DE1258178B - Combustion chamber for an internal combustion engine with external ignition - Google Patents
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Description
Verbrennungsraum für eine Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsraum für eine Einspritzbrennkraftmaschine mit Fremdzündung, bei der die Luft bei Annäherung des Kolbens an seinen oberen Totpunkt aus einem Teil des Zylinderraumes in den Brennraum verdrängt wird und bei der die während der Verdichtung aus dem Hubraum des Kolbens in den Brennraum übertretende Luft über eine Prallfläche strömt, auf die der eingespritzte Brennstoff auftrifft. Bei einer bekannten Konstruktion ist die Prallfläche in einem oberen Totraum des Zylinders angeordneten Spalt vorgesehen, während die Zündung des Gemisches in dem oberen Totraum erfolgt. Durch diese Ausbildung ist nicht gewährleistet, daß stets eine gute Durchzündung des Gemisches stattfindet, denn je nach der auf die Prallfläche aufgespritzten Brennstoffmenge ist das mit der Zündkerze in Berührung tretende Gemisch fetter oder magerer.Combustion chamber for an injection internal combustion engine with spark ignition The invention relates to a combustion chamber for an internal combustion engine with spark ignition, in which the air as the piston approaches its top dead center is displaced from part of the cylinder chamber into the combustion chamber and in which the during compression from the displacement of the piston into the combustion chamber Air flows over a baffle on which the injected fuel impinges. In a known construction, the baffle is in an upper dead space of the Cylinder arranged gap provided while the ignition of the mixture in the upper dead space takes place. This training does not guarantee that always a good ignition of the mixture takes place, because depending on the impact on the baffle The amount of fuel sprayed on is the mixture that comes into contact with the spark plug fatter or leaner.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsraum zu schaffen, bei dem eine unbedingte Gewähr für die Entzündung des Gemisches gegeben ist.The object of the invention is to create a combustion chamber in which there is an absolute guarantee that the mixture will ignite.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe von dem Totraum über der Kolbenfläche durch eine die Prallfläche aufweisende Wand eine Verdampfungskamrner abgetrennt, die einerseits über eine Einlaßöffnung mit dem Totraum in Verbindung steht, andererseits eine Auslaßöffnung besitzt, die in den als Hohlraum im Kolben ausgebildeten Brennraum bei oberer Kolbentotpunktstellung weist, und die Zündkerze ist in der Verdampfungskammer oder an deren Auslaßöffnung im Wege des Gasstromes zwischen Prallfläche und Brennraum angeordnet.According to the invention is to solve this problem from the dead space over the piston surface through a wall having the impact surface an evaporation chamber separated, on the one hand via an inlet opening with the dead space in connection stands, on the other hand has an outlet opening into the as a cavity in the piston trained combustion chamber at the top dead center position of the piston, and the spark plug is in the evaporation chamber or at its outlet opening by way of the gas flow arranged between the baffle and the combustion chamber.
Diese Ausbildung gewährleistet, daß der gesamte eingespritzte Brennstoff an der Zündkerze entlanggeführt wird, ohne Rücksicht, ob das zu verbrennende Gemisch fetter oder magerer sein soll, und es wird hiermit eine unbedingte Durchzündung gewährleistet. Gleichzeitig wird das gezündete Gemisch sachgemäß in den Hohlraum des Kolbens geleitet und kann sich von hier aus gleichmäßig nach allen Seiten ausbreiten.This training ensures that all of the injected fuel is guided along the spark plug, regardless of whether the mixture to be burned should be fatter or leaner, and it is hereby an unconditional ignition guaranteed. At the same time, the ignited mixture is properly in the cavity of the piston and can spread from here evenly to all sides.
Für die Erfindung sind viele Ausführungsformen möglich, von denen einige an Hand der Zeichnungen nachstehend näher erläutert werden, die in den Unteransprüchen beansprucht werden. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt durch den Zylinder einer Brennkraftmaschine in einer ersten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt, ähnlich wie F i g. 1, der den Kolben in der oberen Totlage darstellt, F i g. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III der F i g. 1, F i g. 4 einen Querschnitt durch den Zylinder einer Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 5 einen Querschnitt, wie F i g. 4, bei dem der Kolben in der oberen Totlage dargestellt ist, F i g. 6 einen Querschnitt nach Linie VI-VI der Fig.4, F i g. 7 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 8 einen Querschnitt wie F i g. 7, bei dem der Kolben in der oberen Totlage dargestellt ist, F i g. 9 einen Querschnitt nach Linie IX-IX der F i g. 7, F i g. 10 einen Querschnitt durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, F i g. 11 einen Querschnitt wie F i g. 10, bei dem der Kolben im oberen Totpunkt dargestellt ist, F i g. 12 einen Querschnitt nach Linie XII-XII der F i g. 10.Many embodiments are possible for the invention, of which some are explained in more detail below with reference to the drawings, which are in the subclaims are claimed. It shows F i g. 1 shows a cross section through the cylinder of a Internal combustion engine in a first embodiment of the invention, FIG. 2 one Cross-section, similar to FIG. 1, which shows the piston in the top dead center, F i g. 3 shows a cross section along line III-III of FIG. 1, Fig. 4 shows a cross section by the cylinder of an internal combustion engine according to a second embodiment of the Invention, F i g. 5 shows a cross section like FIG. 4, with the piston in the upper Dead position is shown, F i g. 6 shows a cross section along line VI-VI of FIG. F i g. 7 shows a cross section through a cylinder of an internal combustion engine according to FIG third embodiment of the invention, FIG. 8 shows a cross section like FIG. 7, in which the piston is shown in the upper dead position, F i g. 9 shows a cross section according to line IX-IX of FIG. 7, fig. 10 shows a cross section through a cylinder an internal combustion engine according to a fourth embodiment of the invention, FIG. 11 shows a cross section like FIG. 10, in which the piston is shown in top dead center is, F i g. 12 shows a cross section along line XII-XII in FIG. 10.
