DE2230234C3 - Spark-ignited four-stroke internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine fremdgezündete Vier-Takt-Brennkraftmaschine mit einer vom Zylinderbrennraum mittels Ventil absteuerbaren Ziindkammer, in die zumindest ein Teil der Frischgasmenge direkt eingebracht und dort auf einen die Selbstzündung aus-Schließenden, gegenüber dem Verdichtungsenddruck Im Zylinderbrennraum niedrigeren Druck durch AbSteuern der Zündkammer verdichtet ist.The invention relates to a spark-ignited four-stroke internal combustion engine with a ignition chamber that can be controlled from the cylinder combustion chamber by means of a valve, into which at least a part of the fresh gas quantity is introduced directly and there on a self-ignition excluder, Compared to the final compression pressure, lower pressure in the cylinder combustion chamber due to control the ignition chamber is compressed.
Eine bekannte Brennkraftmaschine diesen Aufbaues (DT-PS 460 101) wird als Schwerölmotor betrieben und weist hierzu für den Zylinderbrennraum eine Schwerölversorgung und hiervon unabhängig für die Zündkamimer eine Leichtölversorgung auf. Die Zündkammer soll dabei temperaturabhängig zumindest so lange betrieben werden, bis mit steigender Maschinentemperatur allein über die Verdichtung eine Entflammung des Schweröls in dem Zylinderbrennraum möglich ist, und es dienen deshalb die Zündkammer und die in Verbindung mit dieser vorgesehenen Maßnahmen praktisch nur dem Zweck, für jene Betriebszustände, in denen die Zündwilligkeit des Schweröles noch nicht zur Selbstentflammung ausreicht, eine Zündhilfe mit ausreichend hoher Zündenergie zur Verfügung zu stellen.A known internal combustion engine of this structure (DT-PS 460 101) is operated as a heavy oil engine and has a heavy oil supply for the cylinder combustion chamber and, independently of this, for the ignition chamber a light oil supply. The ignition chamber should operate at least as long as a function of the temperature until, as the machine temperature rises, the compression alone causes the Heavy oil is possible in the cylinder combustion chamber, and it is therefore the ignition chamber and the in connection With these measures provided practically only the purpose for those operating states in which the The ignitability of the heavy fuel oil is not yet sufficient for self-ignition, an ignition aid with sufficient to provide high ignition energy.
Demgegenüber soll durch die Erfindung eine fremdzündende, mit niedrig verdichtbaren Brennstoffen ar- beitende Vier-Takt-Brennkraftmaschine geschaffen werden, die einen hohen Mitteldruck ermöglichtIn contrast, the invention is to provide a spark-igniting, with low-compressible fuels ar- beitende four-stroke internal combustion engine are created, which allows a high mean pressure
Gemäß der Erfindung wird dies unter Verwendung einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß ausschließlich niederoktaniger Brennstoff verwendet wird und daß der in den Zylinderbrennraum gelangende Brennstoffanteil so niedrig gehalten ist, daß eine Selbstzündung ausgeschlossen ist. Diese erfindungsgemäße Ausgestaltung, deren Schutz auf die Vereinigung aller angegebenen Merkmale beschränkt sein soll, ermöglicht auch die Verbrennung ungebleiter Brennstoffe mit einem noch tragbaren Wirkungsgrad und insbesondere auch mit einem hohen Kraftstoff-Luftverhältnis ohne Beeinträchtigung des Durchbrennungsgrades und mit günstigen Abgaswerten, da einerseits eine verhältnismäßig lange Einspritzzeit gegeben und dementsprechend eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes zu erreichen ist und da andererseits mit dem niedrigen Sauerstoffanteil in der Zündkammer die Spitzentemperaturen niedrig gehalten werden, was zu einem geringeren Stickoxidanteil im Abgas führt.According to the invention, this is done using an internal combustion engine of the type mentioned at the beginning achieved in that only low octane fuel is used and that the in the cylinder combustion chamber The amount of fuel arriving is kept so low that auto-ignition is excluded is. This embodiment according to the invention, the protection of which is based on the combination of all specified features Should be limited, it also allows the combustion of unleaded fuels with an even more portable Efficiency and in particular also with a high fuel-air ratio without impairment the degree of burn-through and with favorable exhaust gas values, since on the one hand a relatively long injection time given and accordingly an even distribution of the fuel can be achieved and on the other hand, with the low oxygen content in the ignition chamber, the peak temperatures are low are kept, which leads to a lower nitrogen oxide content in the exhaust gas.
