DE2214400C3 - Mixture-compressing spark-ignited internal combustion engine with charge stratification - Google Patents

Mixture-compressing spark-ignited internal combustion engine with charge stratification

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DE2214400C3 DE19722214400 DE2214400A DE2214400C3 DE 2214400 C3 DE2214400 C3 DE 2214400C3 DE 19722214400 DE19722214400 DE 19722214400 DE 2214400 A DE2214400 A DE 2214400A DE 2214400 C3 DE2214400 C3 DE 2214400C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Ladungs- "' schichtung für den Betrieb mit flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen, vorzugsweise Kohlenwasserstoffen, bei welcher der Brennraum in zvA Teilräume mit verengtem Verbindungskanal unterteilt ist, wobei dem ersten Teilraum ein einer Zündker;- t benachbartes K> Kraftstoff-Luft-Gemischeinlaßventil und dem zweiten Teilraum ein Auslaßventil zugeordnet istThe invention relates to a mixture-compressing, spark-ignited internal combustion engine with charge stratification for operation with liquid or gaseous fuels, preferably hydrocarbons, in which the combustion chamber is subdivided into zvA sub-chambers with a narrowed connecting duct, the first sub-chamber being a K adjacent to a spark plug; > Fuel-air mixture inlet valve and an outlet valve is assigned to the second compartment

Es sind seit vielen Jahren Vorschläge bekanntgeworden, die eine Ladungsschichtung im Ottomotor anwenden, um auch diesen Motor mit größerem Luftüber- ""' schuß betreiben zu können.For many years, proposals have become known that use charge stratification in the gasoline engine in order to also provide this engine with a larger air over- "" ' to be able to operate shot.

Es ist bekannt, daß hierdurch verschiedene Vorteile erzielt werden, wie z. B.:It is known that this has various advantages can be achieved such. B .:

(a) tiefere Prozeßtemperaturen (insbesondere bei Teillast), da das Gesamtluftverhältnis höher als das 4' stöchiometrische sein kann, wodurch die Wärmeverluste an die Brennraumwand reduziert werden;(a) lower process temperatures (especially at part load), since the total air ratio can be higher than the 4 'stoichiometric, whereby the heat losses to the combustion chamber wall are reduced;

(b) erhöhter thermischer und chemischer Wirkungsgrad, da einerseits bei größerer Gesamtluftzahl der thermodynamische Prozeß dem mit reiner Luft V) näher kommt, andererseits die Verbrennung mit LuftUberschuß ausgeführt wird;(b) increased thermal and chemical efficiency, since on the one hand the thermodynamic process comes closer to that with pure air V) with a higher total air ratio, on the other hand the combustion is carried out with excess air;

(c) infolge des Luftüberschusses und der damit verbundenen tieferen Verbrennungstemperaturen tritt im Vergleich zum Ottomotor weniger oder M keine bedeutende Dissoziation auf;(c) as a result of the excess air and the associated lower combustion temperatures, less or M no significant dissociation occurs in comparison with a gasoline engine;

(d) die Pumpverluste des Motors sind geringer, da keine oder nur eine geringe Drosselung der Ansaugluft erforderlich ist;(d) the pumping losses of the motor are lower, since there is little or no throttling of the Intake air is required;

(e) infolge der Ladungsschichtung, d. h. des kraftstoff- h" reicheren Gemisches an der Zündkerze, kann der(e) as a result of charge stratification, that is, the fuel-h "richer mixture at the spark plug, the

Motor als Vielstoffmotor betrieben werden;Engine operated as a multi-fuel engine;

(f) durch die Anwendung von Luftüberschuß und die damit verbundene Senkung der Prozeßtemperatur kann die Abgasemission auf die heute geforderten M niedrigen Werte reduziert werden.(f) by using excess air and the associated lowering of the process temperature, the exhaust gas emissions can be reduced to the M low values required today.

Es sind darüber hinaus gemischverdichtende, fremdIn addition, there are mixture-compressing, alien

gezündete Verbrennungsmotoren mit Ladungsschichtung bekanntgeworden, bei denen der Brennraum in zwei Teilräume aufgeteilt ist, die durch einen verengten Verbindungskanal verbunden sind.Ignited internal combustion engines with charge stratification become known, in which the combustion chamber is in two subspaces is divided, which are connected by a narrowed connecting channel.