Das Verbrennungsverfahren, nach dem die erläuterten Ausführungsformen arbeiten, ist stets das gleiche. Das Verfahren wird eingehender beschrieben, nachdem die physikalische Konstruktion aller Ausführungsformen dargelegt worden ist.The combustion method according to which the illustrated embodiments work is always the same. The procedure is described in more detail after the physical construction of all embodiments has been set forth.
Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 3 besitzt ein Zylinderblock 11 eine Zylinderbohrung 12. In der Zylinderbohrung 12 geht ein Kolben 13 hin und her. Ein Zylinderkopf 14 mit einer unteren Fläche 15 verschließt die Zylinderbohrung 12, um eine Verbrennungskammer zu bilden. Einlaß- und Auslaßventile steuern den Strom der Gase in und aus der Zylinderbohrung 12 über Einlaß- und Auslaßöffnungen in dem Zylinderkopf 14, die nicht dargestellt sind. Die Schäfte der Einlaß- und Auslaßventile liegen mit ihren Achsen in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Achse der Zylinderbohrung 12 verläuft. Die untere Fläche der Ventilköpfe liegt im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die untere Fläche 15 des Zylinderkopfes, wenn die Ventile geschlossen sind, um eine ebene Fläche über dem Kolben 13 zu schaffen.In the embodiment according to FIG. 1 to 3, a cylinder block 11 has a cylinder bore 12. A piston 13 moves back and forth in the cylinder bore 12. A cylinder head 14 having a lower surface 15 closes the cylinder bore 12 to form a combustion chamber. Inlet and exhaust valves control the flow of gases into and out of the cylinder bore 12 via inlet and outlet ports in the cylinder head 14, which are not shown. The shafts of the inlet and outlet valves lie with their axes in a common plane which runs parallel to the axis of the cylinder bore 12. The lower surface of the valve heads lies substantially in the same plane as the lower surface 15 of the cylinder head when the valves are closed to provide a flat surface over the piston 13.
Im Kopf des Kolbens 13 ist konzentrisch zur Achse der Zylinderbohrung 12 als Brennraum ein Hohlraum 16 mit im wesentlichen rotationselliptischer Gestalt angeordnet. Der Hohlraum 16 öffnet sich an einer Seite in die Zylinderbohrung 12, und zwar über eine Einlaßöffnung 17. Im oberen Totpunkt (F i g. 2) ist die Kolbenfläche 18, die die Einlaßöffnung 17 umschließt, dicht an der unteren Zylinderkopffläche 15 gelegen, so daß im Totraum über der Kolbenfläche ein verengter Bereich 19 entstanden ist. Das Volumen des Hohlraumes 16 reicht aus, um einen Luftstrom aus dem verengten Bereich 19 des Volumens in den Hohlraum 16 über die Einlaßöffnung 17 hervorzurufen, wenn der Kolben 13 den oberen Totpunkt erreicht. Die Richtung des Luftstromes ist in der F i g. 2 durch einen Pfeil angegeben.In the head of the piston 13 is concentric to the axis of the cylinder bore 12 as a combustion chamber a cavity 16 with a substantially rotationally elliptical shape arranged. The cavity 16 opens on one side into the cylinder bore 12, namely via an inlet port 17. The piston area is at top dead center (FIG. 2) 18, which encloses the inlet port 17, close to the lower cylinder head surface 15, so that a narrowed area 19 was created in the dead space above the piston surface is. The volume of the cavity 16 is sufficient to allow an air flow from the constricted To cause region 19 of the volume in the cavity 16 via the inlet port 17, when the piston 13 reaches top dead center. The direction of the air flow is in FIG. 2 indicated by an arrow.
In dem Zylinderkopf 14 befindet sich eine Verdampfungskammer 21 für den Brennstoff. Die Kammer 21 besitzt eine Einlaßöffnung 22 in der unteren Zylinderkopffläche 15, die mit dem engen Bereich 19 des Volumens in Verbindung steht und die über der Kolbenkopfftäche 18 liegt. In der unteren Fläche 15 des Zylinderkopfes 14 sitzt über der Einlaßöffnung 17 für den Hohlraum 16 eine Auslaßöffnung 23. Das untere Ende der Brennstoffverdampfungskammer 21 wird durch eine Wand 24 begrenzt, die eine obere Fläche 25 besitzt, die als Brennstoffprallfläche in der noch zu beschreibenden Weise wirkt.In the cylinder head 14 there is an evaporation chamber 21 for the fuel. The chamber 21 has an inlet port 22 in the lower cylinder head surface 15, which is in communication with the narrow area 19 of the volume and which is above the Piston head surface 18 lies. In the lower surface 15 of the cylinder head 14 sits Above the inlet opening 17 for the cavity 16 an outlet opening 23. The lower End of the fuel evaporation chamber 21 is limited by a wall 24, the one has upper surface 25, which is used as a fuel baffle in the yet to be described Acts wisely.
In dem Zylinderkopf 14 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 26 schräg angeordnet. Diese Düse 26 fördert aus ihrer Austrittsöffnung durch einen kurzen Übertragungskanal 27 unmittelbar in die Verdampfungskammer 21 für den Brennstoff. Die Auslaßöffnung der Brennstoffeinspritzdüse 26 ist so angeordnet, daß der größere Teil des eingespritzten Brennstoffes als Flüssigkeit sich auf der Prallfläche 25 niederschlägt. Die Brennstoffprallfläche 25 ist von aufwärts weisenden Kanten 28 umgeben, um das Auffangen des Brennstoffes zu erleichtern. Senkrecht in dem Zylinderkopf 14 ist eine Zündkerze 29 vorgesehen. Die Zündkerze 29 reicht mit ihren Elektroden 31 und 32 in die Verdampfungskammer 21 für den Brennstoff hinein.A fuel injection nozzle 26 is inclined in the cylinder head 14 arranged. This nozzle 26 promotes from its outlet opening through a short Transmission channel 27 directly into the evaporation chamber 21 for the fuel. The outlet opening of the fuel injector 26 is arranged so that the larger Part of the injected fuel is deposited as a liquid on the impact surface 25 precipitates. The fuel baffle 25 is formed by upwardly facing edges 28 to make it easier to collect the fuel. Vertical in the cylinder head 14, a spark plug 29 is provided. The spark plug 29 extends with its electrodes 31 and 32 into the evaporation chamber 21 for the fuel.
