DE1401949B1

DE1401949B1 - Mixture-compressing reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE1401949B1
Application number: DE19621401949
Authority: DE
Inventors: Hallberg Irving H
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: Borg Warner Corp
Priority date: 1962-11-06
Filing date: 1962-11-06
Publication date: 1970-01-29

Description

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit hängenden Ventilen und mit im ebenen Zylinderkopfboden angeordneter Zündkerze und Einspritzdüse, die etwa zu Beginn des Kompressionshubes einen Teil der eingespritzten Brennstoffmenge auf den Bereich des Kolbenbodens aufspritzt, der in O-T-Lage des Kolbens in der Nähe der Zündkerze liegt.The invention relates to a mixture-compressing reciprocating internal combustion engine with hanging valves and with a spark plug arranged in the flat cylinder head base and injection nozzle, which around the beginning of the compression stroke part of the injected Amount of fuel sprays onto the area of the piston crown that is in the O-T position of the Piston is near the spark plug.

Zur Verbesserung der Zündung solcher Brennkraftmaschinen ist es bekannt, im Zylinderkopfboden eine Hilfszündkammer vorzusehen, die über eine Öffnung geringeren Querschnitts mit dem Brennraum verbunden ist. Durch die in der Hilfszündkammer angeordnete Düse wird beim Einspritzen des Brennstoffs in der Hilfszündkammer ein angereichertes Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das durch die ebenfalls in der Hilfszündkammer eingesetzte Zündkerze leicht gezündet werden kann. Infolge des geringeren übergangsquerschnitts zwischen der Hilfszündkammer und der Brennkammer treten jedoch sehr hohe Temperaturen auf, die zur Frühzündung führen.To improve the ignition of such internal combustion engines, it is known to provide an auxiliary ignition chamber in the bottom of the cylinder head, which is smaller via an opening Cross-section is connected to the combustion chamber. By the arranged in the auxiliary ignition chamber The nozzle becomes an enriched one when injecting the fuel in the auxiliary ignition chamber Fuel-air mixture is generated by the also in the auxiliary ignition chamber inserted spark plug can be ignited easily. As a result of the smaller transition cross-section however, very high temperatures occur between the auxiliary ignition chamber and the combustion chamber that lead to pre-ignition.

Es ist ferner bekannt (deutsche Patentschrift 729366) zur Verbesserung der Zündeigenschaften einer Zweitakt-Brennkraftmaschine mit Benzineinspritzung etwa in der Mitte des Zylinderkopfbodens die Einspritzdüse und einander gegenüberliegend zwei Zündkerzen anzuordnen, wobei der Brennstoff in zwei schräg zur Zylinderachse geneigten Strahlen auf diejenigen Stellen des Kolbenbodens aufgespritzt wird, die im oberen Totpunkt des Kolbens in die Nähe der Zündkerzen gelangen. Die Brennstoffanreicherung in der Nähe der Zündkerzen ist jedoch nicht ausreichend.It is also known (German patent specification 729366) to improve the ignition properties of a two-stroke internal combustion engine with gasoline injection approximately in the middle of the cylinder head base to arrange the injection nozzle and opposite two spark plugs, the fuel being sprayed onto those points of the piston base in two jets inclined at an angle to the cylinder axis which come near the spark plugs at the top dead center of the piston. However, fuel enrichment near the spark plugs is insufficient.

Ferner ist es bekannt, den Kolbenboden mit einer schräg zur Zylinderachse gerichteten Prallfläche zu versehen, auf die der Brennstoff von einer im Zylinderkopfboden angeordneten Einspritzdüse aufgespritzt wird und von dieser Fläche in den Brennraum zurückreflektiert wird. Der Einspritzzeitpunkt ist dabei veränderlich, so daß je nach Lage des Kolbens der auftreffende Brennstoffstrahl unterschiedlich reflektiert wird und damit die Verteilung des Brennstoffs im Brennraum beeinflußt werden kann. So soll bei Teillastbetrieb der Brennstoffstrahl so von der Prallfläche zurückgeworfen werden, daß sich nahe der Zündkerze eine Brennstoffanreicherung ergibt. Abgesehen davon, daß bei der bekannten' von einer Reflexion der Brennstoffstrahlen ausgegangen wird, läßt sich die Brennstoffanreicherung nicht im gewünschten Maß erzielen.It is also known to have the piston head at an angle to the cylinder axis directed baffle surface on which the fuel from one in the cylinder head base arranged injection nozzle is sprayed and from this surface into the combustion chamber is reflected back. The injection time is variable, so that ever the impinging fuel jet is reflected differently depending on the position of the piston and thus the distribution of the fuel in the combustion chamber can be influenced. For example, the fuel jet should be thrown back from the impact surface during partial load operation fuel enrichment occurs near the spark plug. Apart from that from the fact that the known 'assumed a reflection of the fuel jets fuel enrichment cannot be achieved to the desired extent.

