Zylinders wird  keine Verbrennung sichtbar.

   Auf solche Weise  kann also durch Verschieben der Zündkerze,  bis die Verbrennung erfolgt, die für die Be  wegung im Wirbel vom     Einspritzpunkt        zur     Zündkerze verlaufende Zeit festgestellt und  dann die Umfangsgeschwindigkeit des Wir  bels in erster     Annäherung    berechnet     werden.     



  In einem weiteren Versuch wird der klei  nen Wolke brennbarer     lIisehung    ermöglicht,  sich im Wirbel ganz durch den Verbrennungs  raum und zurück zur     Zündkerze    zu bewegen,  bevor die Wolke gezündet. wird. Wiederum  wird die dazu notwendige Zeit bestimmt, wor  aus sich ein genauerer Wert für die U m  fangsgesehwindigkeit ermitteln     lässt.     



  Bei dem hier beschriebenen     Klotor    ist die       Umfangsgeschwindigkeit    des Wirbels in der    obern     Totpunktlage    des Kolbens derart, dass  je Umdrehung der.     Kurbelwelle    die     äussei-3i     Wirbelteile mindestens fünfmal     uni    die     Zylin-          derachse    kreisen.  



       Fig.    1 zeigt den Kolben     1'3    im wesent  lichen am Tiefpunkt     seines    Saughubes,     wäll-          rend    die Luft noch durch das offene     Einlass-          ventil    strömt.

   Im ersten Teil des     Verdich-          tungshubes    wird das     Einlassventil    geschlossen       lind    die Wirbelluft in den scheibenförmigen       Verbrennungsraum        1_s'    verdichtet, während  die rasche     Wirbelung    der Luft im     wesent-          liehen        unvermindert    aufrechterhalten wird.

    Etwa 75-30  vor dem     obern    Totpunkt     des          Kolbens    beim     Verdichtungshub        be-iinit    die  Brennstoffeinspritzung aus der Düse 20       (Fig.    2) in der     Richtung    des Luftwirbels.

   Der       Strahlkegel        \?2        dringt    in eine örtliche Teil  menge     der        zusaminen-epressten    Luft ein, die  bei dem Ventil     vorbeibewegt    wird, und ist so  angeordnet, dass er gegen die     lIantelfläelie     eine stärker     konzentrierte        Brennstoffmeiloe     richtet als gegen die     -.NIittel.linie,    so dass ent  lang eines Radius des Zylinders ein Luft  Brennstoffgemiseh von annähernd einheit  licher     Zusammensetzung    erhalten wird.

   Nach  einer Kurbeldrehung von etwa. 5-15      naeli     dem Beginn des Einspritzens, im wesentlichen  sobald sieh aus der     ersten    Teilmenge des  eingespritzten Brennstoffes ein brennbares       Brennstoff-Luft-Gemiseh    gebildet und nach  Durchwandern der     kurzen        Entfernung    von  weniger als 90 , allgemein etwa 30-60  von  der Einspritzstelle, \die Elektrode ?5     beauf-          selilagt    hat,     wird    das     Gemiseli    entzündet, so  dass die bei 60     (Fig.        \?)    angedeutete Flam  menfront entsteht,

   die sich im allgemeinen  radial durch den     Verbrennungsraum    er  streckt. Die Flammenfront wandert relativ in  der der Wirbelluft     ent-egengesetzten    Rich  tung; ihr Fortschreiten zur Einspritzdüse  wird jedoch durch die wirbelnde Luft und  durch das zunehmend luftreicher     werdende,     ihre Geschwindigkeit     verzögernde        Gemisch    be  hindert. Somit bleibt die Flammenfront 60  relativ     ztt        Zylinderwand,    Zündkerze und       Brennstoffdüse    im wesentlichen unbeweglich.

        Bei jedem     Arbeitsspiel    erfolgt die Ein  spritzung in einer     auf    die     Umfangsgesehwin-          digkeit    des Luftwirbels abgestimmten Menge       und    in die an der Düse     vorbeiströmende    Wir  belluft,     um    immer neue Teilmengen eines       brennbaren        Brennstoff-Luft-Gemisehes    unmit  telbar vor der gebildeten Flammenfront 60       2.11    erzeugen.