Bei dem Verbrennungsverfahren, nach dem die Maschine arbeitet, wird eine ungedrosselte Ladung reiner Luft in die Zylinderbohrung 12 beim Einsauhub eingesaugt. Die Art der Leistungsregelung der Maschine ohne Drosselung der Einlaßluft wird später beschrieben, nachdem alle Ausführungsformen erläutert sind. In einem späteren Stadium des Einlaßhubes oder bei Beginn des Kompressionshubes spritzt die Einspritzdüse 26 einen Brennstoffstrahl in die Verdampfungskammer 21. Ein größerer Teil des eingespritzten Brennstoffes schlägt sich als Flüssigkeit auf der Prallfläche 25 (F i g.1) nieder. Die Fläche 25 befindet sich unter höherer Temperatur, da sie unmittelbar bei der Verbrennungskammer liegt, so daß die niedergeschlagenen Brennstoffpartikel rasch verdampfen. Die Verdampfung der Brennstoffpartikel und die Gegenwart des Brennstoffes, der nicht auf die Fläche 25 aufgebracht ist, erzeugt eine reiche Brennstoff-Luft-Mischung in der Verdampfungskammer 21.In the combustion process by which the engine operates, an unthrottled charge of clean air is sucked into the cylinder bore 12 on the intake stroke. The manner of controlling the capacity of the engine without throttling the intake air will be described later after all the embodiments have been explained. At a later stage of the inlet stroke or at the beginning of the compression stroke, the injection nozzle 26 injects a jet of fuel into the evaporation chamber 21. A larger part of the injected fuel is deposited as a liquid on the baffle surface 25 (FIG. 1). The surface 25 is at a higher temperature because it is immediately adjacent to the combustion chamber, so that the precipitated fuel particles evaporate quickly. The evaporation of the fuel particles and the presence of the fuel that is not applied to the surface 25 creates a rich fuel-air mixture in the evaporation chamber 21.
Wenn sich der Kolben 13 aufwärts bewegt und die Ladung in dem Zylinder 12 komprimiert, so tritt aus dem engen Bereich 19 in den Hohlraum 16 über die Einlaßöffnung 17 ein Überströmen von Luft auf. Ein Teil der überströmenden Luft strömt außerdem über die Verdampfungskammer 21 ausgehend von der Einlaßöffnung 22 zur Auslaßöffnung 23. Diese Luftverlagerung ermöglicht es, daß ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Verdampfungskammer 21 in den Hohlraum 16 unter hoher Geschwindigkeit übertritt. Die Geschwindigkeit und Turbulenz des Luftstromes erzeugt wenigstens eine teilweise Mischung des Brennstoff-Luft-Gemisches mit der umgebenden reinen Luft in dem Hohlraum 16.When the piston 13 moves up and the load in the cylinder 12 compressed, so occurs from the narrow area 19 into the cavity 16 via the inlet opening 17 an overflow of air. Part of the overflowing air also flows via the evaporation chamber 21 starting from the inlet opening 22 to the outlet opening 23. This air displacement enables a rich fuel-air mixture passes from the evaporation chamber 21 into the cavity 16 at high speed. The velocity and turbulence of the air flow creates at least some of it Mixing of the fuel-air mixture with the surrounding clean air in the cavity 16.
Zu einer bestimmten Zeit wird die Zündkerze 29 an den Elektroden 31 und 32 gezündet. Die Anordnung der Elektroden 31 und 32 in dem Wege des zu übertragenden Brennstoff-Luft-Gemisches ist so, daß eine stöchiometrische Mischung zur Zeit der Zündung die Elektroden umgibt. Die Verbrennung schreitet rasch in den übrigen Teil der Verbrennungskammer vor, wobei an der Flammenfront die Temperatur und der Druck steigt. Die Drucksteigerung in dem Verdampfungsraum 21 läßt einen Gasstrom sehr hoher Temperatur aus der Auslaßöffnung 23 in den Hohlraum 16 vordringen, so daß eine vollständige Mischung und Verbrennung stattfindet.At a certain time, the spark plug 29 is attached to the electrodes 31 and 32 ignited. The arrangement of the electrodes 31 and 32 in the way of the to be transferred Fuel-air mixture is such that a stoichiometric mixture at the time of Ignition surrounds the electrodes. The burn progresses rapidly to the remaining part the combustion chamber, with the temperature and pressure at the flame front increases. The increase in pressure in the evaporation chamber 21 allows a gas flow very much high temperature penetrate from the outlet opening 23 into the cavity 16, so that complete mixing and combustion takes place.
Die Zündkerze 29 ist mit ihren Elektroden 31 und 32 in der Verdampfungskammer 21 dargestellt, indessen kann sie auch so angeordnet sein, daß sie an der Mündung der Auslaßöffnung 23 sitzt. Bei dieser Zündkerzenanordnung kann eine ebensogute Zündung stattfinden, da ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch aus der Kammer 21 über die Elektroden zur Zeit der Zündung herausgedrückt wird. Bei Anordnung der Zündkerze 29 außerhalb der Kammer 21 dagegen sinkt die rasche Temperatur- und Drucksteigerung, welche das Eindringen in den Hohlraum 16 erhöht.The spark plug 29 is shown with its electrodes 31 and 32 in the evaporation chamber 21, but it can also be arranged so that it sits at the mouth of the outlet opening 23. Ignition can take place just as well with this spark plug arrangement because a rich fuel-air mixture is forced out of the chamber 21 via the electrodes at the time of ignition. When the spark plug 29 is arranged outside the chamber 21, on the other hand, the rapid increase in temperature and pressure, which increases the penetration into the cavity 16 , decreases.