Die Herabsetzung des Verdichtungsverhältnisses bei Brennkraftmaschinen zur Verbrennung niederoktaniger Brennstoffe ist an sich bekannt Bei den bekannten diesbezüglichen Lösungen wird aber, soweit es sich ohnehin nicht nur um Prüfmotoren zur Feststellung der Oktanzahl des jeweiligen Brennstoffes handelt, das Verdichtungsverhältnis insgesamt herabgesetzt, und es ergibt sich hieraus dann ein schlechter Mitteldruck für die jeweiligen Maschinen mit entsprechenden Leistungseinbußen. The reduction of the compression ratio in internal combustion engines for low octane combustion Fuels is known per se In the known solutions in this regard, however, as far as it is anyway not only about test engines to determine the octane number of the respective fuel, the Compression ratio reduced overall, and this then results in a poor mean effective pressure for the respective machines with corresponding performance losses.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieien näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawing explained. It shows
F i g. 1 einen Querschnitt durch den Zylinderkopf und einen Teil des Zylinderblockes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, F i g. 1 shows a cross section through the cylinder head and part of the cylinder block of a reciprocating piston internal combustion engine,
Fig.2 einen Schnitt durch den Zylinderkopf und einen Teil des Zylinderblockes einer anderen Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Linie INI in F i g. 3,2 shows a section through the cylinder head and part of the cylinder block of another reciprocating piston internal combustion engine according to line INI in FIG. 3,
Fig.3 einen Schnitt durch die Maschine entsprechend der Linie IH-IH in F i g. 2 und3 shows a section through the machine accordingly the line IH-IH in FIG. 2 and
F i g. 4 einen Querschnitt durch einen Teil des Zylindeikopfes einer weiteren Hubkolbenbrennkraftmaschine. F i g. 4 shows a cross section through part of the cylinder head of a further reciprocating piston internal combustion engine.
Die in F i g. 1 teilweise dargestellte, fremdgezündete Vier-Takt-Brennkraftmaschine weist einen Zylinderblock 11 und einen Zylinderkopf 15 auf. Im Zylinderblock 11 ist eine Zylinderbohrung 12 vorgesehen, in der ein Kolben 13 verschiebbar geführt ist. Der Kolben 13 begrenzt nach unten den volumenveränderlichen Zylinderbrennraum 16.The in F i g. 1 partially shown, spark-ignited four-stroke internal combustion engine has a cylinder block 11 and a cylinder head 15. In the cylinder block 11, a cylinder bore 12 is provided in which a piston 13 is slidably guided. The piston 13 delimits the variable-volume cylinder combustion chamber at the bottom 16.