   Die Einspritzung dauert in Je  dem Arbeitszyklus so lange, als für die     Erzeu-          gung    des erforderlichen     @Drehniomentes    not  wendig ist und bei voller Belastung etwa     wäli-          rend    der Zeit eines vollen     Durehlaufes    der  Luft durch den Wirbelweg-.  



  Der     vorliegende    Motor ist im allgemeinen  für     ein        Verdichtungsverhältnis    zwischen     ä    :1  und     1'2:1,        vorzugsweise    etwa. 10:1 kon  struiert.         Während    des     Saughubes        wird    die Luft       dureli    den     Einlasskanal    15 eingezogen, wobei  die beschriebene Form des Ansaugkanals es  ermöglicht, dass die Luft nur mit geringer       Abwärtsneigung    gegen die halbringförmige       Öffnung    gelenkt wird, die durch das Ventil  dargeboten wird.

   Ausserdem ermöglicht es  diese Konstruktion, in der die untere     Wan-          dung    des     Einlasskanals    im wesentlichen längs  der Horizontalebene des Ventilsitzes verläuft,  dass die Luft in den Verbrennungsraum mit  relativ geringer     Abwärtsneigung    eingeführt       wird.    Aus     Fig.5    geht hervor, dass durch die  Verbreiterung des     Lufteinlasskanals    auf     ein-          t    ander gegenüberliegenden Seiten des Ventil  stutzens 54 sanft gekrümmte Kanäle 63 aus  gebildet werden, so dass eine     -leiehmässige     Luftströmung unter Vermeidung von Wirbeln  erzielt wird.

   Diese Faktoren tragen zu einer  hohen     Umfangsgeschwindigkeit    des Wirbels in  Verbindung mit     g-lttem        volumetrisehem        Wir-          hung:5-rad    bei hohen     Motordrehzahlen    bei.    Es wurde angegeben, dass die     Fremdzün-          cIun(V        vorzugsweise    durch     Funkenziinduri-    be  wirkt wird. Es sei jedoch bemerkt, dass auch       andere    Alten der Fremdzündung angewendet  werden können, z. B.

   Zündung mittels     Glüh-          herze    oder     Glühdraht,    unter Verwendung  einer aussen gelegenen Quelle. An Stelle der       elektrischen        Zünclung    können auch andere    Arten der     li'remdzündung        angewandt    werden,  z. B. chemische oder katalytische Zündung.



      Four-stroke internal combustion engine The invention relates to. a four-stroke internal combustion engine and is particularly intended to be used in the type of engine described in U.S. Patent No. 484009.



  The four-stroke internal combustion engine according to this invention is equipped with a reciprocating piston and a cylinder in which a disc-shaped combustion chamber is formed between the piston and cylinder head in the top dead center position of the piston, with an air inlet duct for supplying the air in one direction tangential to the combustion chamber, with a poppet inlet valve which, in the fully raised position, delimits an opening with the valve seat,

          whose cross-section is the smallest that the intake air has to pass, with a shielding element on one side of the valve disk, the construction being such that it causes a vortex of the intake air in the combustion chamber, in which the outer parts per revolution of the crankshaft at least circling five times around the cylinder axis with fuel injectors arranged on the circumference of the combustion chamber,

      with means for initiating the injection process for the fuel 75 to 30 before the top dead center position in the compression stroke of the piston, with means for ignition which are arranged on the circumference of the combustion chamber offset by an angle of less than 90 relative to the fuel injection means. It was found that the peripheral speed of the vortex depends on the speed of the engine and that it increases roughly in the same ratio as the engine speed.

   At engine speeds of up to 2400 rpm, corresponding to an average piston speed of up to 9.15 m / s, the previous embodiments of engines of this type work with respect to knock-free combustion satisfactorily and with reasonable efficiency Sehnellaufen- engine with the above characteristics for changing loads with an upper limit of the normal operating speed range, which corresponds to an average piston speed of more than 10 m / s, occurred due to the ge wrestling volumetric efficiency of the engine, a noticeable drop in the maximum power.



  The purpose of the invention is to create an improved four-stroke engine of the type mentioned, in which not only the required high air vortex speed he testifies, but also a much better ter volumetric efficiency is achieved to the maximum performance at high, a middle piston speed of more than 10 m / s to increase the corresponding engine speeds.

