DE2038098A1

DE2038098A1 - Internal combustion engine with cylinders each comprising a combustion chamber and an antechamber

Info

Publication number: DE2038098A1
Application number: DE19702038098
Authority: DE
Inventors: Istvan Dipl-Ing Geiger; Gustav Vogelsang
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1972-02-10

Description

YOLKSWiGEBWEHE AktiengesellschaftYOLKSWiGEBWEHE Aktiengesellschaft

3180 W ο 1 f s b u r g
Unsere Zeichen: K 954
9704/Hu/La 3180 W ο 1 fsburg
Our reference: K 954
9704 / Hu / La

Brennkraftmaschine mit jeweils einen Brennraum •und eine Vorkammer umfassenden Zylindern Internal combustion engine each with a combustion chamber • and an antechamber comprising cylinders

Aus der deutschen Patentschrift 1 022 051, 46a -10, ist eine Brennkraftmaschine mit Zylindern "bekannt, von denen jeder einen mit einer Kraftstoff zündeinrichtung versehenen Brennraum und eine mit diesem in Verbindung stehende Vorkammer enthält, in die eine von einer im Betrieb ungeregelten Kraftstoffpumpe gespeiste Einspritzdüse einmündet und eine Zündkerze mit ihren Elektroden hineinragt. Die Aufteilung des Zylindervolumens in einen eigentlichen Brennraum und eine Vorkammer für die Zündkerze bietet den Vorteil, daß auch bei einem wenig zündfreudigen Gemisch im Brennraum, wie es zur Erzielung einer guten Kraftstoffausnutzung und nur geringer Schadgasanteile im Abgas erforderlich ist, mit Sicherheit eine zeitlich definierte Zündung erzielt wird, weil im Bereich der Elektroden' der Zündkerze ein relativ fettes Gemisch vorhanden ist.From the German patent specification 1 022 051, 46a -10, an internal combustion engine with cylinders "is known, each of which is one with a Fuel ignition device provided combustion chamber and one with this contains associated antechamber, into which one of an im Operation unregulated fuel pump feeds the injection nozzle and a spark plug with its electrodes protrudes. The division of the cylinder volume into an actual combustion chamber and a Pre-chamber for the spark plug has the advantage that even with one little ignitable mixture in the combustion chamber, how to achieve a good fuel efficiency and only low levels of harmful gas in the exhaust gas is required, a time-defined ignition is achieved with certainty is because in the area of the electrodes' of the spark plug a relative rich mixture is present.

Erfindungsgemäß sind bei der beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse derart ausgelegt, daß sie According to the invention, in the known internal combustion engine described, the fuel pump and injection nozzle are designed in such a way that they

109887/0797109887/0797

nur kurz vor der Zündung arbeiten und höchstens die dem Leerlaufbedarf entsprechende Kraftstoffmenge der Vorkammer zuführen, deren Volumen maximal 15 fo des Volumens des Brennraumes beträgt und die über eine die Spülung der Vorkammer zulassende Öffnung in den Brennraum übergeht, während die Kraftstoffzumeßeinrichtung derart bemessen ist, daß sie dem Brennraum ein Kraftstoffgemisch mit einer Luftüberschußzahl zuführt, bei der die NO - und die CO-Anteile im Abgas praktisch unabhängig von einer Zunahme der Luftüberschußzahl sind.only work shortly before ignition and at most feed the fuel quantity corresponding to the idle requirement to the prechamber, the volume of which is a maximum of 15 fo the volume of the combustion chamber and the opening that allows the prechamber to be flushed passes into the combustion chamber, while the fuel metering device is dimensioned such that it supplies the combustion chamber with a fuel mixture with an excess air ratio at which the NO and CO components in the exhaust gas are practically independent of an increase in the excess air ratio.