Hierzu ist insbesondere die US-Patentschrift 33 04922 zu erwähnen, die die eingangs umrissene Gattung belegt und in der ein Schichtlademotor mit mit der Zündkerze versehener Wirbelkammer, in der ein Kraftstoffeinspritzventil oder eine zusätzliches Gemischeinlaßventil angebracht ist, beschrieben ist Es liegt also bereits Gemischanreicherung im Bereich der Zündkerze vor.For this purpose, US Pat. No. 33 04922 should be mentioned in particular, which describes the initially outlined Genus occupied and in which a stratified charge engine with the spark plug provided swirl chamber in which a Fuel injection valve or an additional mixture inlet valve is attached, it is described there is already mixture enrichment in the area of the spark plug.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentschrift 4 47 347 ein Arbeitsverfahren für Viertaktmotoren bekanntgeworden, bei dem die Luft mit dem Brennstoff in der Saugleitung gemischt wird und das Gemisch im Zylinder zwischen zwei Luftpolstern gelagert wird, wobei diese »Schichtung der Ladung« dadurch erreicht wird, daß nur während einer bestimmten Zeit des Saughubes der Brennstoff durch eine Pumpe in die Saugleitung eingespritzt wird. Hierdurch soll der Durchtritt von nicht zerstäubtem Brennstoff nachdem Kurbelwellenlager sowie das Verölen der Kerzen vermieden werden. Im Gegensatz zum heutigen »Schichtlademotor« wird hier also bewußt ein möglichst mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch an der Zündkerze erzeugtFurthermore, a working method for four-stroke engines has become known from German patent specification 4,47,347, in which the air with the fuel in the Suction line is mixed and the mixture is stored in the cylinder between two air cushions, this "Stratification of the charge" is achieved by the fact that the Fuel is injected into the suction line by a pump. This should allow the passage of Non-atomized fuel after crankshaft bearings and oiling of the candles are avoided. In contrast to today's "stratified charge engine", a fuel-air mixture that is as lean as possible is deliberately generated at the spark plug

Der vorliegenden -Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ladungsschichtung, d.h. Gemischanreicherung an der Zündkerze unabhängig von Belastung und Drehzahl des Motors zu erreichen. Diese Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brennraum nur ein Einlaßventil aufweist und daß die Kraftstoffzuführung zum ersten Teilraum nur durch Einführung in die Ansaugleitung unmittelbar stromauf dem Einlaßventil erfolgt und diese frühestens mit Beginn der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes beginntThe present invention is based on the object of the charge stratification, i.e. mixture enrichment at the spark plug independent of the load and engine speed. This task is performed in the internal combustion engine of the generic type solved according to the invention in that the combustion chamber has only one inlet valve and that the fuel supply to the first subchamber only through introduction into the intake line takes place immediately upstream of the inlet valve and this occurs at the earliest with the beginning of the second Half of the intake cycle begins

A) Der Brennraum ist also in zwei Teilräume unterteilt die am Einlaß- bzw. Auslaßventil liegen. Diese als »Einlaßteil« bzw. »Auslaßteil« bezeichneten Teilräume sind durch einen eingeschnürten Querschnitt verbunden. Die Zündkerze ist im Einlaßteil angeordnet Das Verbrennungsverfahren kann daher als »Zweikammerverfahren« bezeichnet werden.A) The combustion chamber is therefore divided into two sub-chambers subdivided which are located at the inlet or outlet valve. These sub-spaces, referred to as "inlet part" and "outlet part", are constricted by a Cross-section connected. The spark plug is located in the intake part. The combustion process can therefore be described as a "two-chamber procedure".

