DE1751473A1 - Air-compressing four-stroke piston internal combustion engine - Google Patents
Air-compressing four-stroke piston internal combustion engineInfo
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Description
luftverdichtende Viertakt-Kolben-Brennkraftmaschine air-compressing four-stroke piston internal combustion engine
Die Erfindung "betrifft eine luftverdichtende Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit Beimischung von Abgas zur Verbrennungsluft durch einen gegen Ende des Saughubes freigegebenen Zeitquerschnitt hindurch.The invention "relates to an air-compressing four-stroke piston internal combustion engine with the admixture of exhaust gas to the combustion air through a time cross-section released towards the end of the suction stroke through.
Beim Betrieb von luftverdichtenden Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschinen mit Kraftstoffen niedriger Cetanzahl oder mit Hörmalkraftstoffen bei abnorm niedrigem Verdichtungsverhältnis treten insbesondere im Teillastgebiet wegen des dort herrschenden niedrigen Temperaturniveaus bekanntlich Zündschwierigkeiten aufο Es ist bekannt, diesen Schwierigkeiten durch Beimischung von Maschinenabgasen zur angesaugten Verbrennungsluft zu begegnen. Die hierdurch emelte günstige Wirkung gliedert sich in zwei Komponenten auf. Einmal von Vorteil ist die durch die zurückgeführten Abgase erzielte Temperaturerhöhung im Zylinder. Außerdem aber lösen die Abgasbestandteile noch günstige reaktionskinetische Wirkungen aus.When operating air-compressing four-stroke piston internal combustion engines with fuels with a low cetane number or with audio fuels at abnormally low compression ratio occur especially in the partial load area because of the prevailing there Low temperature levels are known to cause ignition difficulties o It is known to cause these difficulties To counter the admixture of engine exhaust gases to the intake combustion air. The resulting beneficial effect is structured in two components. On the one hand, the temperature increase achieved by the recirculated exhaust gases is advantageous in the cylinder. In addition, however, the exhaust gas components trigger favorable reaction kinetic effects.
Ein bisher noch nicht befriedigend gelöstes Problem stellt allerdings die Verwirklichung der Beimischung in der Praxis dar. Zwei grundsätzlich sich voneinander unterscheidende Wege zur Lösung dieses Problems wurden bisher beschritten. Der eine Weg besteht darin, daß man den Abgasstrom drosselt, meistA problem that has not yet been satisfactorily resolved, however, is the implementation of the admixture in practice represents. Two fundamentally different ways of solving this problem have been taken so far. Of the One way is to throttle the exhaust gas flow, mostly
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Νθϋθ UrUfei lagen (Art ι & ι Abs. 2 Nr, 1 sutz 3 dta Ändarunatg«* v. 4.9·'Νθϋθ UrUfei lay (Art ι & ι Paragraph 2 No. 1 sutz 3 dta Amendment «* v. 4.9 · '
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mit Hilfe einer Klappe, und sich darauf verläßt, daß während der Zeit, während der sich üblicherweise "bei jeder Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine die Öffnungszeiten von Ein- und Auslaßventil überschneiden, infolge des durch die Drosselung in der Abgasleitung erzeugten Druckgefälles zum Zylinder hin ein Teil der vorher ausgeschobenen Abgase in den Zylinder zurückströmt. Diese Art der Rückführung hat jedoch einige schwerwiegende Nachteile. Einmal muß wegen der kurzen Zeitspanne, die normalerweise für die Rückführung zur Verfügung steht, im 5Peillastgebiet der Abgasstrom sehr stark gedrosselt werden, wenn ein nennenswerter Effekt erzielt werden soll. Starke Drosselung der Abgase aber führt zwangsläufig zu hohen Kraftstoffverbräuchen. Weiterhin von Nachteil ist der Umstand, daß die zurückströmenden Abgase während der Ventilüberschneidung einen verhältnismäßig kleinen Raum vorfinden und in die Saugleitung hinein ausweichen, diese hierbei verschmutzend und aufheizend. Mit niedrigeren Staudrücken käme man wohl aus, wenn die Ventilüberschneidung vergrößert würde, muß dann jedoch einige Nachteile in Kauf nehmen, die sich aus einer solchen Vergrößerung der Ventilüberschneidung grundsätzlich ergeben. Einmal ist dies der Zwang zur Vergrößerung der Ventiltaschen, eine Maßnahme, die sich meist ungünstig auf die Gestaltung des Brennraumes und damit auch auf die Verbrennung auswirkt. Außerdem besteht die Gefahr, daß es zu einer noch stärkeren negativen Durchspülung kommt, d.h. noch mehr Abgase in die Sagleitung eindringen. Der zweite, zur Lösung des in Rede stehenden Problemswith the help of a flap, and relies on that during the time during which it is usually "in every four-stroke piston internal combustion engine the opening times of the inlet and outlet valve overlap, as a result of the throttling in the pressure gradient generated