DE2412250A1 - Spark ignition swirl chamber internal combustion engine - has swirl chamber inlet valve timing varied according to engine load - Google Patents

Spark ignition swirl chamber internal combustion engine - has swirl chamber inlet valve timing varied according to engine load

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Abstract

The engine has a cylinder with a reciprocating piston in it. There is an inlet valve in the cylinder head operated by a pushrod from a camshaft which admits air or weak mixture to the cylinder. At the top of a cylinder is a swirl chamber containing a sparking plug and an inlet valve which admits a rich fuel air mixture. The timing of the mixture inlet valve in the swirl chamber is controlled so that at idling and low loads it opens only towards the end of the opening period of the main cylinder air inlet valve whilst at higher loads it opens earlier. This improves combustion at low loads and reduces the emission of pollutants in the exhaust.

Description

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R 89R 89

Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit LadungsschichtungMixture compressing, externally ignited Four-stroke internal combustion engine with Charge stratification

Die Erfindung betrifft eine gemischverdichtende, fremdgezündete Viertrakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch wenigstens ein Einlaßventil als wenigstens annähernd brennstoffreie Luft unmittelbar einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luftgemisch durch wenigstens ein zusätzliches Gemisch-Einlaßventil einem Nebenbrennraum zugeführt wird, in dem eine Zündkerze angeordnet ist, und bei der mindestens ein Auslaßventil im Hauptbrennraum angeordnet ist..The invention relates to a mixture-compressing, externally ignited Four-wing internal combustion engine with charge stratification, in which the majority of the charge is carried through at least one Inlet valve as at least approximately fuel-free air directly to a main combustion chamber and the remaining part of the charge as a fuel-rich fuel-air mixture at least one additional mixture inlet valve in a secondary combustion chamber is supplied, in which a spark plug is arranged, and in which at least one exhaust valve is arranged in the main combustion chamber is..

Es sind Brennkraftmaschinen der genannten Art bekannt (DT-AS 2 039 462), bei denen das Einlaßventil des Hauptbrennraumes und das Gemisch-Einlaßventil durch eine gesonderte Nockenwelle betätigt werden. Durch Abstimmen der Steuerzeiten dieser Ventile und durch gegebenenfalls zeitlich abgestimmtes Zuführen des Brennstoffes in den zum Gemisch-Einlaßventil führenden Gaswechselkanal lässt sich für jede Drehzahl der Brennkraftmaschine erreichen, daß stets ein zündfähiges Gemisch zum Zündzeitpunkt in dem Nebenbrennraum bzw« im Bereich der darin angeordneten Zündkerze zur Verfügung steht. Dieser Patentanmeldung ist jedoch kein Hinweis zu entnehmen, die Steuerzeiten des Einlaßventils des Hauptbrennraumes und des Gemisch-Einlaßventils derart aufeinanderInternal combustion engines of the type mentioned are known (DT-AS 2,039,462), in which the inlet valve of the main combustion chamber and the mixture inlet valve are actuated by a separate camshaft will. By coordinating the control times of these valves and, if necessary, by feeding the Fuel into the gas exchange duct leading to the mixture inlet valve it can be achieved for every speed of the internal combustion engine that there is always an ignitable mixture at the time of ignition is available in the secondary combustion chamber or in the area of the spark plug arranged therein. However, this patent application is no reference to be taken, the timing of the intake valve of the Main combustion chamber and the mixture inlet valve in such a way on one another

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abzustimmen, daß die Abgas-Emission auf ein umweltfreundliches und den zu erwartenden gesetzlichen Bestimmungen genügendes Maß reduziert werden,Vote that the exhaust emissions to an environmentally friendly and the expected legal provisions are reduced to a sufficient extent,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der im Bereich der in dem Nebenraum angeordneten Zündkerze stets ein zündfähiges Gemisch zur Verfügung steht und darüber hinaus auch die Steuerzeiten des Ein!aßventiles des Hauptbrennraumes und des Gemisch-Einlaßventils derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Abgas-Emission erheblich verbessert wird,The object of the invention is to provide an internal combustion engine To create the type mentioned at the beginning, in the area of the spark plug arranged in the adjoining space, there is always an ignitable one Mixture is available and also the control times of the inlet valve of the main combustion chamber and the Mixture inlet valve are matched to one another in such a way that that the exhaust gas emissions are significantly improved,