        According to the present invention, the four-stroke internal combustion engine is characterized in that the air intake passage has a straight part, which is followed in front of the intake valve by a gradually curved part, which the air to the intake valve with a downward slope compared to the straight part of less than 45 supplies,

   The cross-section of the air inlet duct in the direction of the air flow gradually changes from a circular cross-section in the straight part of the duct to an approximately oval cross-section in front of the inlet valve, the main axis of the oval cross-section lying in a plane perpendicular to the axis of the cylinder and that Shielding element lies in the upstream semicircular arc of the inlet valve, and that the shielding element has a height which does not exceed the largest valve down.



  An embodiment of the subject invention is. illustrated in the accompanying drawings. They show: FIG. 1 a part of an engine cylinder in a vertical cross section along the line 1-1 of FIG. 2 and certain accessories in a view,

         FIG. 2 is a horizontal section in the plane of the line 2-2 of FIG. FIG. 3 is a horizontal section along the line 3-3 of FIG. 4 shows a vertical section in the plane of the line 4-1 of FIG. 3 and FIG. 5 shows a section along the line 5-5 of FIG.



  In Fig.1 and 2, the engine cylinder is indicated with 10 and provided with cooling jacket 11, Kol ben 12 and a connecting rod 13 leading to the (not shown) conventional crankshaft. An air inlet duct 15 is formed in the cylinder head, which is controlled by an inlet valve 17 which is provided with a shielding element 17 which extends over 180 and whose ends lie on the same radius of the combustion chamber 18.

   The cylinder head also has an exhaust channel, not shown, which is controlled by an exhaust poppet valve 79.



  In a suitable recess of the cylinder head, a fuel injection nozzle 20 is mounted, which has a head 21 which is directed so that it emits a spray cone 22 into the combustion chamber 7.8 in the direction of the air vortex indicated by the arrow 23.

   A spark plug 24 is mounted in a second suitable recess, the electrodes 25 of which are arranged close to the edge of the fuel cone 22 in the region of the outer surface of the combustion chamber, offset by less than 90 relative to the nozzle head 21.

   The arrangement is. taken in such a way that the sprayed fuel does not wet the electrodes 25, but the latter are acted upon by the combustible fuel-air mixture that comes from the first. injected fuel portion is deflected by the fluidized air. The spark plug 24 is connected to a conventional ignition circuit by a lead 26.

    The fuel injector 20 is stationary. Via the fuel supply line 28 containing a non-return valve 29, it is connected to a fuel pump 30 of the usual type, which has a piston 31 which is driven by a cam 32 of the camshaft 33 running at half the engine speed.

   It goes without saying that the fuel pump sucks liquid fuel through the fuel line 35 from the fuel container 34 and feeds this fuel at a pressure of about 35-210 kg / cm2 through the line 28 to the injection nozzle 20 provided with the nozzle valve of the usual type, not shown. The fuel pump is of conventional design and constructed in such a way that the time and duration of the fuel injection is controlled according to the load on the engine.



  3 to 5 particularly show the construction of a preferred embodiment of an air inlet duct 15 and inlet valve 16 of the engine to be described here. At the inlet end of the inlet duct, which has a circular cross-section, a flange 37 is provided around the connection to allow an intake pipe provided with an air filter in the usual way.

         The inlet channel maintains its circular cross section from the flange 37 to the line 38. From there on there is a gradual change in the cross section, since the lower wall surface 39 rises somewhat. (Figure 4) and a little later the two side walls 40 and 41 curved outward.

   are (Fig.3). It therefore results in this area in front of the inlet valve 16 an approximately oval cross-section in which the main axis is perpendicular in a plane. to the ZS linder axis. The upper wall surface of the inlet channel is \ at 4 \? curved downwards and goes into a part 43 inclined th. At this point it has. the upper wall has a projection 45 in which the guide 46 for the spindle. 47 of the valve 16 is inserted. Beyond the extension 45, the top wall is curved downward at 48.