in the exhaust line towards the cylinder, some of the previously expelled exhaust gases flows back into the cylinder. However, this type of recycling has some serious disadvantages. Once must because of the short period of time is normally available for return, in the 5 drop load area the exhaust gas flow can be throttled very strongly if a significant effect is to be achieved. Strong throttling the exhaust gases inevitably lead to high fuel consumption. Another disadvantage is the fact that the exhaust gases flowing back find a relatively small space during the valve overlap and enter the suction line dodge into it, thereby polluting and heating up. Lower back pressures would be sufficient if the valve overlap were increased, but then there are some disadvantages accept that result from such an enlargement of the valve overlap. Once is this the compulsion to enlarge the valve pockets, a measure which usually has an unfavorable effect on the design of the combustion chamber and thus also on the combustion. In addition, there is the danger that there will be an even stronger negative flushing, i.e. even more exhaust gases penetrate the sag pipe. The second, to solve the problem in question
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vorgeschlagene Weg !besteht darin, das Abgas ansaugseitig der Maschine zuzuführen, was fenfalls große Nachteile hat. Zunächst wäre darauf hinzuweisen, daß die Saugleitung insbe sondere im Teillastbereieli, wo die Beimischung von Abgas am interessantesten ist, ein Abgas-Luftgemisch enthält, so daß beim plöizLichen Übergang von Teillast auf Vollast noch einige Verbrennungen unter üüftmangel verlaufen und die Maschine eine gewisse Trägheit zeigt. Im gleichen Sinne wirkt auch die insbesondere bei längerem Teillastbetrieb unvermeidliche starke Erhitzung der Ansaugleitung. Sehr unerwünscht sind ferner die starke Verschmutzung der Ansaugleitung und der Zwang, das ganze Zumischsystem mit seinem oft recht langen Leitungen sorgfältig gegen Wänaeabstrahlung zu isolieren. Die Rückführung von heißem Abgas in die Verbrennungsluft hat grundsätzlich einen Temperaturanstieg im Zylinder im Gefolge, d.h. es stellt sieh zum Zeitpunkt der Beimischung eine über der Temperatur der angesaugten Verbrennungsluft liegende Mischtemperatur ein. Das Bestreben geht nun öäahin, diese Temperaturerhöhung möglichst effektvoll zu gestalten im Sinne der Erzeugung eines möglichst hohen Temperaturniveaus gegen Ende des Ansaughubes. Dieses Temperaturniveau aber liegt wesentlich hoher, wenn das Abgas der Verbrennungsluft nicht zu Beginn des Saughubes, sondern erfindungsgemäß später, d.h. wenn die angesagte Verbrennungsluft bereits eine Aufheizung erfahren hat, beigemischt wird. Im übrigen ist die spätere Beimischung auch insofern vorteilhafter, als die Eontaktzeit der AbgaseThe proposed way is to remove the exhaust gas on the intake side Feed machine, which case has major disadvantages. First it should be pointed out that the suction line is special in the partial load range, where the admixture of exhaust gas on The most interesting thing is that it contains a mixture of exhaust gas and air, so that in the event of a sudden transition from partial load to full load, a few more Burns with insufficient ventilation and the machine shows a certain indolence. The unavoidable, especially in the case of prolonged partial load operation, also has the same effect excessive heating of the suction line. The heavy soiling of the suction line and the need to the whole admixing system with its often quite long lines to be carefully insulated against radiation. The repatriation of hot exhaust gas into the combustion air basically has a rise in temperature in the cylinder as a result, i.e. it at the time of admixture it represents one above the temperature of the intake combustion air. The endeavor now goes to this temperature increase to design as effectively as possible in terms of generation as high a temperature level as possible towards the end of the intake stroke. However, this temperature level is essential higher when the exhaust gas of the combustion air does not start of the suction stroke, but according to the invention later, i.e. when the announced combustion air has already been heated up has, is added. Incidentally, the later admixture is also in this respect more advantageous than the contact time of the exhaust gases
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mit der Frischluft, geringer ist, so daß den im Abgas enthaltenen zündbeschleunigenden, chemisch aktiven Bestandteilen keine Gelegenheit gegeben ist, während einer zu lange andauernden Berührung mit der Frischluft zu sehr an Wirksamkeit einzubüßen. with the fresh air, is less, so that contained in the exhaust gas Ignition-accelerating, chemically active ingredients are not given an opportunity for too long a period Contact with the fresh air to lose too much effectiveness.