Zuweilen ist es zweckmäßig, den Übergang der Ladung in den Verbrennungshohlraum auf einen späteren Teil des Kompressionshubes zu verschieben. Es kann auch zweckmäßig sein, das Eindringen der Ladung in den Verbrennungshohlraum zu steigern. Die Verbrennungskammer nach den F i g. 4 bis 6 ermöglicht eine verzögerte Verlagerung und eine Steigerung im Eindringen.Sometimes it is convenient to transfer the charge into the combustion cavity to move to a later part of the compression stroke. It can also be expedient be to increase the penetration of the charge into the combustion cavity. The combustion chamber according to the F i g. 4 to 6 allows a delayed shift and an increase in penetration.
In den F i g. 4 bis 6 enthält ein Zylinderblock 41 mit einer Zylinderbohrung 42 einen hin- und hergehenden Kolben 43. Ein Zylinderkopf 44 mit einer unteren Fläche 45 verschließt die Zylinderbohrung 42. Einlaß- und Auslaßventile steuern den Gasstrom in und aus dem Zylinder 42 über Einlaß- und Auslaßöffnungen in dem Zylinderkopf 44, die nicht dargestellt sind. Die Schäfte der Einlaß- und Auslaßventile liegen mit ihren Achsen in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Achse der Zylinderbohrung 42 verläuft. Die unteren Seiten der Ventilköpfe liegen im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die untere Zylinderkopff(äche 45, so daß eine gleichmäßige Fläche über dem größeren Teil des Kolbens 43 vorhanden ist.In the F i g. 4 to 6 includes a cylinder block 41 with a cylinder bore 42, a reciprocating piston 43. A cylinder head 44 having a lower surface 45 closes the cylinder bore 42. Inlet and outlet valves control the gas flow in and out of cylinder 42 via inlet and outlet ports in the cylinder head 44, which are not shown. The shafts of the inlet and outlet valves lie with their axes in a common plane that is parallel to the axis of the cylinder bore 42 runs. The lower sides of the valve heads lie essentially in the same plane as the lower cylinder head (surface 45, so that a uniform Area over the greater part of the piston 43 is present.
Der Kolbenkopf 43 enthält einen Hohlraum 46. Dieser Hohlraum 46 kann als Drehfläche ausgebildet sein und ist vorzugsweise konzentrisch zur Achse des Zylinders 41 ausgebildet. Es kann eine umgekehrte kegelstumpfförmige Gestalt zweckmäßig sein. Der Hohlraum 46 öffnet sich in die Zylinderbohrung 42 über eine Einlaßöffnung 47, die zu dem Hohlraum 46 einseitig versetzt ist. Der Hohlraum 46 besitzt ausreichend Volumen, um einen Luftübergang während der Kompression aus einem Bereich minimalen Raumes zwischen der Zylinderkopffläche 45 und der Kolbenkopffläche 48 rings um die Einlaßfläche 47 herum zu ermöglichen.The piston head 43 contains a cavity 46. This cavity 46 can be designed as a rotating surface and is preferably designed concentrically to the axis of the cylinder 41. An inverted frustoconical shape may be appropriate. The cavity 46 opens into the cylinder bore 42 via an inlet opening 47 which is offset on one side with respect to the cavity 46. The cavity 46 has sufficient volume to allow air passage during compression from an area of minimal space between the cylinder head surface 45 and the piston head surface 48 around the inlet surface 47.
An dem Zylinderkopf 44 ist eine Brennstoffverdampfungsplatte 49 so befestigt, daß sie über der Einlaßöffnung 47 liegt. Diese Platte 49 besitzt eine untere Fläche 51 sowie eine Seitenwand 52. Die untere Fläche 51 und ein Teil der Seitenwand 52 können in die Einlaßöffnung 47 eingreifen, wenn der Kolben 43 im oberen Totpunkt steht (F i g. 5) sowie über einen Teil des Kurbelwinkels vor dem oberen Totpunkt. In der Brennstoffverdampfungsplatte 49 befindet sich in der Achse der Zylinderbohrung 42 eine etwa toroidal gestaltete Prallfläche 53 für den Brennstoff. Die Prallfläche 53 für den Brennstoff hat etwas Abstand von der Zylinderkopffläche 45, um eine Verdampfungskammer 54 zu bilden. Ein hohler zylindrischer Vorsprung 55 des Zylinderkopfes 44 reicht in die Verdampfungskammer 54 konzentrisch zur Prallfläche 53 hinein. Am Umfang der Seitenwand 52 über dem Teil, der in die Einlaßöffnung 47 in oberer Totpunktlage eingreift, ist eine Anzahl Einlaßöffnungen 56 vorgesehen. Eine Auslaßöffnung 57 ist in der unteren Fläche 51 an einer Seite der Prallfläche 53 angeordnet.A fuel evaporation plate 49 is attached to the cylinder head 44 so that it lies over the inlet port 47. This plate 49 has a lower surface 51 and a side wall 52. The lower surface 51 and part of the side wall 52 can engage in the inlet opening 47 when the piston 43 is at top dead center (FIG. 5) and over part of the Crank angle before top dead center. An approximately toroidal baffle surface 53 for the fuel is located in the fuel evaporation plate 49 in the axis of the cylinder bore 42. The fuel baffle 53 is spaced somewhat from the cylinder head face 45 to form an evaporation chamber 54. A hollow cylindrical projection 55 of the cylinder head 44 extends into the evaporation chamber 54 concentrically to the impact surface 53. A number of inlet openings 56 are provided on the circumference of the side wall 52 above the part which engages the inlet opening 47 in the top dead center position. An outlet opening 57 is arranged in the lower surface 51 on one side of the baffle 53.
Die Brennstoffeinspritzdüse 58 sitzt senkrecht in dem Zylinderkopf 44, und ihre Auslaßöffnung liegt in der Mitte des hohlen zylindrischen Vorsprungs 55. Die Auslaßöffnung der Brennstoffeinspritzdüse 58 liegt über dem höchsten Punkt der Brennstoffprallfläche 53 und spritzt direkt auf diese. Der Brennstoff, der auf die Prallfläche 53 auftrifft, verdampft rasch infolge der erhöhten Temperatur und füllt die Verdampfungskammer 54 mit einem reichen Brennstoff-Luft-Gemisch.The fuel injector 58 sits vertically in the cylinder head 44 and its outlet opening is in the center of the hollow cylindrical projection 55. The outlet opening of the fuel injector 58 is above the highest point of the fuel baffle 53 and sprays directly onto it. The fuel that hits the baffle 53 evaporates rapidly due to the increased temperature and fills the evaporation chamber 54 with a rich fuel-air mixture.