Sind Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse der Vorkammer so ausgelegt, daß sie gerade die dem Leerlaufbedarf entsprechende Kraftstoffmenge der Vorkammer zuführen, so bietet die Erfindung den Vorteil, daß eine besondere Leerlaufeinrichtung nebst Regelung vermieden wird. Sind dagegen Kraftstoffpumpe und Einspritzdüse so ausgelegt, daß sie weniger als den Leerlauf bedarf, also beispielsweise 50 fo desselben, der Vorkammer zuführen, so bietet die Erfindung den Vorteil, daß sie auch bei sehr mageren Gemischen (Luftüberschußzahlen in der Größenordnung von 1,4) im Brennraum, die an sich als zündunwillig bekannt sind, doch mit Sicherheit eine Zündung über das zündwillige Gemisch in der Vorkammer gewährleistet. Gemische mit derart hohen Luftüberschußzahlen zeichnen sich bekanntlich dadurch aus, daß die Schadgasanteile im Abgas, also die ΪΓ0 - und die CO-Anteile, in ihrer Menge praktisch unabhängig von einer Zunahme der Luftüberschußzahl sind.If the fuel pump and injection nozzle of the prechamber are designed in such a way that they supply precisely the amount of fuel to the prechamber corresponding to the idling requirement, the invention offers the advantage that a special idling device and control are avoided. If, on the other hand, the fuel pump and injection nozzle are designed in such a way that they require less than idling, for example 50 fo of the same, supply the prechamber, the invention offers the advantage that they can also be used with very lean mixtures (excess air numbers in the order of 1.4). in the combustion chamber, which are known per se to be unwilling to ignite, but which are guaranteed to ignite via the ignitable mixture in the antechamber. Mixtures with such high excess air numbers are known to be distinguished by the fact that the pollutant gas components in the exhaust gas, that is to say the ΪΓ0 and the CO components, are practically independent of an increase in the excess air number.

In den Fällen, in denen der Schadgasanteil erst bei höheren Lasten störend groß wird, kann eine dadurch gekennzeichnete Weiterbildung der Erfindung von Vorteil sein, daß Mittel vorhanden sind, die erst bei höherer Last Kraftstoffpumpe nebst Einspritzdüse zuschalten und gleichzeitig die Kraftstoff zündeinrichtung auf ein Gemisch mit der Luftüberschußzahl umstellen, bei der die KO - und die CO-Anteile im Abgas praktisch unabhängig von einer Zunahme der Luftüberschußzahl sind.In those cases in which the proportion of harmful gas only occurs at higher loads becomes disturbing large, a characterized development of the invention can be advantageous that means are available that only switch on fuel pump and injector at higher load and at the same time the fuel ignition device on a mixture with the Change the excess air ratio in which the KO and CO shares in the Exhaust gas practically independent of an increase in the excess air number are.

109887/0797109887/0797

Voraussetzung für ein einwandfreies Funktionieren der Brennkraftmaschine mit in Brennraum und Vorkammer unterteiltem Zylindervolumen ist, daß die Verbindung zwischen der Vorkammer und dem Brennraum eine Spülung der Vorkammer zuläßt. Dies ist einerseits für die Entfernung von Abgasen aus der Vorkammer, andererseits für die Durchwirbelung des Gemisches in der Vorkammer während des Verdichtungshubes von besonderer Bedeutung. Da nämlich über das Einspritzventil der Vorkammer reiner Kraftstoff zugeführt wird, muß dieser mit dem in der Hegel mageren Gemisch, das aus dem Brennraum in die Vorkammer gedrückt wird, durchmischt werden. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, daßPrerequisite for perfect functioning of the internal combustion engine with cylinder volume divided into combustion chamber and antechamber is that the connection between the antechamber and the combustion chamber allows the antechamber to be flushed. This is on the one hand for the removal of exhaust gases from the antechamber, on the other hand for the swirling of the mixture in the antechamber of particular importance during the compression stroke. Since pure fuel is supplied to the prechamber via the injection valve, it must be lean with the Hegel Mixture that is pressed from the combustion chamber into the antechamber, be mixed. For this reason it is appropriate that

die Vorkammer die Form einer nischenartigen Erweiterung der ä the antechamber takes the form of a niche-like extension of the Ä

Brennkammer besitzt, also die Verbindung möglichst nicht über Kanäle erfolgt, deren Durchmesser klein gegen die Kanallänge und wesentlich kleiner als die entsprechende Querschnittsabmessung der Vorkammer ist.Combustion chamber, so the connection is not made via channels as possible, the diameter of which is small compared to the channel length and is significantly smaller than the corresponding cross-sectional dimension of the antechamber.