Nach oben ist der Zylinderbrennraum 16 durch den Zylinderkopf 15 abgeschlossen, in dem ein Einlaßkanal 20 und ein Auslaßkanal 22 vorgesehen sind, welche jeweils über ein Ventil 21 bzw. 23 gesteuert sind. Der über das Einlaßventil 21 gesteuerte Einlaßkanal 20 mündet auf eine Zündkammer 32 aus, die über einen Überströmkanal 36 mit der Überströmöffnung 37 mit dem Zylinderbrennraum 16 in Verbindung steht. Der Zündkammer 32 sind eine Einspritzdüse 33 und eine Zündkerze 34 zugeordnet. Die Überströmöffnung 37 ist über ein Ventil 38 absteuerbar, das im Hinblick auf die hohe Belastung als Kolbenventil mit einem Ventilkolben 40 ausgebildet ist, der in der Öffnungsstellung in einer Bohrung 39 des Zylinderkopfes liegt und in seiner Schließstellung, in der die Überströmöffnung 37 absperrt, am Ventilsitzt 46 anliegt.At the top, the cylinder combustion chamber 16 is closed by the cylinder head 15, in which an intake port 20 and an outlet channel 22 are provided, which are each controlled via a valve 21 and 23, respectively. Of the The inlet channel 20 controlled via the inlet valve 21 opens out onto an ignition chamber 32, which via a Overflow channel 36 is connected to the overflow opening 37 with the cylinder combustion chamber 16. Of the An injection nozzle 33 and a spark plug 34 are assigned to ignition chamber 32. The overflow opening 37 is controllable via a valve 38, which in view of the high load as a piston valve with a valve piston 40 is formed, which lies in the open position in a bore 39 of the cylinder head and in his The closed position, in which the overflow opening 37 closes off, rests against the valve seat 46.
Den Ventilen sind übliche, hier nicht weiter erläuterte Steuereinrichtungen zugeordnet, die für das Einlaßventil 21 und das Auslaßventil 23 Ventilfedern 24 und für das Überströmventil 38 eine Ventilfeder 43 umfassen. Über die Federn sind die Ein- und Auslaßventile 21, 23 in Richtung auf ihre Schließlage belastet, während das Überströmventil 38 über die Ventilfeder 43 in seiner Öffnungslage gehalten wird. Die Betätigung der Ventile 21, 23 und 38 erfolgt über eine gemeinsame Nockenwelle 29.The valves are assigned conventional control devices, which are not explained further here, for the inlet valve 21 and the outlet valve 23 comprise valve springs 24 and a valve spring 43 for the overflow valve 38. Via the springs, the inlet and outlet valves 21, 23 are loaded in the direction of their closed position, while the overflow valve 38 is held in its open position via the valve spring 43. The operation of the Valves 21, 23 and 38 take place via a common camshaft 29.
Die Brennkraftmaschine gemäß F i g. 1 wird über den Einlaßkanal 20 mit Frischluft versorgt, wobei während des Ansaugtaktes sowohl das Einlaßventil 21 als auch das Überströmventil 38 offen sind. Mit Beendigung des Ansaugtaktes wird das Einlaßventil 21 geschlossen, und es wird nun die angesaugte Frischluft komprimiert. Hierbei ergibt sich zunächst ein gleichmäßiger Druckanstieg im Zylinderbrennraum 16 und in der Vorkammer 32, bis bei etwa ii0° vor dem Hubraumtotpunkt das Überströmventil 38 zu schließen beginnt und gleichzeitig über die Einspritzdüse 33 Brennstoff in die Zündkammer 32 eingegeben wird. Die beiThe internal combustion engine according to FIG. 1 is supplied with fresh air via the inlet channel 20, with during of the intake stroke, both the inlet valve 21 and the overflow valve 38 are open. With termination of the intake stroke, the intake valve 21 is closed and the fresh air drawn in is now compressed. This initially results in a uniform increase in pressure in the cylinder combustion chamber 16 and in the prechamber 32, up to about ii0 ° before the displacement dead center the overflow valve 38 begins to close and at the same time via the injection nozzle 33 fuel is entered into the ignition chamber 32. The at