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Gemisch-Einlaßventil derart in Abhängigkeit von der Leistung der Brennkraftmaschine gesteuert wird, daß dieses bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine, z-B, im Leerlauf, erst gegen Ende der Öffnungsphase des Einlaßventils geöffnet wird und mit zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine sich der Beginn der Öffnungsphase des Gemisch-Einlaßventils den Beginn der Öffnungsphase des Einlaßventils nähert.According to the invention this object is achieved in that the Mixture inlet valve as a function of the performance the internal combustion engine is controlled so that this only occurs at low load on the internal combustion engine, for example when idling is opened towards the end of the opening phase of the inlet valve and as the load on the internal combustion engine increases, the opening phase of the mixture inlet valve begins approaches the opening phase of the intake valve.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei sehr niedriger Belastung der Brennkraftmaschine, z,B, im Leerlauf, während des Ansaughubes kein Ausströmen des sehr fetten Gemisches aus der Nebenbrennkammer auftritt- Beim Komprimieren wird annähernd brennstoffreie Luft in einem Maße in die Nebenbrennkammern geschoben, daß das daraus resultierende Gemischverhältnis den erforderlichen Anforderungen noch gerecht wird. Bei mittlerer Belastung der Brennkraftmaschine wird durch das frühere öffnen des Gemisch-Einlaßventils ein Teil des fetten Gemisches während des Saughubes noch mit in den Hauptbrennraum gesaugt, wodurch in diesem ein Kraftstoffgemisch gebildet wird, das dem erhöhten Leistungsbedarf gerecht wird und gleichzeitig in der Nebenbrennkammer ein fettes, optimales zündfähiges Gemisch beibehalten wird. Im oberen Lastbereich der Brennkraftmaschine wird ein großer Teil des fetten Gemisches in die Hauptbrennkammer gesaugt, wodurch, sich in dieser ein annähernd stöchiometrisches Gemisch bildet.The advantages achieved with the invention exist in particular in the fact that at very low load on the internal combustion engine, for example at idle, no outflow during the intake stroke the very rich mixture from the secondary combustion chamber occurs - When compressed, air is almost fuel-free pushed into the secondary combustion chambers to such an extent that the resulting mixture ratio meets the required requirements is still fair. At medium load on the internal combustion engine, the earlier opening of the mixture inlet valve part of the rich mixture is still sucked into the main combustion chamber during the suction stroke, causing a Fuel mixture is formed, which meets the increased power requirement and at the same time in the secondary combustion chamber a rich, optimal ignitable mixture is maintained. At the top The load range of the internal combustion engine becomes a large part of the rich mixture is sucked into the main combustion chamber, whereby an approximately stoichiometric mixture is formed in this.

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In der Nebenkammer wird dagegen wiederum während des Kompressionsvorganges das optimale, fette zündfähige Gemisch beibehalten.In the secondary chamber, on the other hand, is again during the compression process maintain the optimal, rich, flammable mixture.

In der Zeichnung, in der der Erfindungsgeflgnstand in einer beispielsweisen Ausführungsform dargestellt ist, zeigt Figur 1 einen Zylinderkopf einer gemischverdichtenden, fremdgezündeten Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung im Querschnitt, undIn the drawing, in which the subject matter of the invention is in a exemplary embodiment is shown, shows Figure 1 shows a cylinder head of a mixture-compressing, spark-ignited Four-stroke internal combustion engine with charge stratification in cross section, and

Figur -2 die Ventilerhebungskurven des Einlaßventils und des Gemisch-Einlaßventils während der einzelnen Lastbereiche der Brennkraftmaschine,,Figure -2 shows the valve lift curves of the intake valve and the Mixture inlet valve during the individual load ranges the internal combustion engine ,,

Nach der Figur 1 weist ein Zylinderkopf 1 ein Einlaßventil 2, ein Gemisch-Einlaßventil 3 sowie ein nicht dargestelltes Auslaßventil auf. Die Betätigung dieser Ventile erfolgt in irgendeiner bekannten, zweckmäßigen Art, die für die vorliegende Erfindung unerheblich ist. Im Zylinderkopf 1 ist ein von dem Einlaßventil 2, dem nicht dargestellten Auslaßventil und einem Kolben 4 begrenzter Hauptbrennraum 5 angeordnet. An diesen Hauptbrennraum schließt sich eine Nebenkammer 6 an, in der das Gemisch-Einlaßventil 3 und eine Zündkerze 7 angeordnet sind.According to FIG. 1, a cylinder head 1 has an inlet valve 2, a mixture inlet valve 3 and an outlet valve (not shown) on. The actuation of these valves is in any known convenient manner necessary for the present invention is irrelevant. In the cylinder head 1 is one of the intake valve 2, the exhaust valve, not shown, and one Piston 4 limited main combustion chamber 5 is arranged. This main combustion chamber is followed by a secondary chamber 6 in which the Mixture inlet valve 3 and a spark plug 7 are arranged.