Es sei darauf hingewiesen, daß unter einem Zylinder im Sinne der Erfindung nicht notwendigerweise ein einen Hubkolben aufnehmender Zylinder zu verstehen ist, sondern daß die Erfindung mit Vorteil auch bei Rotationskolbenmotoren anwendbar ist. Auch hier kann ein Zylinder als feststehendes, die Brennkammer umgebendes Seil definiert werden, und der Kolben ist der bekannte Rotationskolben. Bei diesen Maschinentypen könnenIt should be noted that under a cylinder in the sense of the invention is not necessarily to be understood as a cylinder receiving a reciprocating piston, but that the invention can also be used with advantage in rotary piston engines. Here, too, a cylinder can be defined as a fixed rope surrounding the combustion chamber, and the piston is that well-known rotary piston. With these machine types you can

ebenfalls Vorkammern vorgesehen sein, die vorzugsweise die ^also antechambers may be provided, which are preferably the ^

Form von Wischen haben.Have the form of wipes.

Die Figuren zeigen erfindungswesentliche Teile einer mit einer Vorkammer und einem Brennraum in Zylindern versehenen Brennkraftmaschine , und zwar zeigt Figur 1 diejenige Zylinderpartie, die die Vorkammer bildet, während in Figur 2 schematisch die Steuereinrichtung für eine Einspritzdüse wiedergegeben ist.The figures show essential parts of the invention of an internal combustion engine provided with an antechamber and a combustion chamber in cylinders, namely FIG. 1 shows that cylinder section which forms the antechamber, while FIG the control device for an injection nozzle is shown.

- 4 109887/07 9 7- 4 109887/07 9 7

.In Figur 1 ist der Zylinder allgemein mit 1 bezeichnet. Der Brennraum 2 mit dem nicht dargestellten Kolben, der in diesem Ausführungsbeispiel ein Hubkolben ist, besitzt an seinem oberen Ende die nisehenförmige Erweiterung 3, die die Vorkammer darstellt. In diese Vorkammer mündet die Kraftstoffdüse 4 ein; ferner nimmt die Vorkammer 3 die Elektrodenanordnung 5 der Zündkerze 6 auf. Wie die Figur deutlich erkennen läßt, ist die Verbindung zwischen dem Brennraum 2 und der Vorkammer 3 nicht durch schmale Kanäle hergestellt, sondern dadurch, daß die Vorkammer 3 praktisch eine nischenartige Erweiterung des Brennraumes 2 ist, die bei 3a so ausläuft, daß der hochgehende Kolben eine Gemischdurchwirbelung in der Vorkammer 3 hervorruft.In Figure 1, the cylinder is generally designated 1. Of the Combustion chamber 2 with the piston, not shown, which is a reciprocating piston in this exemplary embodiment, has on its the upper end of the sill-like enlargement 3, which represents the antechamber. The fuel nozzle 4 opens into this prechamber a; Furthermore, the antechamber 3 takes the electrode arrangement 5 the spark plug 6 on. As the figure clearly shows, the connection between the combustion chamber 2 and the antechamber 3 is not made by narrow channels, but rather by that the antechamber 3 is practically a niche-like extension of the combustion chamber 2, which expires at 3a so that the high-going Piston causes a mixture turbulence in the antechamber 3.

Me Vorkammer 3 ist so bemessen, daß ihr Volumen maximal 15 $ des Volumens des Brennraumes 2 beträgt. Hier wird in diesem Ausführungsbeispiel über die Einspritzdüse 4> eier in bekannter Weise eine Einspritzpumpe vorgeschaltet ist, eine Kraftstoffmenge zugeführt, die gerade dem Leerlaufbedarf entspricht, so daß die Maschine keine zusätzlichen Leerlaufregeleinrichtungen erfordert.Me antechamber 3 is dimensioned so that its volume does not exceed $ 15 of the volume of the combustion chamber 2 is. In this exemplary embodiment, the injection nozzle 4> Eg an injection pump is connected upstream in a known manner, a quantity of fuel supplied, which just corresponds to the idle requirement, so that the machine does not require any additional idle control devices.

Dem Brennraum selbst ist ein Gemischeinlaßventil zugeordnet, das in bekannter Weise über einen Vergaser beliefert wird. Derartige Einrichtungen sind an sich bekannt und daher zeichnerisch nicht dargestellt.A mixture inlet valve, which is supplied in a known manner via a carburetor, is assigned to the combustion chamber itself. Such devices are known per se and are therefore not shown in the drawing.