Während der Kompression wird das reiche Brennstoff-Luft-Gemisch über die Auslaßöffnung 57 in den Zylinder 41 verlagert, und zwar infolge des aus dem Totraum verdrängten Luftstromes. Die Hauptmasse des Brennstoffüberganges wird verzögert, bis der Kolben 43 nahezu den oberen Totpunkt erreicht (F i g. 5). Zu dieser Zeit behindert der Umfang der Brennstoffverdampfungsplatte 49 die Einlaßöffnung 47. Daher findet der Luftübergang aus dem verengten Bereich über die Einlaßöffnungen 56 in der Verdampfungskammer 54 statt. Die Luft strömt dann über die Auslaßöffnung 57 in den Hohlraum 46. Der starke Luftstrom über die Brennstoffaufprallfläche 53 nimmt allen unverdampften flüssigen Brennstoff von der Fläche über die Öffnung 57 in den Hohlraum 46 mit.During the compression, the rich fuel-air mixture is displaced via the outlet opening 57 into the cylinder 41 , as a result of the air flow displaced from the dead space. The bulk of the fuel transition is delayed until the piston 43 almost reaches top dead center (FIG. 5). At this time, the periphery of the fuel evaporation plate 49 obstructs the inlet port 47. Therefore, the air transfer from the narrowed area via the inlet ports 56 in the evaporation chamber 54 takes place. The air then flows through the outlet opening 57 into the cavity 46. The strong air flow over the fuel impingement surface 53 carries with it any non-vaporized liquid fuel from the surface through the opening 57 into the cavity 46.
In dem Zylinderkopf 44 ist eine Zündkerze 59 angeordnet, deren Elektroden 61 und 62 über der Auslaßöffnung 57 liegen. An den Elektroden 61 und 62 ist zur Zeit der Zündung ein reiches Gemisch an Brennstoff und Luft vorhanden, und zwar infolge der Verlagerung der Mischung, die stattfindet. Da das lokal reiche Gemisch gezündet wird, tritt in dem Hohlraum 46 eine rasche Druck- und Temperatursteigerung auf. Die Temperatursteigerung sichert die Verbrennung des mageren Brennstoff-Luft-Gemisches in dem Hohlraum 46.In the cylinder head 44, a spark plug 59 is arranged, the electrodes 61 and 62 are above the outlet port 57. At the electrodes 61 and 62 is to A rich mixture of fuel and air is present at the time of ignition as a result of the shift in the mix that takes place. Because the locally rich mixture is ignited, occurs in the cavity 46 a rapid increase in pressure and temperature on. The increase in temperature ensures the combustion of the lean fuel-air mixture in cavity 46.
Das gesteigerte Eindringen und verzögerte übertragen der Ladung bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 4 bis 6 kann auch durch Benutzung eines abgestuften Kolbens erreicht werden, wie es in F i g. 7 bis 9 und in F i g. 10 bis 12 dargestellt ist. Nach den F i g. 7 bis 9 besitzt ein Zylinderblock 71 eine Zylinderbohrung 72, in der ein Kolben 73 hin- und hergeht. Ein Zylinderkopf 74 besitzt eine untere Fläche 75, welche die Zylinderbohrung 72 abschließt. Einlaß- und Auslaßventile steuern den Gasstrom in und aus dem Zylinder 72 über Einlaß- und Auslaßöffnungen im Zylinderkopf 74, die nicht dargestellt sind. Die Schäfte der Einlaß- und Auslaßventile liegen mit ihren Achsen in einer gemeinsamen Ebene, die parallel zur Achse der Zylinderbohrung 72 verläuft. Die unteren Flächen der Ventilköpfe liegen im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die untere Zylinderkopffläche 75, so daß eine einzige ebene Fläche über dem größten Teil des Kolbens 73 vorhanden ist.The increased penetration and delayed transfer of the charge in the embodiment of FIG. 4-6 can also be achieved using a stepped piston as shown in FIG. 7 to 9 and in FIG. 10 to 12 is shown. According to the F i g. 7 to 9, a cylinder block 71 has a cylinder bore 72 in which a piston 73 reciprocates. A cylinder head 74 has a lower surface 75 which closes off the cylinder bore 72. Inlet and exhaust valves control the flow of gas into and out of cylinder 72 via inlet and outlet ports in cylinder head 74, which are not shown. The shafts of the inlet and outlet valves lie with their axes in a common plane which runs parallel to the axis of the cylinder bore 72. The lower surfaces of the valve heads lie substantially in the same plane as the lower cylinder head surface 75 so that a single flat surface is present over most of the piston 73.
Der Kolben 73 besitzt einen Hohlraum 76, der rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Der Hohlraum 76 ist an einer Seite nach dem Zylinder 72 hin offen, und zwar über eine Einlaßöffnung 77. An der einen Seite des Kolbens 72 ist ein zweiter abgeteilter zylindrischer Hohlraum 78 vorgesehen. Ein zylindrischer Vorsprung 79 des Zylinderkopfes 74 liegt über dem zweiten Hohlraum 78 und kann einen wesentlichen Teil des Volumens des zweiten Hohlraumes 78 verdrängen, wenn der Kolben 73 sich dem oberen Totpunkt (F i g. 9) nähert.The piston 73 has a cavity 76 which is designed to be rotationally symmetrical. The cavity 76 is open on one side to the cylinder 72, to be precise via an inlet opening 77. On one side of the piston 72, a second divided cylindrical cavity 78 is provided. A cylindrical projection 79 of the cylinder head 74 overlies the second cavity 78 and can displace a substantial part of the volume of the second cavity 78 as the piston 73 approaches top dead center (FIG. 9).