Demgegenüber ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin zu sehen, die Brennstoffanreicherung an der Zündkerze zum Zündzeitpunkt wirksam zu verbessern.In contrast, the object on which the invention is based is therein to see the fuel enrichment on the spark plug effective at ignition time to improve.

Diese Aufgabe ist bei der Hubkolbenbrennkraftmaschine der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kolbenboden in an sich bekannter Weise eine Erhöhung aufweist, die in O-T-Lage des Kolbens mit dem Zylinderkopfboden eine vom Brennraum getrennte Zündkammer bildet, in die die Zündkerze hineinragt, und daß die mit unveränderlichem Einspritzzeitpunkt einspritzende Düse außerhalb der Zündkammer angeordnet ist.In the case of the reciprocating internal combustion engine, this task is the one at the beginning described type according to the invention solved in that the piston head in itself known way has an increase in the O-T position of the piston with the cylinder head base forms an ignition chamber separate from the combustion chamber into which the spark plug protrudes, and that the nozzle injecting with the invariable injection time is outside the ignition chamber is arranged.

Durch das Einspritzen des Brennstoffs auf diejen;ge Stelle des Kolbenbodens, die infolge ihrer Formgebung in der oberen Totpunktlage des Kolbens mit dem Zylinderkopfboden die Zündkammer bildet. wird zwangläufig eine Brennstoffanreicherung in der Zündkammer erzielt. Der Brennstoff wird dabei nach dem Ausführen des Ansaughubes des Kolbens nahe seiner unteren Totpunktlage in einem Winkel zur Zylinderachse eingespritzt; bei geringen Brennstoffi mengen wird im wesentlichen der gesamte Brennstoff in die Zündkammer gerichtet, während bei größeren Brennstoffmengen der Brennstoffstrahl nur anfänglich in die Zündkammer und der Rest des Brennstoffs in den Brennraum eintritt. Die Dauer der Brennstoffeinspritzung ist also veränderlich. In jedem Fall wird in der Zündkammer eine Gemischanreicherung mit einer im wesentlichen konstanten Brennstoffmenge erzielt. Der Brennstoff gelangt bereits bei niedrigen Zylinderdrücken in die Zündkammer, so daß der Einspritzdruck verhältnismäßig niedrig sein kann. Andererseits wird anschließend beim Kompressionshub des Kolbens durch die höheren Zylinderdrücke der Brennstoff im Brennraum außerhalb der Zündkammer gut verteilt.By injecting the fuel at that point on the piston crown, due to their shape in the top dead center position of the piston with the cylinder head base forms the ignition chamber. there will inevitably be a fuel enrichment in the ignition chamber achieved. The fuel is thereby after the execution of the suction stroke of the piston injected near its bottom dead center at an angle to the cylinder axis; with small fuel quantities, essentially all of the fuel is in the Ignition chamber directed, while with larger amounts of fuel the fuel jet only initially enters the ignition chamber and the remainder of the fuel enters the combustion chamber. The duration of the fuel injection is therefore variable. In any case, in the ignition chamber a mixture enrichment with a substantially constant amount of fuel achieved. The fuel reaches the ignition chamber even at low cylinder pressures, so that the injection pressure can be relatively low. On the other hand, subsequently During the compression stroke of the piston, the higher cylinder pressures result in the fuel Well distributed in the combustion chamber outside the ignition chamber.