der weiteren Verdichtung in die Zündkammer 32 einströmende Luft verwirbelt den eingespritzten Brennstoff und heizt ihn auf, so daß sich in der Zündkammer 32 ein zündfreudiges Brennstoff-Luft-Gemisch ergibt. Durch Schließen des Überströmventils 38 wird dann ein weiteres Hineinkomprimieren in die Zündkammer 32 verhindert, wobei das Überströmventil 38 beispielsweise bei einem Kurbelwinkel von 20 bis 30° vor dem oberen Totpunkt geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist bei der im Ausführungsbeispiel betrachteten Maschine im Zylinderbrennraum und in der Zündkammer ein geometrisches Verdichtungsverhältnis von etwa 7 :1 erreicht Mit dem Schließen des Überströmventils 38 wird auch das Einspritzen des Brennstoffes beendet und gleichzeitig über die Zündkerze 34 in der Zündkammer 32 gezündetthe further compression flowing into the ignition chamber 32 Air swirls the injected fuel and heats it up so that it is in the ignition chamber 32 results in an easily ignitable fuel-air mixture. By closing the overflow valve 38 is then A further compression into the ignition chamber 32 is prevented, the overflow valve 38 for example is closed at a crank angle of 20 to 30 ° before top dead center. At this time is in the engine considered in the exemplary embodiment in the cylinder combustion chamber and in the ignition chamber A geometric compression ratio of about 7: 1 is achieved with the closing of the overflow valve 38, the injection of the fuel is stopped and at the same time via the spark plug 34 in the Ignition chamber 32 ignited
Mit der Zündung steigen Gasdruck untl Gastemperatur in der Zündkammer 32 und es wird kurz nach der Zündung das Überströmventil 38 wieder geöffnet, worauf über die zunehmend freigegebene Überströmöffnung 37 die Brenngase in den Zylinderbrennraum 16 überströmen, in dem währenddessen bis zum Erreichen des oberen Totpunktes durch den Kolben 13 noch weiter verdichtet wurde, z. B. auf ein Verdichtungsverhältnis zwischen 9 :1 und 14 :1.With ignition, the gas pressure and temperature rise in the ignition chamber 32 and shortly after the ignition the overflow valve 38 is opened again, whereupon The combustion gases into the cylinder combustion chamber 16 via the increasingly opened overflow opening 37 overflow, in which meanwhile until reaching the top dead center by the piston 13 still further was compressed, e.g. B. to a compression ratio between 9: 1 and 14: 1.
Die in den Zylinderbrennraum übertretenden Brenngase vermischen sich dort schnell und eingehend mit der hochverdichteten Luft, wobei die noch unverbrannten Gasanteile weiter verbrannt werden. Der vorgeschilderte Ablauf hat wie dargelegt wurde, unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse in der Zündkammer 32 und im Zylinderbrennraum 16 zur Folge, und es können dementsprechend in der niedrig verdichteten Zündkammer auch Brennstoffe verbrannt werden, die bei einem einheitlichen Verdichtungsverhältnis für Zündkammer und Zylinderbrennraum wegen der auftretenden Selbstzündung nicht mehr gebraucht werden könnten.The combustion gases entering the cylinder combustion chamber mix quickly and thoroughly there the highly compressed air, with the still unburned gas components being burned further. The one described above As explained, the sequence has different compression ratios in the ignition chamber 32 and in the cylinder combustion chamber 16 result, and it can accordingly in the low-compression Ignition chamber can also be burned at a uniform compression ratio for fuels Ignition chamber and cylinder combustion chamber are no longer needed because of the self-ignition that occurs could.