B) Die Gemischbildung, insbesondere die Gemischanreicherung an der Zündkerze wird in dem unter A) beschriebenen Brennraum durch die Kraftstoffzufuhr vor das Einlaßventil in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes erreichtB) The mixture formation, in particular the mixture enrichment at the spark plug, is carried out in the under A) described combustion chamber through the fuel supply in front of the inlet valve in the second half of the Intake stroke reached

Diese genannten Merkmale der Erfindung ergeben auch eine deutliche Abgrenzung gegenüber dem Gegenstand der DE-AS 10 91 378, in der ein Regel verfahren für eine Viertakt-Brennkraftmaschine beschrieben wird, bei dem zumindest ein Teil der Kraftstoffmenge direkt in eine Hilfsbrennkammer eingespritzt wird, wobei immer eine der Belastung angemessene zeitliche Aufteilung der Einspritzung über Ansaug· und Verdichtungstakt erfolgtThese mentioned features of the invention also result in a clear differentiation from that The subject of DE-AS 10 91 378, in which a rule procedure for a four-stroke internal combustion engine is described in which at least part of the amount of fuel is injected directly into an auxiliary combustion chamber, the injection and the compression stroke are always divided over time, which is appropriate to the load

Im einzelnen ergibt sich bei zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung gemäß den Unteransprüchen folgender Ablauf der Gemischbildung und Verbrennung:In particular, with an expedient embodiment of the invention according to the subclaims the following sequence of mixture formation and combustion:

Durch eine Niederdruckeinspritzung bzw. Dosierung wird der Kraftstoff kurz vor dem Einlaßventil in den Luftansaugkanal eingebracht. Daher ist eine Ladungs-By means of a low-pressure injection or metering, the fuel is injected into the shortly before the inlet valve Introduced air intake duct. Therefore a charge

schichtung, d, h, reiches Gemisch, im »Einlaßteil« nur dann zu erreichen, wenn die Kraftstaffzufuhr frQhestens in der zweiten Hälfte des Saugtaktes beginnt und etwa mit dem Ende des Saugtaktes beendet ist,stratification, that is, rich mixture, in the "inlet part" only to be achieved when the fuel supply begins in the second half of the suction cycle at the earliest and approximately ends at the end of the suction cycle,

Da der »Auslaßteil« seine Füllung über den »Einlaßteil« erhält, ist nur Für dieses Zeitintervall der Kraftstoffzufuhr eine Füllung des Auslaßteils mit magerem Gemisch bzw, reiner Luft möglich.Since the "outlet part" has its filling over the "Inlet part" is only for this time interval Fuel supply, filling of the outlet part with a lean mixture or pure air is possible.

Andererseits gewährleistet die Kraftstoffzufuhr in der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes eine Füllung des Einlaßteils mit reichem Gemisch.On the other hand, the fuel supply ensures a filling of the in the second half of the intake stroke Inlet part with rich mixture.

Soll im Auslaßteil ein bestimmtes mageres homogenes Gemisch erreicht werden, so kann die Kraftstoffzufuhr um einen gewissen Betrag über das Ende des Ansaugtaktes hinaus verlängert werden. Hieirdurch wird eine bestimmte Kraftstoffmenge vor dem Einlaßventil angelagert, die im nachfolgenden Saugtakt ein mageres homogenes Gemisch im Auslaßteil bildetIf a certain lean, homogeneous mixture is to be achieved in the outlet part, then the fuel supply can be extended by a certain amount beyond the end of the intake cycle. Through this will a certain amount of fuel accumulated in front of the inlet valve, which in the subsequent intake stroke a lean forms a homogeneous mixture in the outlet part

Der Beginn der Kraftstoffzufuhr in der zweiten Hälfte des Saugtaktes hängt von der Belastung des Motors ab. Mit zunehmender Belastung wird der Beginn der Kraftstoffzufuhr voi*verlegt wenn z. B. eine konstante Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit zugeführt wird. Die Gemischaufbereitung Findet beim Gegenstand der Erfindung nahezu während des ganzen Konipressionstaktes im Einlaßteil statt und kann durch Vorwärmen des Kammerbodmis toi Einlaßteil (z.B. durch Abgas-Vorbeifqhrung) unterstutzt werden.The start of the fuel supply in the second half of the suction cycle depends on the load on the Engine. With increasing load, the start of the fuel supply is postponed voi * if z. Legs constant amount of fuel is supplied per unit of time. The mixture preparation takes place at the object of the invention during almost the entire compression stroke in the inlet part and can be achieved by preheating the chamber floor in the inlet part (e.g. through exhaust gas bypass).

Die eingangs beschriebene Gestaltung des Brennraumes verhindert nunmehr im Kompressionstakt weitgehend den Gemischaustausch zwischen Einlaßteil und Auslaßteil, erhält also die gewünschte Ladungsschichtung aufrechtThe design of the combustion chamber described at the beginning now largely prevents the compression stroke the mixture exchange between the inlet part and the outlet part, thus receives the desired charge stratification upright

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt bzw. erläutert
in Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Brennkraftmaschine mit erfindungsgemäßen Merkmalen,
In the drawing, the subject matter of the invention is shown or explained using an exemplary embodiment
in Fig. 1 shows a section through an internal combustion engine with features according to the invention,

F i g. la eine Brennraumdraufsicht, ausF i g. la a top view of the combustion chamber

Fig.2 gehen Ventilerhebung und Einspritzgesetz hervor.Fig. 2 go valve lift and injection law emerged.

ι= In Fig. 1 ist der erfindungsgemäß gestaltete Brennraum im Zylinderkopf 1 mit der Zündkerze 6 im Einlaßteil 2 zu erkennen.ι = In Fig. 1, the combustion chamber designed according to the invention in the cylinder head 1 with the spark plug 6 is in the Inlet part 2 can be seen.

Fig. la zeigt die Draufsicht auf den Brennraum mit dem Einlaßteil 2 und dem Auslaßteil 3. Mit 4 bzw. 5 ist ,„ das Einlaß- bzw. Auslaßventil bezeichnetFig. La shows the plan view of the combustion chamber with the inlet part 2 and the outlet part 3. With 4 and 5 , " denotes the inlet and outlet valve

Eine Krafteioffzufuhrvorrichtung im Saugrohr ist mit 7 bezeichnet Mit 8 ist der Kanal Rn -eine mögliche Vorwärmung des Kammerbodens im Einlaßreil bezeichnet A Krafteioffzufuhrvorrichtung in the intake manifold is with 7 denoted by 8 is the channel Rn -a possible Preheating of the chamber floor in the inlet section

j5 In Fig.2 sind Kraftstoffzufuhrzeiträume in Abhängigkeit von der Kurbeistellung graphisch dargestelltj5 In Fig. 2 fuel supply periods are dependent graphically represented by the cure position

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gemischverdichtende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung für den r Betrieb mit flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffen, ' vorzugsweise Kohlenwasserstoffen, bei welcher der Brennraum in zwei Teilräume mit verengtem Verbindungskanal unterteilt ist, wobei dem ersten Teilraum ein einer Zündkerze benachbartes Kraftstoff-Luft-Gemischeinlaßventil und dem zweiten '" Teilraum ein Auslaßventil zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum nur ein Einlaßventil (4) aufweist und daß die Kraftstoffzuführung zum ersten Teilraum (2) nur durch Einführung in die Ansaugleitung unmittelbar ll stromauf dem Einlaßventil (4) erfolgt und diese frühestens mit Beginn der zweiten Hälfte des Ansaugtaktes beginnt1. mixture-compressing spark-ignition internal combustion engine with charge stratification for r operation with liquid or gaseous fuels' preferably hydrocarbons, is wherein the combustion chamber into two partial chambers divided constricted connecting channel, wherein the first partial chamber a spark plug adjacent the fuel-air mixture inlet valve and the second '"partial space is assigned an outlet valve, characterized in that the combustion chamber has only one inlet valve (4) and that the fuel supply immediately ll upstream of the first compartment (2) only by the introduction into the intake pipe takes place the inlet valve (4), and this at the earliest with Beginning of the second half of the intake cycle begins 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Kraftstoffeinführung durch 2" Niederdruckeinspritzung erfolgt.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the fuel is introduced by 2 " low-pressure injection. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffzuführung etwa am Ende des Ansaugtaktes beendet ist3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the fuel supply is ended approximately at the end of the intake stroke
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DE2436777C2 (en) * 1974-07-31 1982-09-09 Günter Dipl.-Ing.Dr.-Ing. 7910 Neu-Ulm Stahl Mixture compressing externally ignited reciprocating piston internal combustion engine with charge stratification

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