Der durch die Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß der einmal in die Zündkammer eingespritzte Brennstoff infolge seiner Trägheit und der Ausbildung des Kolbenbodens in der Zündkammer verbleibt, bis der Kolben in die obere Totpunktlage gelangt, worauf das durch den Kolben beschleunigte Brennstoff-Luft-Gemisch in der Zündkammer die Zündkerze umgibt und leicht gezündet werden kann. Es ist nun bekannt, daß magere Gemische verbrennen, wenn sie einmal gezündet sind, jedoch mit geringerer Geschwindigkeit, die zu einem Leistungsabfall führt. Die Lage der Zündkammer im Kolbenboden beschleunigt die Verbrennung der mageren Gemische im Brennraum, da die Zündkammer sich beim Arbeitshub des Kolbens mit dem Brennraum vereinigt, wodurch die Ausbreitung der Flammenfront begünstigt ist. Da darüber hinaus die Zündkammer außer in der oberen Totpunktlage des Kolbens offen ist, findet eine gute Spülung und Füllung mit Ansaugluft statt. Ferner wird die Kühlung verbessert.The advantage achieved by the invention consists in particular in that the fuel, once injected into the ignition chamber, is due to its inertia and the formation of the piston crown remains in the ignition chamber until the piston reaches top dead center, whereupon the fuel-air mixture accelerated by the piston in the ignition chamber surrounds the spark plug and can be ignited easily. It is now known that lean mixtures burn once ignited, but with slower speed, which leads to a decrease in performance. The location of the ignition chamber in the piston crown accelerates the combustion of the lean mixtures in the combustion chamber, there the ignition chamber unites with the combustion chamber during the working stroke of the piston, whereby the spread of the flame front is favored. Since, in addition, the ignition chamber except when the piston is open in the top dead center position, flushing takes place well and filling with intake air instead. Furthermore, the cooling is improved.

Somit ergeben sich als weitere Vorteile ein verbesserter thermischer Wirkungsgrad, ein g--ringerer Brennstoffverbrauch bei Teillast und eine Verminderung der Kohlenwasserstoffe in den Auspuffgasen. Der Druckanstieg im Zylinder bei Zündung des Brennstoffs verläuft allmählicher, wodurch sich insgesamt eine glattere Verbrennung3kennlinie ergibt, Schließlich sind bei der Erfindung nur verhältnismäßig geringfügige Veränderungen des Kolbens erforderlich.This results in an improved thermal as further advantages Efficiency, lower fuel consumption at part load and a reduction the hydrocarbons in the exhaust gases. The increase in pressure in the cylinder upon ignition of the fuel runs more gradually, which results in a smoother combustion characteristic curve overall finally, there are only relatively minor changes in the invention of the piston required.

In den Unteransprüchen sind Maßnahmen zur Ausgestaltung des Kolbenbodens zur Bildung der Zündkammer gekennzeichnet. Ähnliche Maßnahmen sind an sich bekannt. Deshalb wird für die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 5 kein selbständiger Schutz begehrt. Vielmehr sollen diese nur im Zusammenhang mit dem Gegenstand des Hautptanspruchs geschützt werden.The subclaims contain measures for the configuration of the piston crown marked to form the ignition chamber. Similar measures are known per se. Therefore, there is no independent protection for the subjects of claims 2 to 5 desired. Rather, these should only be used in connection with the subject matter of the main claim to be protected.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert, Es zeigen F i g. 1 bis 4 und 6 verschiedene Ausführungsbeispiele im Schnitt durch den Zylinder, F i g. 5 und 7 Draufsichten auf den Kolbenboden gemäß F i g. 4 und 6.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, It shows F i g. 1 to 4 and 6 different exemplary embodiments in section the cylinder, F i g. 5 and 7 plan views of the piston crown according to FIG. 4 and 6th