    The lower wall of the inlet channel adjoins the rising surface 39 with a surface 50 that descends with a very gentle curve and ends on the side of the valve seat opposite the wall 48, on which the shielding element 17 of the valve is also arranged. Beyond the outward he widening parts 40 and 41, the side walls of the channel at 52 and 53 are gently curved downwards and result in a section at right angles to the flow direction (Fig. 5) directly above the valve seat, approximately oval cross-section, with the exception of the point on which the projection 45 is provided with the valve guide.

   At section 5-5 (Figure 4), the direction of flow is inclined downwards at an angle of less than 45 relative to the axis of the straight part.



  Overall, the result is that the air flowing through the inlet duct changes its direction only gradually and the parts that obstruct or deflect are reduced to a minimum. Thus, during the suction stroke of the piston 12, a flow of the sucked air through the semi-annular valve opening in the direction of arrows 55 (Fig. 1) is secured. From Fig. 1 it can be seen that the shielding element 1.7 is provided on the side of the valve facing the air inlet channel 15.

   This shield element 1.7 has a height h which is not greater than the largest valve lift, and when the valve is opened to the full extent of the valve lift, the upper edge 56 of the shield element closes or is essentially flush with the curved surface 50 of the valve seat only a little below. This prevents the air flow from being disturbed by the shielding element when the valve is completely open, since the shielding element then does not protrude into the air flow.

   As a result of the passage 180 being covered by the screen element 17, the air is guided through the valve passage extending over 180, on the side opposite the screen element and enters the combustion chamber with a downward slope of less than 45 °.



  It should be noted that the hanging inlet valve 16 and the exhaust valve 19 are connected to cams of a camshaft via rocker arms and tappets. the usual type are driven, which runs in the usual way at half the engine speed.



  It shows that in addition to the diameter of the cylinder bore and the stroke of the engine, which are generally determined according to the intended type and purpose, the diameter of the intake valve is of great importance for the fulfillment of the tasks described here is. In general, it can be stated that the diameter of the inlet valve, as shown in FIG. 2, is relatively large and the outer edge of the valve disk is closely adjacent to the outer surface of the cylinder.

   In addition, the center of the intake valve lies on a radius of 0.4 to 0.6 of the cylinder radius from the cylinder axis. Since there must be some play between the valve and the cylinder wall, the circle that is concentric with the inlet valve and tangential to the cylinder wall is about 1.05 times the valve diameter in a liquid-cooled engine that does not require a valve seat insert, and 1.1 times the valve diameter for an engine with a valve seat insert.



  In the above embodiments, it is important that the smallest cross section that the air flowing through the inlet channel has to pass is located on the valve seat, specifically on the semicircular passage which is not covered by the shielding element 17 when the valve is at its maximum stroke. The semi-annular passage therefore has the effect of a nozzle opening which directs the air into the combustion chamber 18 in such a way that an air vortex is created in the combustion chamber in the direction of the arrow 23.

   The circumferential speed of this spiral is determined by measurements according to the following procedure.



  A fine stream of fuel is injected into a windowed engine cylinder to form a small colony of combustible mixture, which is swirled through the combustion chamber, and the spark plug is pushed further into the cylinder or withdrawn at the same time . If the spark occurs too early or too late with such a small cloud of flammable mixture, the engine shows a misfire and no combustion is visible in the cylinder window.

   In such a way, by moving the spark plug until the combustion takes place, the time running in the vortex from the injection point to the spark plug can be determined and then the peripheral speed of the vortex can be calculated as a first approximation.



  In a further experiment, the small cloud of combustible liquid is allowed to move in the vortex all the way through the combustion chamber and back to the spark plug before the cloud ignites. becomes. The time required for this is again determined, from which a more precise value for the peripheral speed can be determined.



  In the Klotor described here, the circumferential speed of the vortex in the top dead center position of the piston is such that per revolution of the. Crankshaft the outer swivel parts circle at least five times on the cylinder axis.



       1 shows the piston 1'3 essentially at the lowest point of its intake stroke, while the air is still flowing through the open inlet valve.

   In the first part of the compression stroke, the inlet valve is closed and the vortex air is compressed in the disc-shaped combustion chamber 1_s', while the rapid vortexing of the air is maintained essentially undiminished.

    About 75-30 before the top dead center of the piston during the compression stroke, the fuel injection from the nozzle 20 (FIG. 2) begins in the direction of the air vortex.