Bei einer bekannten Brennkraftmaschine gemäß der deutschen Patentschrift 328 997 wird die Abgasmenge durch vom Arbeitskolben gegen Ende des Saughubes aufgesteuerte Schlitze in den Arbeitszylinder eingebracht. Es ist dies ein in verschiedener Hinsicht nicht zufriedenstellendes Verfahren. Die Durchbrechungen in der Zylinderwandung stören nicht nur die Schmierölverteilung über die Zylinderwandung bzw. können die Ölzufuhr u.U. sogar unterbrechen, sondern bedeuten auch grundsätzlich eine Schwächung der Zylinderwandung. Weiterhin besteht die Gefahr, daß die Durchbrechungen, die ja in einer Zone kräftigen Schmierölangebots liegen und von den Abgasen mit mäßiger Geschwindigkeit durchströmt werden, sehr schnell verschmutzen und evtl. verkoken. Die dann erforderliche Säuberung gestaltet sich recht umständlich und Zeitraubend. Schließlich ist noch ein weiterer Nachteil in konstruktiver Hinsicht zu erwähnen. Die bekannte Art der Einbringung von Abgas bedingt einen recht beträchtlichen baulichen Aufwand und steht dem zeitgemäßen Bestreben nach einem möglichst gedrängten und damit raumsparenden Aufbau von Viertaktmaschinen entgegen. Von besonderer Bedeutung in diesem Zusammenhang ist der Umstand, daß der KonstrukteurIn a known internal combustion engine according to the German patent specification 328 997, the amount of exhaust gas is opened by the working piston towards the end of the suction stroke slots in the Working cylinder introduced. It is an unsatisfactory process in several respects. The breakthroughs in the cylinder wall not only interfere with the distribution of lubricating oil over the cylinder wall or the oil supply can, under certain circumstances, be disrupted. even interrupt, but also basically mean a weakening of the cylinder wall. There is also the risk of that the breakthroughs, the vigorous supply of lubricating oil in a zone and are flowed through by the exhaust gases at a moderate speed, soiling very quickly and possibly coke. The cleaning then required turns out to be quite cumbersome and time-consuming. Finally there is another A disadvantage to be mentioned from a constructive point of view. The known way of introducing exhaust gas requires a considerable amount structural effort and corresponds to the contemporary endeavor for a compact and thus space-saving structure of four-stroke machines. Of particular importance in this context is the fact that the designer
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nicht mehr frei ist hinsichtlich der Gestaltung des Arbeitskolbens, denn dieser muß auf jeden Pail so lang sein, daß die Durchbrechungen auch /bei äußerer Totpunktstellung des Kolbens noch zugesteuert sind. In der Vermeidung dieser Nachteile ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu sehen. Sie wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bereit zu stellende Zeitquersehnitt durch ein nochmaliges Öffnen des Auslaßventils zu gegebener Zeit freigegeben wird.is no longer free with regard to the design of the working piston, because this must be so long on each pail that the Openings also / when the piston is in the outer dead center position are still controlled. The object on which the invention is based is to be seen in avoiding these disadvantages. she will solved according to the invention in that the time cross section to be provided by opening the exhaust valve again will be released in due course.