In F i g. 1 ist der Kolbenboden 10 des Kolbens 9 von zwei schräg zur Zylinderachse laufenden Flächen gebildet. Die dadurch entstehende Erhöhung 11 trennt in der oberen Totpunktlage des Kolbens 9 die Zündkammer 14 ab, während der restliche Brennraum mit 15 bezeichnet ist. Der Zylinderkopfboden 13 ist eben und verläuft senkrecht zur Zylinderachse. In den Zylinderkopfboden sind die Zündkerze 18 und die Einspritzdüse 19 eingesetzt. Die Erhöhung 11 weist einen Ausschnitt 16 für den Ansaugventilteller 17 auf. Befindet sich der Kolben 9 etwa in der unteren Totpunktlage 22, so wird der Brennstoff durch die Düse 19 schräg im Winkel zur Zylinderachse auf die Fläche des Kolbenbodens gespritzt, die in der oberen Totpunktlage zusammen mit dem Zylinderkopfboden 13 und der Zylinderwandung 12 die Zündkammer 14 bildet.In Fig. 1, the piston head 10 of the piston 9 is formed by two surfaces running obliquely to the cylinder axis. The resulting elevation 11 separates the ignition chamber 14 in the top dead center position of the piston 9, while the remainder of the combustion chamber is denoted by 15. The cylinder head base 13 is flat and runs perpendicular to the cylinder axis. The spark plug 18 and the injection nozzle 19 are inserted into the cylinder head base. The elevation 11 has a cutout 16 for the intake valve disk 17. If the piston 9 is approximately in the lower dead center position 22, the fuel is injected through the nozzle 19 at an angle to the cylinder axis onto the surface of the piston crown, which in the upper dead center position forms the ignition chamber 14 together with the cylinder head crown 13 and the cylinder wall 12 .

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 weist der Kolbenboden 10 b des im Zylinder 43 angeordneten Kolbens 40 zwei schräggeneigte Flächen 41 und 42 auf, wobei die Fläche 41 parallel zur geneigten Fläche des Zylinderkopfbodens 45 verläuft. Innerhalb der Fläche 41 des Kolbenbodens 106 befindet sich eine Zündkammer 44, die im Querschnitt kreisrund ist, aber auch als quer verlaufende Nut ausgebildet sein kann. Die Zündkerze 18 ragt in der oberen Totpunktlage des Kolbens in die Zündkammer 44 hinein. In der Erhöhung 48 ist ein Ausschnitt 49 für den Ansaugventilteller 50 gebildet. In der unteren Totpunktlage 51 des Kolbens wird der Brennstoffstrahl 20 von der Düse 19 schräg in die Zündkammer 44 geleitet, die durch die Erhöhung 48 in der oberen Totpunktlage von dem restlichen Brennraum 47 getrennt ist.In the embodiment according to FIG. 2 shows the piston crown 10 b of the piston 40 arranged in the cylinder 43 has two inclined surfaces 41 and 42, the surface 41 being parallel to the inclined surface of the cylinder head base 45 runs. An ignition chamber is located within surface 41 of piston crown 106 44, which is circular in cross section, but also designed as a transverse groove can be. The spark plug 18 protrudes into the ignition chamber in the top dead center position of the piston 44 into it. In the elevation 48 there is a cutout 49 for the intake valve disk 50 educated. The fuel jet 20 is in the bottom dead center position 51 of the piston guided obliquely from the nozzle 19 into the ignition chamber 44, which is formed by the elevation 48 is separated from the remaining combustion chamber 47 in the top dead center position.

In F i g. 3 ist die Erhöhung 55 des Kolbens 54 von einer am Kolbenboden 10 c angeordneten ringförmigen Wulst gebildet, die in der oberen Totpunktlage die Zündkammer 56, in welche wiederum die Zündkerze 18 hineinragt von dem restlichen Brennraum 58 abtrennt. Der Zylinderkopfboden 57 ist eben und senkrecht zur Zylinderachse. In der unteren Totpunktlage 59 wird der Brennstoffstrahl 20 von der Düse 19 in die Zündkammer 56 geleitet.In Fig. 3 is the elevation 55 of the piston 54 from one on the piston crown 10 c arranged annular bead formed, which in the top dead center the Ignition chamber 56, into which in turn the spark plug 18 protrudes from the remainder Combustion chamber 58 separates. The cylinder head base 57 is flat and perpendicular to the cylinder axis. In the bottom dead center position 59, the fuel jet 20 is from the nozzle 19 into the Ignition chamber 56 passed.