   The jet cone \? 2 penetrates a local part of the compressed air that is moved past the valve, and is arranged in such a way that it directs a more concentrated fuel mileage against the outer surface than against the middle line, see above that along a radius of the cylinder an air / fuel mixture of approximately uniform composition is obtained.

   After turning the crank for about. 5-15 near the start of injection, essentially as soon as a combustible fuel-air mixture has been formed from the first partial quantity of the injected fuel and after walking the short distance of less than 90, generally around 30-60 from the injection point Electrode? 5, the Gemiseli is ignited so that the flame front indicated at 60 (Fig. \?) Arises,

   which generally extends radially through the combustion chamber. The flame front moves relatively in the opposite direction to the vortex air; however, their progress to the injection nozzle is prevented by the swirling air and by the increasingly air-rich mixture that slows down their speed. Thus, the flame front 60 remains essentially immobile relative to the cylinder wall, spark plug and fuel nozzle.

        In each work cycle, the injection takes place in an amount matched to the circumferential speed of the air vortex and into the hot air flowing past the nozzle in order to generate new subsets of a combustible fuel-air mixture directly in front of the flame front.

   The injection lasts in each working cycle as long as is necessary to generate the required torque and at full load for about the time of a full passage of the air through the vortex path.



  The present engine is generally designed for a compression ratio between ä: 1 and 1'2: 1, preferably about. 10: 1 designed. During the suction stroke, the air is drawn in through the inlet duct 15, the described shape of the suction duct making it possible for the air to be directed only with a slight downward inclination towards the semi-annular opening that is presented by the valve.

   In addition, this construction, in which the lower wall of the inlet channel runs essentially along the horizontal plane of the valve seat, enables the air to be introduced into the combustion chamber with a relatively slight downward slope. From FIG. 5 it can be seen that the widening of the air inlet channel on mutually opposite sides of the valve stub 54 forms gently curved channels 63, so that an air flow like that of the air is achieved while avoiding eddies.

   These factors contribute to a high circumferential speed of the vortex in connection with the g-lttem volumetric curve: 5-rad at high engine speeds. It was stated that the spark ignition (V is preferably effected by spark ignition. It should be noted, however, that other types of spark ignition can also be used, e.g.