Eine Brennstoffverdampfungskammer 80 in dem Zylinderkopf 74 besitzt eine Einlaßöffnung 81, die durch den Vorsprung 79 hindurchreicht und in seiner unteren Fläche endigt. Eine Auslaßöffnung 82 reicht von dem Hohlraum 80 in einen Bereich in der unteren Zylinderkopffläche 75, der über der Einlaßöffnung 77 des Hohlraumes 76 liegt. Eine Brennstoffaufprallfläche 83 bildet die untere Seite der Verdampfungskammer 80 und reicht von einer Stelle über dem Hohlraum 78 bis an eine Stelle, die über der Einlaßöffnung 77 liegt. An beiden Seiten der Prallfläche 83 sind erhöhte Ränder 84 vorgesehen.A fuel vaporization chamber 80 in the cylinder head 74 has an inlet port 81 which extends through the projection 79 and terminates in its lower surface. An outlet opening 82 extends from the cavity 80 into an area in the lower cylinder head surface 75 which is above the inlet opening 77 of the cavity 76. A fuel impingement surface 83 forms the lower side of the vaporization chamber 80 and extends from a location above the cavity 78 to a location above the inlet opening 77. Raised edges 84 are provided on both sides of the baffle 83.
In den Zylinderkopf 74 ist eine Einspritzdüse 85 schräg eingesetzt. Die Einspritzdüse 85 spritzt von ihrer Auslaßöffnung über einen kurzen Kanal 86 in die Verdampfungskammer 80. Die Prallfläche 83 liegt in der Richtung der eingespritzten Brennstoffpartikel, wodurch ein wesentlicher Teil des eingespritzten Brennstoffes als Flüssigkeit auf der Prallfläche 83 niedergeschlagen wird.An injection nozzle 85 is inserted at an angle into the cylinder head 74. The injection nozzle 85 sprays from its outlet opening through a short channel 86 into the evaporation chamber 80. The baffle 83 lies in the direction of the injected fuel particles, whereby a substantial part of the injected fuel is deposited on the baffle 83 as liquid.
Der Brennstoff wird während des Einlaßhubes oder am Beginn des Kompressionshubes eingespritzt. Während des Einlaßhubes und zu Beginn des Kompressionshubes verdampft der Brennstoff auf der Prallfläche 83 und bildet eine angereicherte Mischung in der Verdampfungskammer 80. Sobald der Kolben 73 den oberen Totpunkt erreicht, läßt der Luftstrom aus dem verengten Volumen in den Hohlraum 76 verdampfte Mischung aus der Verdampfungskammer 80 über die Auslaßöffnung 82 in die Zylinderbohrung 72 überströmen. Nähert sich der Kolben 73 dem oberen Totpunkt (F i g. 8), so tritt der Vorsprung 79 des Zylinderkopfes in den zweiten Kolbenhohlraum 78 ein und beginnt die Luft aus diesem Hohlraum 78 zu verdrängen. Die verdrängte Luft wird durch die Einlaßöffnung 81 in der Verdampfungskammer 80 verdrängt. Die hohe Geschwindigkeit des Luftstromes durch die Kammer 80 treibt die Mischung und sämtlichen Rest an flüssigem Brennstoff auf der Prallfläche 83 über die Auslaßöffnung 82 in den Hohlraum 76 durch die Einlaßöffnung 77. Die Stömungsrichtung ist durch die Pfeile angedeutet.The fuel is released during the intake stroke or at the beginning of the compression stroke injected. Vaporized during the intake stroke and at the beginning of the compression stroke the fuel on the baffle 83 and forms an enriched mixture in the evaporation chamber 80. As soon as the piston 73 reaches top dead center, can the air flow from the constricted volume into the cavity 76 consists of vaporized mixture the evaporation chamber 80 via the outlet port 82 into the cylinder bore 72 overflow. If the piston 73 approaches top dead center (FIG. 8), then occurs the projection 79 of the cylinder head enters the second piston cavity 78 and begins to displace the air from this cavity 78. The displaced air is through the Inlet opening 81 in the evaporation chamber 80 is displaced. The high speed the flow of air through chamber 80 drives the mixture and any remainder of the liquid Fuel on the baffle 83 through the outlet opening 82 into the cavity 76 the inlet opening 77. The direction of flow is indicated by the arrows.
In dem Zylinderkopf 74 sitzt eine Zündkerze 87, deren Elektroden 88 und 89 in der Mündung der Auslaßöffnung 82 angeordnet sind. Zur Zeit der Zündung sind die Elektroden 88 und 89 von einem reichen Brennstoff-Luft-Gemisch umgeben. Bei einer Zündung schreitet die Flamme rasch in den Hohlraum 76 fort und steigert die Temperatur und den Druck. Die magere Mischung in dem Hohlraum 76 beginnt infolge der erhöhten Temperatur und dem Druck zu verbrennen und es ergibt sich eine vollständige Verbrennung.A spark plug 87, the electrodes 88 of which are seated in the cylinder head 74 and 89 are arranged in the mouth of the outlet opening 82. At the time of ignition the electrodes 88 and 89 are surrounded by a rich fuel-air mixture. Upon ignition, the flame rapidly advances into cavity 76 and increases the temperature and pressure. The lean mixture in the cavity 76 begins as a result the elevated temperature and pressure to burn and it results in a complete Combustion.