In Figur 2 ist mit 10 der Kraftstofftank, mit 11 die Kraftstoffpumpe und mit 12 der Verteiler bezeichnet, der überseine Ausgangsleitungen 13 bis 16 in vorgegebener Reihenfolge die Einspritzventile der Vorkammern der in diesem Ausführungsbeispiel vier Zylinder mit Kraftstoff versorgt. Der Tank 10 liefert über die Leitung 17 an die Pumpe 11 Kraftstoff, der überIn FIG. 2, 10 is the fuel tank and 11 is the fuel pump and with 12 denotes the distributor that oversees Output lines 13 to 16 in the specified order Injection valves of the prechambers, which in this exemplary embodiment supply four cylinders with fuel. The tank 10 delivers via the line 17 to the pump 11 fuel, which over

- 5 109887/0797 - 5 109887/0797

die Ausgangsleitung 18 der Pampe und ein nur bei höherer Last geöffnetes Ventil 19 dem Verteiler 12 und damit den einzelnen Einspritzdüsen der Zylinder zugeführt wird. Das Ventil 19 steht beispielsweise mit den Antriebsorganen für eine Drosselklappe im Vergasersaugrohr des Einlaßventiles in Verbindung, das dem in Figur 1 mit 2 bezeichneten Brennraum zugeordnet ist. Demgemäß wird das Ventil 19 über den Betätigungsmechanismus der Drosselklappe nur bei höheren Lasten des Motors geöffnet. Bei Leerlauf und bei niedrigen Belastungen fließt der Kraftstoff dagegen über das druckabhängige Ventil 2o und die Rückführungsleitung 21 zurück in den Tank 1o. the output line 18 of the Pampe and only at a higher load open valve 19 the manifold 12 and thus the individual Injection nozzles is fed to the cylinder. The valve 19 is at a standstill for example with the drive elements for a throttle valve in the carburetor suction pipe of the inlet valve in connection, which the is assigned in Figure 1 with 2 designated combustion chamber. Accordingly the valve 19 is opened via the throttle valve actuation mechanism only at higher engine loads. at On the other hand, when idling and at low loads, the fuel flows back into the tank 1o via the pressure-dependent valve 2o and the return line 21.

Mit der in Figur 2 beschriebenen Anordnung ist es also möglich, ™With the arrangement described in Figure 2, it is therefore possible to ™

die in Figur 1 mit 3 bezeichnete Vorkammer über die Einschaltung der Einspritzdüse 4 nur bei höheren Belastungen wirksam zu machen.the antechamber denoted by 3 in FIG. 1 via the activation the injection nozzle 4 is only effective at higher loads close.

Gleichzeitig mit dieser Zuschaltung der Einspritzdüse 4 '■ erfolgt eine Umschaltung des dem Brennraum 2 über ein Einlaßventil zugeführten Gemisches auf ein solches mit sehr großer oder sehr kleiner Luftübersehußzahl. Diese Umschaltung kann ebenfalls über die Drosselklappe erfolgen, indem in an sich bekannter und daher nicht dargestellter Weise der Drosselklappe Bypässe zugeordnet sind, die in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe freigegeben oder abgedeckt werden. λ Simultaneously with this connection of the injection nozzle 4 ′, the mixture supplied to the combustion chamber 2 via an inlet valve is switched to a mixture with a very large or very small excess air number. This switchover can also take place via the throttle valve, in that bypasses are assigned to the throttle valve in a manner known per se and therefore not shown, which bypasses are released or covered depending on the position of the throttle valve. λ

109887/07109887/07

Claims

(1. Internal combustion engine with "cylinders, each of which has one with a fuel metering device provided with a combustion chamber and a door chamber connected to it contains, into which an injection nozzle fed by a fuel pump that is not regulated during operation opens and a Spark plug with its electrodes protrudes, characterized by that the fuel pump and injector are designed in such a way are that they only work shortly before ignition and at most the amount of fuel that corresponds to the idling requirement to the antechamber, the maximum volume of which is 1.5 $ of the volume of the combustion chamber and the opening into the combustion chamber that allows the antechamber to be flushed passes, while the fuel metering device is dimensioned such that it supplies a fuel mixture to the combustion chamber with an excess air ratio at which the HQ and the CO components in the exhaust gas are practically independent of any increase are the excess air number.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that means are present which only switch on the fuel pump and injection nozzle at higher load and at the same time switch the fuel metering device to a mixture with the excess air number, in which the ΗΟ _χ - and the CO components in the exhaust gas are practically are independent of an increase in the excess air number.

3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2> characterized in that the antechamber has the shape of a riischan-like Extension of the combustion chamber, '

109887/0797