Die Erzeugung des zur Rückführung der Abgase erforderlichen Gefälles zwischen Abgasleitung und Arbeitszylinder kann entweder durch Drosselung der Abgase oder durch Drosselung in der Ansaugleitung erfolgen. Bei Abgasturbo-aufgeladenen Brennkraftmaschinen genügt u.U. zur Erzeugung dieses Druckgefälles der Staudruck vor der Abgasturbine.The generation of the necessary gradient between the exhaust gas line and the working cylinder to recirculate the exhaust gases can either by throttling the exhaust gases or by throttling in the intake line. With exhaust gas turbo-charged internal combustion engines Under certain circumstances, the dynamic pressure upstream of the exhaust gas turbine is sufficient to generate this pressure gradient.
Um den Sauerstoffgehalt der Zylinderladung bei Vollast und letztlich die Leistungsausbeute nicht zu beeinträchtigen, ist es erforderlich, die Beimischung von Abgas zur Verbrennungsluft, wie an sich bekannt, last- und/oder drehzahlabhängig zu steuern und zwar so, daß bei kleinerer Belastung mehr und bei Vollast sehr wenig oder überhaupt nichts beigemischt wird, wobei entweder der Zuströmquerschnitt für das Abgas oder der das Druckgefälle erzeugende Drosselquerschnitt gesteuert werden können, letzterer, wie an sich ebenfalls bekannt, beispielsweise mittels einer Klappe.In order not to impair the oxygen content of the cylinder charge at full load and ultimately the power output it is necessary to control the admixture of exhaust gas to the combustion air, as is known per se, as a function of the load and / or speed and in such a way that more and more with a smaller load Very little or nothing at all is mixed in at full load, either the inflow cross-section for the exhaust gas or the throttle cross-section generating the pressure gradient are controlled can, the latter, as is also known per se, for example by means of a flap.
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Ein sehr vorteilhafter, die Steuerung betreffender Vorschlag, ergeht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dahin, die Steuerung der Beimischung von Abgas zur Verbrennungsluft in direkter Abhängigkeit von der jeweils eingespritzten Kraftstoff menge erfolgen zu lassen, wobei in Weiterbildung dieses G-edankens die Kraftstoff einspritzpumpe mit einem zusätzlichen Pumpenelement versehen werden kann, dessen in gleichem Sinne wie die in jedem Arbeitszylinder eingspritzte Kraftstoffmenge sich ändernde Fördermenge zur Betätigung des die Beimischung von Abgaasteuernden Organs ausgenutzt wird. Es empfiehlt sich, die Bewegungen des Steuerorgans vorzugsweise hydraulisch soweit zu dämpfen, daß jeweils zwischen zwei Hüben der Steuerung keine oder keine nennenswerte Rückstellung des Steuerorgans erfolgt.A very advantageous suggestion relating to the control system, goes in a further embodiment of the invention, the control of the admixture of exhaust gas to the combustion air in to be made directly dependent on the amount of fuel injected in each case, with this in further development Thankfully, the fuel injection pump can be provided with an additional pump element, which in the same sense like the amount of fuel injected into each working cylinder changing delivery rate is used to actuate the admixture of exhaust-controlling organ. It recommends to dampen the movements of the control member, preferably hydraulically, to such an extent that between two strokes of the control no or no significant provision has been made by the tax body.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
Abb. 1 veranschaulicht anhand eines Schaulinienbildes den Steuerungsverlauf einer Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine, bei der das der Verbrennungsluft beizumischende Abgas durch das Auslaßventil eines jeden Zylinders zurückgeführt wird.Fig. 1 uses a visual line diagram to illustrate the control process of a four-stroke piston internal combustion engine, in which the exhaust gas to be admixed with the combustion air is returned through the exhaust valve of each cylinder.
Abb. 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einer Drosselklappe in der Auspuffleitung und eine Einrichtung zur lastabhängigen Verstellung dieser Drossel.Fig. 2 shows schematically an internal combustion engine according to the invention with a throttle in the exhaust pipe and a Device for load-dependent adjustment of this throttle.