Durch das Einlaßventil 2 wird während des Betriebes der Brennkraftmaschine reine oder mindestens brennstoffarme Luft zugeführt, die mengenmässig den Hauptanteil der Ladung der Brennkraftmaschine bildet. Durch das Gemisch-Einlaßventil 3 wird dagegen brennstoffreiches Brennstoff-Luftgemisch während des Betriebes der Brennkraftmaschine der Nebenkammer 6 zugeführt.Through the inlet valve 2 is during operation of the internal combustion engine pure or at least fuel-poor air is supplied, which in terms of quantity makes up the main part of the charge of the internal combustion engine forms. Through the mixture inlet valve 3 is on the other hand, fuel-rich fuel-air mixture during the Operation of the internal combustion engine of the auxiliary chamber 6 is supplied.

Anhand der in der Figur 2 dargestellten Venti1erhebungskurven wird veranschaulicht, in welchem zeitlichen Ablauf die Betätigung des Einlaßventils 2 und des Gemisch-Einlaßventils 3 beispiels- -weise zueinander erfolgt- Bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine, z.B. im Leerlauf, wird das Gemisch-Einlaßventil 3 erst im Endbereich des Saughubes der Brennkraftmaschine.geöffnet. Hierbei tritt ein Ausströmen des-, sehr fetten Gemisches auster Nebenkammer nicht auf. Beim Komprimieren wird annähernd brennstoffreie LuftUsing the valve elevation curves shown in FIG it is illustrated in which time sequence the actuation of the inlet valve 2 and the mixture inlet valve 3 for example -wise to each other- With low load on the internal combustion engine, e.g. when idling, the mixture inlet valve 3 is only activated in End of the intake stroke of the internal combustion engine. Opened. Here If the very rich mixture flows out from the secondary chamber not on. When it is compressed, the air is almost fuel-free

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-Λ- R 89 -Λ- R 89

in einem Maße in die Nebenkammer geschoben, daß das daraus resultierende Gemischverhältnis den erforderlichen Anforderungen noch gerecht wird. Dies wird in der Fig. 2 durch eine mit 8 bezeichnete Ventilerhebungskurve des Einlaßventils 2 und einer mit 9 bezeichneten Ventilerhebungskurve des Gemisch-Einlaßventils 3 veranschaulicht. Die Uffnungsphase des Gemisch-Einlaßventils im Teillastbereich der Brennkraftmaschine wird durch die Ventilerhebungskurve 10 veranschaulicht, deren Erhebung und Länge größer ist als die Ventilerhebungskurve z.B, im Leerlaufe Hierbei wird durch das frühere öffnen des Gemisch-Einlaßventils ein Teil des fetten Gemisches während des Saughubes noch mit in den Hauptbrennraum gesaugt, wodurch in diesem ein Kraftstoffgemisch gebildet wird, das dem erhöhten Leistungsbedarf gerecht wird und gleichzeitig in der Nebenkammer ein fettes, optimales zündfähiges Gemisch beibehalten wird. Die Öffnungsphase des Gemisch-Einspritzventils im Vollastbereich der Brennkraftmaschine wird in der Figur 2 durch die Ventilerhebungs· kurve 11 veranschaulicht, deren Erhebung und Länge größer ist als die Ventilerhebungskurve im Tei11astbereich und auch die Länge und/oder die Erhebung der Ventilerhebungskurve 8 des Einlaßventi1 es 2 aufweisen kann= Hierbei wird ein großer Teil des fetten Gemisches durch die Hauptbrennkammer gesaugt, wodurch sich in dieser ein annähernd stöchiometrisches Gemisch bildet. In der Nebenkammer wird dagegen wiederum während des Kompressionsvorganges das optimale, fette zündfähige Gemisch beibehalten. Die Steuerung des Gemisch-Einlaßventils erfolgt in den einzelnen Lastbereichen der Brennkraftmaschine zweckmässigerweise elektrisch, da dadurch die in den einzelnen Lastbereichen der Brennkraftmaschine erforderlichen unterschiedlichen Ventilquerschnitte mit geringem Aufwand möglich sind. Auch alle anderen Steuerungssysteme sind möglich (hydraulisch, mechanisch usw.) pushed into the secondary chamber to such an extent that the resulting mixture ratio meets the required requirements is still fair. This is shown in Fig. 2 by a designated 8 valve lift curve of the inlet valve 2 and a with 9 designated valve lift curve of the mixture inlet valve 3 illustrates. The opening phase of the mixture inlet valve in the partial load range of the internal combustion engine illustrated by the valve lift curve 10, their elevation and length is greater than the valve lift curve e.g. in Idle This is caused by the earlier opening of the mixture inlet valve part of the rich mixture is still sucked into the main combustion chamber during the suction stroke, causing it to remain in it a fuel mixture is formed, which meets the increased power requirement and at the same time in the secondary chamber rich, optimal ignitable mixture is maintained. The opening phase of the mixture injection valve in the full load range of the internal combustion engine is shown in FIG. 2 by the valve lift curve 11 illustrates, the elevation and length of which is greater than the valve lift curve in the partial load area and also the Length and / or the elevation of the valve lift curve 8 of the Inlet valve it can have 2 = Here a large part of the rich mixture is sucked through the main combustion chamber, whereby an approximately stoichiometric mixture is formed in this. In the Secondary chamber, on the other hand, maintains the optimal, rich, ignitable mixture during the compression process. the The mixture inlet valve is controlled in the individual Load ranges of the internal combustion engine expediently electrically, because this results in the in the individual load ranges of the internal combustion engine required different valve cross-sections are possible with little effort. All other control systems are also possible (hydraulic, mechanical, etc.)