Die F i g. 2 und 3 zeigen eine gegenüber der F i g. 1 abgewandelte Ausführungsform einer fremdgezündeten Vier-Takt-Brennkraftmaschine, wobei der Unterschied im wesentlichen darin besteht, daß hier nicht das gesamte Frischgas über die Zündkammer 48 eingesaugt wird, sondern daß der Einlaßkanal 56 unmittelbar in den Zylinderbrennraum 53 einmündet und die Versorgung der Zündkammer 48 über einen vom Einlaßkanal 56 in nicht näher dargestellter Weise abgezweigten Kanal 57 erfolgt. Dies hat zur Folge, daß der Strömungswiderstand beim Ansaugen geringer wird und sich dementsprechend eine bessere Füllung des Zylinder- · brennraumes und eine entsprechende Leistungserhöhung ergeben. Einlaßkanal 56 und Auslaßkanal 65 sind auch hier, was nicht weiter dargestellt ist, wiederum über Ventile gesteuert. Analog zur Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist auch der Einlaßöffnung 58 der Zweigleitung 57 ein Einlaßventil 60 zugeordnet. Der die Verbindung zwischen der Zündkammer 48 und dem Zylinderbrennraum 53 herstellende Überströmkanal 54 ist im Bereich seiner Öffnung 52 zum Zylinderbrennraum 53 über das Überströmventil 51 absperrbar. Die Steuerung aller Ventile erfolgt auch hier, was nicht nähedargestellt ist, über eine gemeinsame Nockenwelle, wobei die Steuerzeiten für das dem Zweigkanal 57 zugeordnete Einlaßventil und das dem Einlaßkanal 56 zugeordnete Einlaßventil gleich sind. Die Brennstoffzufuhr erfolgt wie bei F i g. 1 über eine Einspritzdüse 49, die in die Zündkammer 48 einspritzt, in der über die Zündkerze 50 gezündet wird.The F i g. 2 and 3 show an opposite of FIG. 1 modified embodiment of a spark-ignited four-stroke internal combustion engine, the difference being essentially consists in the fact that not all of the fresh gas is sucked in via the ignition chamber 48 here is, but that the inlet port 56 opens directly into the cylinder combustion chamber 53 and the supply the ignition chamber 48 via a channel branched off from the inlet channel 56 in a manner not shown 57 takes place. This has the consequence that the flow resistance when sucking in is less and less correspondingly better filling of the cylinder combustion chamber and a corresponding increase in output result. Inlet channel 56 and outlet channel 65 are also here again, which is not shown further controlled by valves. Analogously to the embodiment according to FIG. 1 is also the inlet port 58 of the branch conduit 57 an inlet valve 60 is assigned. The connection between the ignition chamber 48 and the cylinder combustion chamber 53 producing the overflow channel 54 is in the area of its opening 52 to the cylinder combustion chamber 53 can be shut off via the overflow valve 51. The control of all valves takes place here as well, which is not shown in detail is, via a common camshaft, the timing for the branch channel 57 assigned The inlet valve and the inlet valve assigned to the inlet channel 56 are the same. The fuel supply takes place as in FIG. 1 via an injection nozzle 49, which injects into the ignition chamber 48, in which the Spark plug 50 is ignited.
Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist eine in Anlehnung an das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 und 3 gestaltete Brennkraftmaschine mit einem Ausschnitt dargestellt, der die im Zylinderkopf 71 vorgesehene Zündkammer 70 und den auf diese ausmündenden Zweigkanal 69 zeigt, in den oberhalb des Einlaßventils 73 über eine Einspritzdüse 72 Brennstoff eingespritzt werden kann. Dadurch ist es möglich, im Ansaugtakt bereits ein mageres Brennstoff-Luft-Gemisch anzusaugen, das durch eine nicht weiter dargestellte Einspritzdüse an der Zündkammer 70 durch weiteren Brennstoff angereichert werden kann. Statt einer Einspritzdüse 72 kann auch ein Vergaser an dem Zweigkanal 69 vorgesehen werden.In the embodiment according to FIG. FIG. 4 is a model based on the exemplary embodiment according to FIG. 2 and 3 designed internal combustion engine shown with a section that is provided in the cylinder head 71 Ignition chamber 70 and the branch channel 69 opening out onto it shows, in the above the inlet valve 73 fuel can be injected via an injection nozzle 72. This makes it possible in the intake stroke already suck in a lean fuel-air mixture through an injection nozzle (not shown) can be enriched at the ignition chamber 70 by further fuel. Instead of an injection nozzle 72 a carburetor can also be provided on the branch duct 69.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8330 | Complete renunciation |