Gemäß F i g. 4 und 5 weist der Kolben 66 einen Kolbenboden 10e mit einer Erhöhung 68 in Form einer schräg verlaufenden und seitlich versetzten Ringwulst auf, die zusammen mit dem schrägen Zylinderkopfboden 71 die Zündkammer 69 von dem restlichen Brennraum 70 abtrennt. Die untere Totpunktlage ist mit 67 und der Zylinder mit 72 bezeichnet.According to FIG. 4 and 5, the piston 66 has a piston head 10e an elevation 68 in the form of an obliquely running and laterally offset annular bead on, which together with the inclined cylinder head bottom 71, the ignition chamber 69 of the the remaining combustion chamber 70 separates. The bottom dead center is at 67 and the cylinder designated by 72.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 und 7 weist der Kolbenboden 10 f des Kolbens 73 im Zylinder 83 wiederum zur Bildung einer Erhöhung 75 zwei zur Zylinderachse schräggene-gte Flächen auf, während der Zylinderkoptboden 78 eben und senkrecht zur Zylinderachse verläuft. In der Erhöhung 75 ist mit Ausschnitten 81 und 82 für die Teller des Ansau- bzw. Auslaßventils 79 und 80 vorgesehen. Die Erhöhung r5 verläuft parallel zum Zylinderkopfboden 78 und ist mit einer Mulde versehen, die gemäß F i g. 7 durch zwei radial etwa von der Kolbenmitte ausgehende Geraden begrenzt ist. Die Mulde bildet die Zündkammer 76 in der oberen Totpunktlage des Kolbens, die von dem restlichen Brennraum 77 abgetrennt ist. 74 bezeichnet die untere Totlage des Kolbens.In the embodiment according to FIG. 6 and 7 have the piston crown 10 f of the piston 73 in the cylinder 83 in turn to form an increase 75 two for The cylinder axis has inclined surfaces, while the cylinder head bottom 78 is flat and runs perpendicular to the cylinder axis. In the elevation 75 is with cutouts 81 and 82 are provided for the plates of the suction and discharge valves 79 and 80, respectively. the Elevation r5 runs parallel to the cylinder head base 78 and is provided with a depression, according to FIG. 7 by two straight lines extending radially approximately from the center of the piston is limited. The trough forms the ignition chamber 76 in the top dead center position of the Piston that is separated from the rest of the combustion chamber 77. 74 denotes the lower one Dead position of the piston.

Claims

Claims: 1. Mixture-compressing reciprocating piston internal combustion engine with hanging valves and with a spark plug arranged in the flat cylinder head base and injection nozzle, which around the beginning of the compression stroke part of the injected Amount of fuel sprays onto the area of the piston crown that is in the O-T position of the Piston is located near the spark plug, d u r c h g e - indicates that the Piston head (10, 10 b, 10 c, 10 e, 10f) in a known manner an increase (11, 48, 55, 68, 75) in the O-T position of the piston with the cylinder head base an ignition chamber (14, 44, 56, 69, 76) separated from the combustion chamber (15, 47, 58, 70, 77) forms, into which the spark plug (18) protrudes, and that with the invariable injection time injecting nozzle (19) is arranged outside the ignition chamber.

2. Mixture compressing end Reciprocating internal combustion engine according to Claim 1, characterized in that the increase (11, 48, 75) of the piston head (10, 10b, 10f) by two inclined to the cylinder axis flat surfaces is formed.

3. Mixture-compressing reciprocating internal combustion engine according to Claim 1, characterized in that the elevation (75) is inclined to the Cylinder axis; extending surface is formed, which is approximately in the center of the piston in a perpendicular to the cylinder axis extending surface merges, one of which by radially approximately from the straight lines emanating from the center of the piston.

4 .. mixture compression Reciprocating internal combustion engine according to Claim 1, characterized in that the increase (55, 68) is formed by a ring-shaped bead.

5. Mixture-compressing reciprocating internal combustion engine with the cylinder head base inclined to the cylinder axis according to claim 1, characterized in that that the elevation (48) is formed by two flat surfaces (41, 42) inclined to the cylinder axis is formed and a surface runs parallel to the cylinder head base (45) and that this surface has a cup-shaped depression.