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Abb. 1. zeigt die Ventilerhebungskurven einer Viertakt-Kolbenbrenn kraftmaschine, in deren Auspuffleitung die Abgase vor einer Drosselklappe gestaut werden. Die kurz vor U-.T., also kurz vor Beendigung des Krafthubes ihren Anfang nehmende normale Auslaßventilerhebungskurve ist mit a und diejenige des Einlaßventils mit b "bezeichnet. Erfindungsgemäß öffnet nun das wie üblich kurz nach U.I., d.h. nach Beginn des Ansaughubes schließende Auslaßventil kurz vor TJ. T., d.h. kurz vor Beendigung des Saughubes ein zweites Mal nach der Kurve c, so daß ein Teil des in der Auspuffleitung gestauten Abgases in den Arbeitszylinder zurückströmt. Die zurückströmende Menge ist abhängig von der Höhe des Staudruckes und dem Ausmaß des freigegebenen Zeitquerschnittes.Fig. 1. shows the valve lift curves of a four-stroke piston combustion engine, in whose exhaust line the exhaust gases are in front of a Throttle valve are jammed. The one just before U-.T., So shortly before the end of the power stroke starting normal exhaust valve lift curve is with a and that of the intake valve denoted by b ". According to the invention this now opens as usual shortly after U.I., i.e. after the start of the intake stroke closing exhaust valve just before TJ. T., i.e. shortly before termination of the suction stroke a second time after curve c, see above that part of the exhaust gas accumulated in the exhaust line in the working cylinder flows back. The amount flowing back depends on the height of the back pressure and the extent of the approved time cross-section.
In Abb. 2 sind die dreizylindrige Viertakt-KoIbenbrennkraftmasehine mit 13, deren über eine Hilfswelle 14 angetriebene Kraftstoffeinspritzpumpe mit 15 und die Auspuffleitung mit bezeichnet. In letzterer ist eine Drosselklappe 17 angeordnet, deren Verstellung lastabhängig erfolgt. Ein !Peil des vor dieser .Drosselklappe 17 gestauten Abgases wird, wie hier nicht dargestellt, durch das gegen Ende des Ansaughubes noch einmal kurz öffnende Auslaßventil bzw. die Auslaßventile in die Zylinder zurückgeschoben. Die lastabhängige Verstellung der Drosselklappe 17 erfolgt auf folgende Weise: An der Kraftstoffeinspritzpumpe 15 ist ein viertes Pumpenelement vorgesehen, das über eine Leitung 18 ir den Arbeitsraum 19 eines durch eine FederFig. 2 shows the three-cylinder four-stroke piston combustion engine with 13, whose fuel injection pump is driven by an auxiliary shaft 14 with 15 and the exhaust line with designated. In the latter a throttle valve 17 is arranged, their adjustment takes place depending on the load. A! Peil of the exhaust gas accumulated in front of this .Throttle valve 17 is, as not shown here, again briefly towards the end of the intake stroke opening exhaust valve or the exhaust valves pushed back into the cylinder. The load-dependent adjustment of the throttle valve 17 is done in the following way: On the fuel injection pump 15 a fourth pump element is provided, which via a line 18 ir the working chamber 19 by a spring
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"belasteten Kolbens 21 fördert. An den Arbeitsraum 19 dieses Kolbens ist eine durch eine Drossel 22 beherrschte, zur Saugseite der Kraftstoffeinspritzpumpe 15 zurückführende Leitung 23 angeschlossen, in die auch hinter der Drossel 22 die Zntlastungsleitung 24 der Federkammer des Kolbens 21 mündet. Über eine Stange 25, ein Gelenk 26 und einen Hebel 27 verstellt der Kolben 21 proportional den Änderungen der Fördermenge des vierten Pumpenelementes und damit auch proportional den Änderungen der eigentlichen Einspritzpumpenelemente die Drosselklappe 17. Ein nennenswertes Rückdrehen der Drosselklappe 17 zwischen je zwei Hüben der Betätigungspumpe wird verhindert durch eine am Hebel 27 angreifende hydraulische Dämpfungseinrichtung 28."A loaded piston 21 is connected to the working chamber 19 of this piston is controlled by a throttle 22, leading back to the suction side of the fuel injection pump 15 line 23, into which the pressure line 24 of the spring chamber of the piston 21 also opens behind the throttle 22. Via a Rod 25, a joint 26 and a lever 27 adjusts the piston 21 proportionally to the changes in the delivery rate of the fourth pump element and thus also proportionally to the changes in the actual injection pump elements, the throttle valve 17 a hydraulic damping device 28 acting on the lever 27.
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |