DE2225064A1

DE2225064A1 - COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: DE2225064A1
Application number: DE19722225064
Authority: DE
Inventors: Norman Moss
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Handel und Investments AG
Priority date: 1971-06-22
Filing date: 1972-05-23
Publication date: 1973-01-11
Also published as: FR2143161B1; IT958449B; FR2143161A1

Description

Our reference: P 2152

VerbrennungsmotorInternal combustion engine

Sie Erfindung bezieht sich auf gemischverdichtende Verbrennungsmotoren mit Brennstoffeinspritzsystemen.The invention relates to mixture-compressing internal combustion engines with fuel injection systems.

Die Bauart eines ein Gemisch verdichtenden Verbrennungsmotors, auf die sich die Erfindung bezieht, hat eine Arbeitskammer, deren wirksames Volumen periodisch durch die Zusammenarbeit eines bewegbaren Verschiebeelementes mit einer Wand der Kammer verändert wird. Die Verringerung des Volumens der Arbeitskammer wird zur Komprimierung eines gasförmigen Mediums verwendet, das wenigstens während irgendeiner Kompressionsstufe wenigstens irgendwelchen Brennstoff enthält, der, wenn die Kompression sich ihrem Maximum nähert, für eine exothermisehe Reaktion gezündet wird· Nach der Zündung ergibt sich durch die Expansion der erhitzten Gase in der Kammer eine Vergrößerung des Volumens der Arbeitskammer und es wird eine mechanische Arbeit von dieser Expansion gewonnen.The design of a mixture-compressing internal combustion engine to which the invention relates has a working chamber, their effective volume periodically through the cooperation of a movable displacement element with one wall of the chamber is changed. The reduction in the volume of the working chamber becomes compression of a gaseous medium is used, which is at least during any compression stage at least contains any fuel which, when the compression approaches its maximum, is exothermic Reaction is ignited · After ignition results from the expansion of the heated gases in the chamber an increase in the volume of the working chamber and mechanical work is gained from this expansion.

We/NaWe / Na

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Zusätzlich zu den Motoren mit hin- und hergehenden Kolben gehören Motore mit einem kreisförmigen Verschiebeelement und 25U den letzteren gehören insbesondere Motore der sogenannten Wankelbauart. Venn die Motore der genannten Art mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, ist es bisher üblich gewesen, den Brennstoff in die Luft oder in das Gas einzuspritzen, die bzw. das durch die Expansion der Arbeitskammer angesaugt wird, und zwar ehe die Luft tatsächlich in die Arbeitskammer eintritt oder bei., sogenannten Kompressionszündmotoren wird der Brennstoff in die Arbeitskammer in dem Augenblick eingespritzt, wenn das Volumen dieser Kammer minimal ist oder sich nahe seinem Minimum befindet.In addition to motors with reciprocating pistons, there are motors with a circular slide element and 25U the latter include, in particular, motors the so-called Wankel design. Venn the engines of the said Kind of operated with liquid fuel, it has previously been customary to put the fuel in the To inject air or into the gas that is sucked in by the expansion of the working chamber, and before the air actually enters the working chamber or becomes so-called compression ignition engines the fuel in the working chamber at the moment injected when the volume of this chamber is minimal or near its minimum.

Die erste dieser Alternativen hat den Nachteil, daß, insbesondere wenn der Motor relativ kalt ist, beispielsweise während oder kurz nach dem Starten, eine wesentliche Gefahr einer Trennung des flüssigen Brennstoffes von der Luft oder dem Gas besteht. Der flüssige Brennstoff kann auf diese Weise sich auf den Wänden der Durchgänge, die zu der Verbrennungskammer führen, niederschlagen. Hierdurch ergibt sich eine Unsicherheit in der Zusammensetzung der Mischung in der Arbeitskammer in dem Augenblick, wenn eine Zündung stattfinden soll, und es ist erforderlich, eine übermäßige Brennstoffmenge in das Gas einzuleiten, um sicherzustellen, daß die Mischung in der Reaktionskammer in dem Moment, wenn die Zündung stattfinden soll, zur Erzeugung von für die Zündung güns tigoi Zuständen, reich genug ist. Die oben erwähnte zweite Alternative erfordert eine Einspritzung mit einer sehr hohen Geschwindigkeit gegen einen sehr hohen Druck in dem Zylinder, wodurch die Einspritzeinrichtung sehr teuer wird.The first of these alternatives has the disadvantage that, especially when the engine is relatively cold, for example during or shortly after starting, there is a significant risk of separation of the liquid fuel consists of air or gas. In this way, the liquid fuel can settle on the walls of the Precipitate passages leading to the combustion chamber. This results in an uncertainty in the Composition of the mixture in the working chamber at the moment when ignition is to take place, and it is required to add an excessive amount of fuel to the gas to ensure that the mixture in the reaction chamber at the moment when the ignition is to take place, to generate for the ignition favorable tigoi states, is rich enough. The one mentioned above the second alternative requires injection at a very high speed against a very high pressure in the cylinder, making the injector very expensive.

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Die Erfindung hat zum Ziel, einen Motor der genannten Art zu schaffen, der eine verbesserte Vorrichtung für die Einspritzung des gesamten oder eines Teiles des erforderlichen Brennstoffes hat und bei dem die Unsicherheit über die im Augenblick der Zündung zur Verfügung stehende Brennstoffmenge, wie dies bei der zuerst genannten Alternativen der Fall ist, verringert ist, ohne die strengen Bedingungen der Einspritzung erfüllen zu müssen, die durch die Kompressionszündung in der zweiten der oben erwähnten Alternativen bedingt sind.The invention aims to provide a motor of the aforementioned Kind of creating an improved device for the injection of all or part of the required fuel and in which the uncertainty about the amount of fuel available at the moment of ignition, as in the case of the first mentioned Alternatives is the case, is reduced without meeting the strict conditions of the injection due to the compression ignition in the second of the above-mentioned alternatives.

Demgemäß ist durch die Erfindung ein ein Gemisch kornpremierender Verbrennungsmotor der genannten Art geschaffen, der wenigstens eine Brennstoffeinspritzdüse hat, die Brennstoff in eine Arbeitskammer an einer Stelle der Arbeitskammerwand einspritzt, die durch ein Verschiebeelement in der Arbeitskammer von dem Bereich der maximalen Kompression vor der Zündung isoliert ist.Accordingly, the invention is a mixture grain premier Internal combustion engine of the type mentioned created, the at least one fuel injector has, which injects fuel into a working chamber at a point on the working chamber wall, which is controlled by a sliding element is isolated in the working chamber from the area of maximum compression before ignition.

Die Isolierung erlaubt, daß der Brennstoff in den Motorzylinder oder in die andere Arbeitskammer während des Ansaughubes, während dem sich die Arbeitskammer vergrößert und/oder wahrend des größeren Teils des Kompressionshubes, wenn das Volumen der Arbeitskammer abnimmt, eingespritzt wird. Da die Einspritzung direkt in den Zylinder stattfindet, wird darüber hinaus die Brennstoffmenge, die zum Zeitpunkt der Zündung vorhanden ist, nicht durch ein Niederschlagen auf den Wänden einer Ansaugzweigleitung oder von anderen Ansaugdurchgängen nachteilig ... beeinflußt. Falls die Einspritzung während des Kompressionshubes stattfindet, ist das Vorhandensein eines maximalen Prozentsatzes des eingespritzten Brennstoffes im Augen-The insulation allows the fuel to enter the engine cylinder or into the other working chamber during the suction stroke, during which the working chamber is enlarged and / or during the greater part of the compression stroke, when the volume of the working chamber decreases, it is injected. Since the injection takes place directly into the cylinder, is also the amount of fuel that is present at the time of ignition, not by one Precipitation on the walls of an intake branch pipe or other intake passages is disadvantageous ... influenced. If injection occurs during the compression stroke, there is a maximum Percentage of fuel injected in the eye

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blick der Zündung sichergestellt, selbst wenn der Motor kalt ist. Die Erfindung erlaubt auch, daß die Einspritzung gerichtet erfolgt, um so eine maximale Brennstoffkonzentration in der Nachbarschaft der Zündvorrichtung zu erreichen. Die Geschwindigkeit der Einspritzung kann auch so gesteuert werden, daß die Brennstoffkonzentration im Augenblick der Zündung in der Nachbarschaft der Zündvorrichtung am größten ist, um auf diese Weise eine zuverlässige Zündung unter geringer Motorbelastung mit einer gesamten Brennstoffmenge sicherzustellen, die sonst zur Bildung einer leicht zündbaren Mischung in der gesamten Brennkammer im Augenblick der Zündung unzureichend wäre.ignition even when the engine is cold. The invention also allows the injection directed so as to achieve a maximum fuel concentration in the vicinity of the ignition device. The speed of the injection can also be can be controlled so that the fuel concentration in The moment of ignition in the vicinity of the ignition device is greatest, in order to be reliable in this way To ensure ignition under low engine load with a total amount of fuel that would otherwise be used Formation of an easily ignitable mixture in the entire combustion chamber at the moment of ignition would be insufficient.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung sind im nachfolgenden zwei Ausführungsbeispiele eines Motors der genannten Art beschrieben und in der Zeichnung dargestellt, die mit einem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung ausgerüstet sind. In der Zeichnung sind:To facilitate understanding of the invention, two exemplary embodiments of a motor are shown below mentioned type described and shown in the drawing, with a fuel injection system according to of the invention are equipped. In the drawing are:

Fig.1 ein axialer Schnitt durch den Endabschnitt eines Zylinders eines Motors mit hin- und hergehendem Kolben, der mit einem Brennstoffeinspritzsystem gemäß der Erfindung ausgerüstet ist undFig.1 is an axial section through the end portion of a Cylinder of a reciprocating piston engine equipped with a fuel injection system is equipped according to the invention and

Fig.2 ein Querschnitt eines in gleicher Weise ausgerüsteten Motors der Bauart mit einem sich drehenden Verschiebeelement.2 shows a cross section of a similarly equipped Motor of the type with a rotating sliding element.

Gemäß Fig.1 hat ein Viertaktverbrennungsmotor mit hin- und hergehendem Kolben und Fremdzündung einen Zylinderblock 1 mit einer Anzahl von Zylinderbohrungen 2, von denen nur eine dargestellt ist. In jedem Zylinder ist einAccording to FIG. 1, a four-stroke internal combustion engine with and piston and spark ignition a cylinder block 1 with a number of cylinder bores 2, of only one of which is shown. There is one in each cylinder

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Kolben 3 verschiebbar. Der Kolben ist durch eine Kolbenstange 5 mit einer nicht gezeigten Motorkurbelwelle verbunden. Die Zylinder sind durch einen Zylinderkopf 6 geschlossen, der für Jeden Zylinder eine an dem Ende eines Einlaßdurchganges 7 ausgebildete Einlaßöffnung hat, die durch ein Einlaßventil 8 gesteuert ist. Weiterhin hat Jeder Zylinder eine durch ein Auslaßventil 10 gesteuerte Auslaßöffnung 9. In der Vertiefung zwischen den beiden Ventilen 8 und 10 ist eine Zündkerze 11 angeordnet. Die soweit beschriebenen Teile können in irgendeiner üblichen Weise ausgeführt sein.Piston 3 slidable. The piston is connected to an engine crankshaft, not shown, by a piston rod 5. The cylinders are closed by a cylinder head 6, one for each cylinder at the end of one Inlet passage 7 has formed inlet opening which is controlled by an inlet valve 8. Furthermore, each cylinder has an exhaust port controlled by an exhaust valve 10 9. A spark plug 11 is arranged in the recess between the two valves 8 and 10. the parts described so far can be embodied in any conventional manner.

In der Umfangswand des Zylinders 2 sind Vertiefungen 12 ausgebildet. Die Vertiefungen 12 befinden sich in ausreichendem Abstand von dem Zylinderkopf 6, so daß sie von der komprimierten Gasmischung in dem Arbeitszylinder getrennt sind, wenn der Kolben sich in seinem oberen Totpunkt oder nahe dieser Stellung befindet. Jede der Vertiefungen 12 ist mit einer Brennstoffeinspritzdüse 13 ausgerüstet, die ein Einspritzen des Brennstoffes in die Zylinderbohrung 2 durch eine oder unter der Steuerung^N einer Einspritzvorrichtung 14 ermöglicht. Die Einspritzvorrichtung 14 wird von der Motorkurbelwelle über einen Kettenantrieb 15 angetrieben. Die Einspritzdüsen 13 können von üblicher Art sein, bei denen eine Zerstäubung durch den Brennstoffdruck erzeugt wird, oder sie können GeräteIn the peripheral wall of the cylinder 2, depressions 12 are formed. The depressions 12 are located at a sufficient distance from the cylinder head 6 so that they are separated from the compressed gas mixture in the working cylinder when the piston is at or near its top dead center. Each of the depressions 12 is equipped with a fuel injection nozzle 13 which enables the fuel to be injected into the cylinder bore 2 by or under the control ^{N of} an injection device 14. The injection device 14 is driven by the engine crankshaft via a chain drive 15. The injection nozzles 13 may be of the conventional type in which atomization is created by the pressure of the fuel, or they may be devices

sein, bei denen die Zerstäubung durch oder mit der Unterstützung von Schwingungen erreicht wird. Im letzteren Fall werden die Einspritzdüsen 13 mit einer sogenannten Ultraschallschwingung oder bei sogenannten Ultraschallfrequenzen in Schwingung versetzt· Natürlich müssen die Schwingungen ausreichend sein, um einen Strahl flüssigen Brennstoffes in kleine nebelartige Partikel aufzulösen. Der inbe in which the atomization is achieved by or with the assistance of vibrations. In the latter case the injection nozzles 13 with a so-called ultrasonic vibration or vibrated at so-called ultrasonic frequencies · Of course, the vibrations must be sufficient to produce a jet of liquid fuel to dissolve into small mist-like particles. The in

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der Praxis gefundene in Präge kommende Frequenzbereich hat seine untere Grenze in der Nähe der oberen Grenze der Hörbarkeit durch ein menschliches Ohr. Jedoch ist · es zur Geräuschunterdrückung in der Praxis im allgemeinen zu bevorzugen, Frequenzen zu verwenden, die hoch genug sind, um sicherzustellen, daß kein hörbarer Ton erzeugt wird.the frequency range found in practice has its lower limit near the upper limit of audibility by a human ear. However, In general, for practical noise suppression, it is preferable to use frequencies high enough to ensure that no audible sound is produced.

Die zeitlich gesteuerte Einspritzvorrichtung 14 kann so ausgeführt sein, daß sie gleichzeitig den Brennstoff durch alle Düsen 13 einspritzt oder daß sie den Brennstoff in einem gewünschten wechselseitigen Phasenverhältnis einspritzt. Es muß nicht immer der Fall sein, mehr als eine Einspritzdüse 13 in. der Zylinderwand vorzusehen. Es sei auch bemerkt, daß es möglich ist, ;je nach Wunsch entweder den gesamten erforderlichen Brennstoff durch die Einspritzdüsen 13 einzuspritzen oder diese Einspritzdüsen nur zum Einspritzen eines Teiles des Brennstoffes zu verwenden, während der übrige Brennstoff durch einen üblichen Vergaser in die Ansaugleitung 7 eingeleitet wird. Andererseits kann die Einspritzung durch die Düsen 13 für eine zusätzliche Einspritzung unter hohem Druck zur Erzielung einer Kompressionszündung verwendet werden. In diesem Fall wird die durch die Düsen 13 eingespritzte Brennstoffmenge ausreichend gering gehalten, um ein vorzeitiges Zünden der durch diese Einspritzung erzielten Mischung durch das Fortschreiten der Kompression zu vermeiden. Die Einspritzung durch die Düsen 13 wird dann zu Zwecken verwendet, die denen der sogenannten Fumigation gleich sind, die die Technik einer gleichartigen Zusetzung geringer Brennstoffmengen zu der Luft in der Einlaßsammelleitung eines Motors ist.The timed injector 14 can be designed to simultaneously feed the fuel through all the nozzles 13 or that they inject the fuel in a desired mutual phase relationship injects. It does not always have to be the case to provide more than one injection nozzle 13 in the cylinder wall. It should also be noted that it is possible; as desired either inject all the required fuel through the injectors 13 or these injectors to use only for injecting part of the fuel, while the rest of the fuel is used by a conventional one Carburetor is introduced into the suction line 7. On the other hand, the injection through the nozzles 13 for one additional high pressure injection can be used to achieve compression ignition. In this The amount of fuel injected through the nozzles 13 becomes the case kept sufficiently low to prevent premature ignition of the mixture obtained by this injection to avoid the progression of compression. The injection through the nozzles 13 is then used for purposes which are the same as those of so-called fumigation, which are the technique of adding small amounts of fuel in the same way to which air is in the intake manifold of an engine.

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Da die Düsen 13 in den Vertiefungen 12 angeordnet sind. und da sie durch den Kolben 3 vor den maximalen Drücken und Temperaturen, die in dem Zylinder 2 erzeugt werden, geschützt sind, können sie für die Bemessung einfacher als bisherige Düsen sein. Auch die Standzeit der Düsen ist mehr gesichert.als bei einer Einspritzvorrichtung, die in dem Zylinderkopf angeordnet ist.Since the nozzles 13 are arranged in the recesses 12. and since they are pushed by the piston 3 before the maximum pressures and temperatures generated in the cylinder 2 are protected, they can be easier for the sizing than previous nozzles. The service life of the nozzles is also more secure than with an injection device, which is arranged in the cylinder head.

In Fig.2 ist die Anwendung der Erfindung bei einem Motor mit einem sich drehenden Verschiebeelement dargestellt. Der mit der Erfindung versehene Motor mit einem sich drehenden Verschiebeflügel hat einen Lufteinlaß 18 und einen Abgasauslaß 17· Ein mit einer Anzahl von in radialer Richtung sich verschiebenden Flügeln 25 ausgerüsteter Rotor 24 ist in einem Gehäuse 16 drehbar angeordnet. Das Gehäuse 16 hat eine derartige, im Querschnitt ovale Form, das zwei halbmondförmige Arbeitskammern 20 zwischen dem Umfang des Rotors 24-, der Wand des Gehäuses 16 und den angrenzenden Flügeln 25 gebildet ist. Wenn der Rotor 24 sich um seine Achse in der Richtung des Pfeiles A dreht, nimmt das Volumen jeder Kammer 20 ab, wenn sich die Kammer auf der linken Seite der Zeichnung dem Radius der kleinsten Annäherung des Rotors an die Gehäusewand nähert. Danach nimmt das Volumen jeder Kammer 20 auf der anderen Seite dieses Radiuses zu. Während einer vollständigen Drehung des Rotors 24 vermindert sich jede Kammer 20 in ihrem Volumen für einen Kompressionshub und vergrößert sich wieder für einen Arbeitshub, wonach sich das Volumen erneut für einen Ausstoßhub verringert, um dann sich zum Schluß wieder für einen Ansaughub zu vergrößern. .In Fig.2 the application of the invention is in an engine shown with a rotating sliding element. The engine provided with the invention with a rotating sliding vane has an air inlet 18 and an exhaust outlet 17 · A with a number of in radial direction shifting blades 25 equipped Rotor 24 is rotatably arranged in a housing 16. The housing 16 has such a cross-section oval shape, the two crescent-shaped working chambers 20 between the circumference of the rotor 24-, the wall of the housing 16 and the adjacent wings 25 is formed is. As the rotor 24 rotates about its axis in the direction of arrow A, the volume of each chamber increases 20 from when the chamber on the left side of the drawing is the radius of the smallest approach of the rotor approaches the housing wall. Thereafter, the volume of each chamber 20 on the other side of that radius increases to. During one complete rotation of the rotor 24, each chamber 20 decreases in volume for a compression stroke and increases again for a working stroke, after which the volume increases again for an exhaust stroke is reduced in order to then increase again in the end for an intake stroke. .

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Gemäß Fig.2 enthält axe linke Kammer 20 ein Gemisch ,According to Figure 2 ax left chamber 20 contains a mixture,

von Luft, das zu Anfang durch den Lufteinlaß 18 ein- <of air entering through the air inlet 18 at the beginning

geleitet wurde und Brennstoff, der durch eine Düse ¹ was fed and fuel, which is passed through a nozzle ¹

26 eingespritzt wurde, die in einer Vertiefung 28 angeordnet ist. Das Gemisch wird in normaler Weise durch26 was injected, which is arranged in a recess 28. The mixture will flow through in the normal way

eine Zündkerze 30 gezündet. ja spark plug 30 ignited. j

Die in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiele |The embodiments described in the drawing |

können ohne Abweichung von dem Grundgedanken der Er- ;can without deviating from the basic idea of he-;

findung abgewandelt werden. Somit kann, während für eine _; finding can be modified. Thus, while for a _;

einfachere Darstellung in Verbindung mit Fig.2 ein Motor < Simpler representation in connection with Fig. 2 a motor <

mit flügelartigen Verschiebeelementen als Beispiel für · 'with wing-like sliding elements as an example for · '

einen Motor mit einem sich drehenden Verschiebeelement ■a motor with a rotating sliding element ■

beschrieben wurde, beispielsweise die Erfindung auch für ] Motore mit andersartigen, sich drehenden Verschiebeelementen, z.B. für solche der Wankelbauart, zur Anwendung
kommen.·has been described, for example the invention also for] engines with different types of rotating displacement elements, for example for those of the Wankel type, for use
come.·

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Claims

Internal combustion engine for compressing a mixture of the type described with at least one fuel injection nozzle, characterized in that the fuel injector feeds the fuel into a working chamber injected at one point on the working chamber wall, which is controlled by a sliding element in the Working chamber is isolated from the area of maximum compression before ignition.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized by an injection and timing control device to control the injection timing and duration of fuel from the fuel injector.

J. Internal combustion engine according to claim 1, characterized that the injector atomizes the fuel by the fuel pressure.

4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that the fuel injector vibrates to atomize the fuel will.

: · 0 -JSi. "J 2/06 Q

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