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Ausführung des Zylinderkopfes sowie die gezeigten Ventilerhebungskurven in ihrer Grosse und in ihrer Lage zueinander haben lediglich beispielsweisen Charakter, So ist es durchaus denkbar, die Höhe der Ventilerhebungskurven 9, 10 und 11 gleich hoch auszubilden oder das Gemisch-Einspritzventil kurzfristig über die Öffnungsphase des Einspritzventils hinaus geöffnet zu halten.The invention is not limited to the embodiment shown limited. The execution of the cylinder head as well as those shown Valve lift curves in terms of their size and their position in relation to one another are merely exemplary in character, so it is quite conceivable, the height of the valve lift curves 9, 10 and 11 train the same height or the mixture injection valve briefly beyond the injection valve opening phase keep open.

509β39/ΰ116509β39 / ΰ116

■■ O ~■■ O ~

Claims (1)

■5- R 89■ 5- R 89 PatentanspruchClaim Gemischverdichtende, fremdgezündete Viertakt-Brennkraftmaschine mit Ladungsschichtung, bei der der größte Teil der Ladung durch wenigstens ein Einlaßventil als wenigstens annähernd brennstoffreie Luft unmittelbar einem Hauptbrennraum und der restliche Teil der Ladung als brennstoffreiches Brennstoff-Luftgemisch durch wenigstens ein zusätzliches Gemisch-Einlaßventil einem Nebenbrennraum zugeführt wird, in dem eine Zündkerze angeordnet ist und bei der mindestens ein Auslaßventil im Hauptbrennraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch-Einlaßventil (3) derart in Abhängigkeit von der Belastung der Brennkraftmaschine gesteuert wird, daß dieses bei geringer Belastung der Brennkraftmaschine, z.B. im Leerlauf, erst gegen Ende der Offnungsphase des Einlaßventiles (2) geöffnet wird und mit zunehmender Belastung der Brennkraftmaschine sich der Beginn der üffnungsphase des Gemisch-Einlaßventils (3) dem Beginn der Öffnungsphase des Einlaßventils (2) nähert. Mixture-compressing, externally ignited four-stroke internal combustion engine with charge stratification, in which the majority of the charge through at least one inlet valve as at least almost fuel-free air directly in a main combustion chamber and the remaining part of the cargo as fuel-rich Fuel-air mixture by at least one additional Mixture inlet valve fed to a secondary combustion chamber is, in which a spark plug is arranged and in which at least one exhaust valve is arranged in the main combustion chamber, thereby characterized in that the mixture inlet valve (3) in such a way It is controlled as a function of the load on the internal combustion engine that this occurs at a low load on the internal combustion engine, e.g. when idling, the inlet valve (2) is only opened towards the end of the opening phase and with increasing Load on the internal combustion engine is the beginning of the opening phase of the mixture inlet valve (3) approaches the beginning of the opening phase of the inlet valve (2). 509839/0116509839/0116 LeerseiteBlank page
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1988001339A1 (en) * 1986-08-19 1988-02-25 Gerhard Haubenwallner Internal combustion engine
FR2893673A1 (en) * 2005-11-23 2007-05-25 Renault Sas Internal combustion engine e.g. spark ignition engine, has duct with channel emerging into pre-combustion chamber to supply fresh air, where chamber is delimited by wall having bend to generate whirling movement of fresh gas mixture
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