Nach den F i g: 10 bis 12 besitzt ein Zylinderblock 91 eine Zylinderbohrung 92, in der ein Kolben 93 hin- und hergeht. Ein Zylinderkopf 94 mit einer unteren Fläche 95 verschließt die Zylinderbohrung 92. In dem Zylinderkopf 94 ist eine Einlaßöffnung 96 vorgesehen-. Der Gasstrom durch die Einlaßöffnung 96 wird durch ein senkrecht angeordnetes Einlaßventil 97 gesteuert. Die untere Fläche des Einlaßventils 97 liegt im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die untere Fläche 95 des Zylinderkopfes 94. Ein (nicht dargestelltes) Auslaßventil ist ebenso in einer senkrechten Ebene parallel zu dem Einlaßventil 97 angeordnet und steuert den Abstrom der Gase durch eine nicht dargestellte Auslaßöffnung. Ein rotationssymmetrischer erster Hohlraum 98 ist im Kolbenkopf 93 vorgesehen. Der Hohlraum 98 ist nach einer Seite aus der Achse des Zylinders 92 heraus versetzt und öffnet sich in die Zylinderbohrung über eine Einlaßöffnung 99. Während des Kompressionshubes findet eine Luftverlagerung in den Hohlraum 98 statt, da das Volumen zwischen der Fläche des Kolbenkopfes 101 um die öffnung 99 herum und der gegenüberliegenden Zylinderkopffläche 95 sich rasch verringert.According to FIGS. 10 to 12, a cylinder block 91 has a cylinder bore 92 in which a piston 93 reciprocates. A cylinder head 94 with a lower Surface 95 closes the cylinder bore 92. In the cylinder head 94 is an inlet opening 96 provided-. The gas flow through the inlet port 96 is through a perpendicular arranged inlet valve 97 controlled. The lower surface of the intake valve 97 lies substantially in the same plane as the lower surface 95 of the cylinder head 94. An exhaust valve (not shown) is also in a vertical plane arranged parallel to the inlet valve 97 and controls the outflow of the gases an outlet opening, not shown. A rotationally symmetrical first cavity 98 is provided in the piston head 93. The cavity 98 is on one side from the Axis of the cylinder 92 is offset and opens into the cylinder bore an inlet port 99. There is air displacement during the compression stroke in the cavity 98 because the volume between the surface of the piston head 101 around the opening 99 and the opposite cylinder head surface 95 rapidly decreased.
Ein zweiter Hohlraum 102 ist im Kopf des Kolbens 93 an der einen Seite vorgesehen. Der Hohlraum 102 besitzt die Gestalt eines Zylindersegmentes. Ein ebenfalls zylindersegmentartig gestalteter Vorsprung 103 sitzt an dem Zylinderkopf 94 über dem zweiten Kolbenhohlraum 102. Der Vorsprung 103 verdrängt einen wesentlichen Teil des Volumens des Hohlraumes 102, wenn der Kolben 93 sich in oberer Totlage befindet (F i g.11).A second cavity 102 is in the head of the piston 93 on one side intended. The cavity 102 has the shape of a cylinder segment. One too A cylinder segment-like projection 103 sits over the cylinder head 94 the second piston cavity 102. The projection 103 displaces a substantial part of the volume of the cavity 102 when the piston 93 is in top dead center (Fig. 11).
Der Vorsprung 103 des Zylinderkopfes enthält eine Verdampfungskammer 104 für den Brennstoff im Inneren. Die Kammer 104 ist über die untere Fläche des Vorsprunges 103 mit dem zweiten Kolbenhohlraum 102, wie bei 105 dargestellt, verbunden. Die Verdampfungskammer 104 besitzt außerdem eine Auslaßöffnung 106 in der Seitenwand des Vorsprunges 103, und diese öffnung geht in die Zylinderbohrung 92 über dem Kolben 93 in oberer Totpunktlage.The projection 103 of the cylinder head contains an evaporation chamber 104 for the fuel inside. The chamber 104 is across the lower surface of the Projection 103 with the second piston cavity 102, as shown at 105, connected. The vaporization chamber 104 also has an outlet opening 106 in the side wall of the projection 103, and this opening goes into the cylinder bore 92 above the piston 93 in top dead center position.
In der Einlaßleitung 96 im Zylinderkopf 94 ist eine Brennstoffeinspritzdüse 107 angeordnet. Die Düse 107 besitzt eine Auslaßöffnung 108, welche einen Strom an Brennstoffpartikeln aus der Einlaßleitung 96 freigibt, wenn das Einlaßventil97 offensteht. Ein wesentlicher Teil der eingespritzten Brennstoffpartikel wird auf der Prallfläche 109 für den Brennstoff niedergeschlagen, welche die untere Fläche der Verdampfungskammer 104 (F i g. 10) bildet. Da die Auslaßöffnung 108 der Brennstoffeinspritzdüse 107 in der Einlaßleitung 96 liegt und durch das Einlaßventil 97 von der Verbrennung abgeschirmt ist, wird eine größere Betriebssicherheit erreicht, und es kann eine billigere Düse verwendet werden.In the inlet conduit 96 in the cylinder head 94 is a fuel injector 107 arranged. The nozzle 107 has an outlet opening 108 which carries a stream of fuel particles from the inlet line 96 when the inlet valve 97 is open. A significant part of the injected fuel particles is on the baffle 109 for the fuel is deposited, which is the lower surface the evaporation chamber 104 (Fig. 10) forms. Since the outlet port 108 of the fuel injector 107 lies in the inlet line 96 and through the inlet valve 97 from the combustion Is shielded, a greater operational safety is achieved, and it can be a cheaper nozzle can be used.
Während des Restes des Einlaßhubes und am Beginn des Kompressionshubes verdampft der Brennstoff auf der Prallfläche 109 und bildet ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Verdampfungskammer 104.During the remainder of the intake stroke and at the beginning of the compression stroke the fuel evaporates on the baffle 109 and forms a rich fuel-air mixture within the vaporization chamber 104.
Sobald der Kolben 93 den oberen Totpunkt erreicht (F i g. 11), verdrängt der Vorsprung 103 des Zylinderkopfes ein wesentliches Volumen aus dem zweiten Hohlraum 102. Die verdrängte Luft tritt in die Verdampfungskammer 104 durch die Öffnung 105 über und gelangt über die Auslaßöffnung 106 in das Restvolumen des Zylinderkopfes. Die sehr schnelle Luftströmung über die Aufprallfläche 109 für den Brennstoff nimmt alle unverdampften flüssigen Brennstoffpartikel durch die Auslaßöffnung 106 mit. Die Mischung wird über den Kolbenkopf 93 hinweg und über die Einlaßöffnung 99 in den ersten Hohlraum 98 geleitet. Die Richtung der Luftströmung ist durch die Pfeile in F i g. 11 angedeutet.As soon as the piston 93 reaches top dead center (FIG. 11), it is displaced the protrusion 103 of the cylinder head takes a substantial volume out of the second cavity 102. The displaced air enters the evaporation chamber 104 through the opening 105 over and reaches the remaining volume of the cylinder head via the outlet opening 106. The very rapid flow of air over the impingement surface 109 for the fuel decreases all unevaporated liquid fuel particles through outlet port 106 with it. The mixture is poured over the piston head 93 and through the inlet port 99 in passed through the first cavity 98. The direction of the air flow is indicated by the arrows in Fig. 11 indicated.