   Ignition by means of a glow heart or glow wire, using an external source. Instead of electrical ignition, other types of external ignition can also be used, e.g. B. chemical or catalytic ignition.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Viertaktverbrennungsmotor mit hin und her gehendem Kolben und einem Zylinder, bei dem zwischen Kolben lind Zylinderkopf in der obern Totpunktlage des Kolbens ein scheiben förmiger Verbrennungsraum gebildet wird, mit einem Lufteinlasskanal zum Zuführen der Luft in einer Richtung tangential zli dem Verbrennungsraum, mit einem Tellereinlass- v entil, PATENT CLAIM Four-stroke internal combustion engine with reciprocating pistons and a cylinder, in which a disc-shaped combustion chamber is formed between the piston and cylinder head in the top dead center position of the piston, with an air inlet duct for supplying the air in one direction tangential to the combustion chamber, with a plate inlet Valve, das in ganz angehobener Stellung mit dem Ventilsitz eine Öffnung begrenzt, deren Querschnitt der kleinste ist, den die Ansaug- lift zu passieren hat, mit einem Abschirm- element an einer Seite des Ventiltellers, wo bei die Konstruktion solcher Art ist, dass sie einen Wirbel der Ansaugluft im Verbren nungsraum bewirkt, bei dem die äussern Teile je Umdrehung der Kurbelwelle mindestens fünfmal um die Zylinderachse kreisen, mit auf dem Umfang des Verbrennungsraumes angeordneten Brennstoffeinspritzmitteln, which in the fully raised position with the valve seat delimits an opening, the cross-section of which is the smallest that the intake lift has to pass, with a shielding element on one side of the valve disk, where the construction is such that it creates a vortex causes the intake air in the combustion chamber, in which the outer parts revolve around the cylinder axis at least five times per revolution of the crankshaft, with fuel injection means arranged on the circumference of the combustion chamber, mit Mitteln zum Einleiten des Einspritzvorganges für den Brennstoff 75 bis 30 vor der obern Totpunktlage im Kompressionstakt des Kol bens, mit Mitteln zum Zünden, die auf dem Umfang des Verbrennungsraumes um einen Winkel von weniger als 90 gegenüber Brenn stoffeinspritzmitteln versetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Lufteinlass- kanal einen geraden Teil aufweist, dem vor dem Einlassventil ein allmählich gebogener Teil folgt, with means for initiating the injection process for the fuel 75 to 30 before the top dead center position in the compression stroke of the piston, with means for ignition which are arranged on the circumference of the combustion chamber offset by an angle of less than 90 relative to fuel injection means, characterized in that, that the air inlet duct has a straight part, which is followed by a gradually curved part in front of the inlet valve, der die Luft dem Einlassv entil mit einer Abwärtsneigung gegenüber dem' gera den Teil von weniger als 45 zuführt, wobei der Querschnitt des Lufteinlasskanals sieh in Richtung des Luftstromes allmählich von einem kreisrunden Querschnitt im geraden Teil des Kanals zu einem angenähert ovalen Querschnitt vor dem Einlassventil verändert, which feeds the air to the inlet valve with a downward slope compared to the straight part of less than 45, the cross-section of the air inlet channel gradually changing in the direction of the air flow from a circular cross-section in the straight part of the channel to an approximately oval cross-section in front of the inlet valve , wobei die Hauptachse des ovalen Querschnit tes in einer Ebene senkrecht zur Achse des Zylinders liegt und das Abschirmelement in dem stromaufwärts liegenden Halbkreisbogen des Einlassventiltellers liegt, und dass das Ab- sehirmelement eine IIölte besitzt, die den gröss ten Ventilhub nicht überschreitet. wherein the main axis of the oval cross section lies in a plane perpendicular to the axis of the cylinder and the shielding element lies in the upstream semicircular arc of the inlet valve disk, and that the shielding element has a diameter that does not exceed the largest valve lift. UNTERANSPRUCH Motor nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass der -Mittelpunkt des Ventil sitzes in einem Radiusabstand, der dem 0,4- EMI0006.0007 bis <SEP> 0,6; < zehen <SEP> des <SEP> Z@-linderraditts <SEP> entspricht, <tb> von <SEP> der <SEP> Zvlinderaehse <SEP> lieft <SEP> t, <SEP> wobei <SEP> die <SEP> äussere <tb> Kante <SEP> des <SEP> Ventilsitzes <SEP> so <SEP> beim <SEP> Zylinder umfan <SEP> g <SEP> lie-t, <SEP> dass <SEP> ein <SEP> konzentrischer <SEP> Kreis <SEP> um <tb> das <SEP> Einlassventll, <SEP> der <SEP> die <SEP> Zylinderwand <SEP> be rührt, <SEP> einen <SEP> Durchmesser <SEP> besitzt, <SEP> der <SEP> das <SEP> 1,05 bis <SEP> 1,10faebe <SEP> des <SEP> Ventildure-hmessers <SEP> beträgt. SUBCLAIM Motor according to claim, characterized in that the center point of the valve seat is at a radius distance equal to 0.4 EMI0006.0007 to <SEP> 0.6; <toe <SEP> of <SEP> Z @ -linderraditts <SEP> corresponds, <tb> from <SEP> the <SEP> cylinder frame <SEP> runs <SEP> t, <SEP> where <SEP> is the <SEP> outer <tb> Edge <SEP> of the <SEP> valve seat <SEP> so <SEP> with the <SEP> cylinder encompasses <SEP> g <SEP>, <SEP> that <SEP> is a <SEP> concentric <SEP > Circle <SEP> around <tb> the <SEP> inlet valve, <SEP> the <SEP> touches the <SEP> cylinder wall <SEP>, <SEP> has a <SEP> diameter <SEP>, <SEP> the <SEP> the <SEP > 1.05 to <SEP> 1.10 color <SEP> of the <SEP> valve diameter <SEP>.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2819015A1 (en) * 2000-12-28 2002-07-05 Renault GAS INTAKE SYSTEM IN A COMBUSTION CHAMBER COMPRISING MEANS OF DEFLECTION

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