In dem Zylinderkopf 94 sitzt eine Zündkerze 111, deren Elektroden 112 und 113 in die Verdampfungskammer 104 hineinreichen. Zur Zeit der Zündung befindet sich ein reiches Gemisch in dem Hohlraum 104 und stellt die Verbrennung sicher. Sobald die Verbrennung innerhalb der Verdampfungskammer 104 eintritt, tritt eine rasche Temperatur- und Drucksteigerung auf. Die Drucksteigerung treibt die Gase durch die Auslaßöffnung 106 und steigert das Eindringen in den ersten Hohlraum 98.A spark plug 111 and its electrodes are seated in the cylinder head 94 112 and 113 reach into the evaporation chamber 104. Located at the time of ignition a rich mixture in the cavity 104 and ensures the combustion. As soon as the combustion occurs within the vaporization chamber 104, one occurs rapid increase in temperature and pressure. The increase in pressure drives the gases through the outlet opening 106 and increases the penetration into the first cavity 98.
Es wurde beobachtet, daß bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ein lokal reiches Brennstoff-Luft-Gemisch an den Elektroden der Zündkerze zur Zeit der Zündung vorhanden ist. Daher tritt stets eine Verbrennung auf, selbst wenn die gesamte Brennstoffladung in der Zylinderbohrung ungenügend zur Verbrennung wäre, sofern sie mit der umgebenden Luft total vermischt wäre. Die Bildung einer heterogenen Mischung ermöglicht es, daß die Leistung der Maschine durch Änderung der Brennstoffmenge im Zylinder verändert wird, ohne daß es notwendig ist, die Einlaßluft zu drosseln.It has been observed that in all of the embodiments described According to the invention, a locally rich fuel-air mixture at the electrodes of the spark plug is present at the time of ignition. Hence, a burn always occurs, even when the total fuel charge in the cylinder bore is insufficient for combustion if it were totally mixed with the surrounding air. The formation of a heterogeneous mixing allows the performance of the machine by changing the amount of fuel in the cylinder is changed without the need to adjust the intake air to throttle.
Bei einem typischen Verbrennungsverfahren, welches in den beschriebenen Verbrennungskammern angewendet wird, wird eine Ladung ungedrosselter reiner Luft in die Zylinderbohrung während des Einlasses eingesaugt. Die Brennstoffeinspritzung beginnt während des Einlaßhubes oder im Anfang des Kompressionshubes. Die Einspritzzeit ist abhängig von der Maschinenbelastung und von der besonderen Gestaltung der Verbrennungskammer. Die Dauer der Einspritzung bestimmt die Leistung der Maschine. Mindestens ein Teil der eingespritzten Brennstoffpartikel wird als Flüssigkeit auf der Prallfläche der Verdampfungskammer niedergeschlagen.In a typical combustion process, which is described in Combustion chambers are applied, a charge of unthrottled clean air becomes sucked into the cylinder bore during intake. The fuel injection begins during the intake stroke or at the beginning of the compression stroke. The injection time depends on the machine load and the special design of the combustion chamber. The duration of the injection determines the performance of the machine. At least a part the injected fuel particle is deposited as a liquid on the baffle Evaporation chamber knocked down.
In den Endstadien des Kompressionshubes verdampft der flüssige Brennstoff und bildet lokal ein reiches Brennstoff-Luft-Gemisch innerhalb der Verdampfungskammer. Die Luftverlagerung durch die Verdampungskammer hindurch treibt einen Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches in den Haupthohlraum der Verbrennungskammer. Zur Zeit der Zündung umgibt ein Teil des angereicherten Brennstoff-Luft-Gemisches die Elektroden der Zündkerze und sichert die Zündung. Sobald die Verbrennung beginnt, erfolgt eine rasche Steigerung der Temperatur und des Druckes, die sich rasch in den Hauptverbrennungshohlraum ausbreiten. Die gesteigerte Temperatur und der gesteigerte Druck entlang der Flammenfront reicht aus, eine Verbrennung der mageren Mischung hervorzurufen, die bei Teillast besteht.In the final stages of the compression stroke, the liquid fuel evaporates and locally forms a rich fuel-air mixture within the vaporization chamber. The displacement of air through the Evaporation chamber drives through part of the fuel-air mixture into the main cavity of the combustion chamber. At the time of ignition, part of the enriched fuel-air mixture surrounds it the electrodes of the spark plug and ensures ignition. As soon as the burn begins, there is a rapid increase in temperature and pressure, which quickly changes in expand the main combustion cavity. The increased temperature and the increased Pressure along the flame front is sufficient to burn the lean mixture cause that exists at partial load.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US1258178XA | 1964-01-02 | 1964-01-02 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1258178B true DE1258178B (en) | 1968-01-04 |
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ID=22421559
Family Applications (1)
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DEF44705A Pending DE1258178B (en) | 1964-01-02 | 1964-12-14 | Combustion chamber for an internal combustion engine with external ignition |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1258178B (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR781084A (en) * | 1934-01-31 | 1935-05-08 | Device applicable to gasoline engines to supply them with heavy fuel | |
DE645974C (en) * | 1934-05-07 | 1937-06-05 | Stefan Witkowski | Air-compressing internal combustion engine with external ignition |
FR1265070A (en) * | 1960-08-16 | 1961-06-23 | Daimler Benz Ag | Fuel injection for internal combustion piston engines |
-
1964
- 1964-12-14 DE DEF44705A patent/DE1258178B/en active Pending
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