DE2414542A1 - COMBUSTION MACHINE - Google Patents
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Description
24H54224H542
Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Wkickmähn,Patent attorneys Dipl.-Ing. F. Wkickmähn,
Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. HuberDipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A. Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
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HDNBA GIKEN KOGXO KABUSHIKI KAISHA 5,5-chome, Yaesu, Cftuo-JQU Tokio 10* / Japan HDNBA GIKEN KOGXO KABUSHIKI KAISHA 5,5-chome, Yaesu, Cftuo-JQU Tokyo 10 * / Japan
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem Zylinder» über dessen Kolben eine mit einer IuIfsverbrennungskammer über einen Flaminkanal verbundene Hauptverbrennun&skammer öeoiläet ist, in der ein vergleichsweise mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Zündung eines vergleichsweise fetten Kraftstoff-Luft^emischs in der ELIfεverbrennungskammer Über den Flammkanal gezündet wird· Solche Brennkraftmaschinen arbeiten meist nach dem Viertaktprinzip, und die ürfindun^ befaßt sicn insbesondere mit dem Problem der Verringerung von Anteilen nioht verbrannter Kohlenwasserstoffe (HC) und von Kohlenmonoxid (CO) in den Abgasen.The invention relates to an internal combustion engine having at least one cylinder "on the piston, connected to a IuIfsverbrennungskammer a Flaminkanal Hauptverbrennun & skammer ö eoiläet is, in which a comparatively lean air-fuel mixture by the ignition of relatively rich air-fuel ^ emischs in the ELIfεverbrennungskammer About the flame channel is ignited.These internal combustion engines usually work according to the four-stroke principle, and the ürfindun ^ is concerned in particular with the problem of reducing the proportions of non-burned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gases.
Es ist bekannt, daß das brennbare Gemisch an den relativ kühlen Zylinderwänden herkömmlicher Viertaktmaschinen nicht vollständig verbrennt, auch wenn bei besten Betriebsbedingungen gearbeitet wird. Die Oxidation nicht verbrennter Kohlenwasserstoffe (HC) wird be&Unstiat, wenn die Brenntemperatur ca, 800°C übersteigt. Die Brenntemperatur in einer üblichen Viertakt-Benzlnmaschine erreicht jedoch schnell einen hohen Vvert nach Zündung des Gemlschs, ferner sinkt sie schnell ab, wenn die Brenngase expandieren. Deshalb ist der Zustand hoher Temperatur, bei der die Oxidation von HC aktiv auftritt, von «ehr kurzer Dauer, so daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Bereich der Zylinder-It is known that the combustible mixture does not burn completely on the relatively cool cylinder walls of conventional four-stroke engines, even when working under the best operating conditions. The oxidation does not verbrennter hydrocarbons (HC) will be & Unsti a t when the internal temperature of ca, 800 ° C requirements. However, the burning temperature in a conventional four-stroke gasoline engine quickly reaches a high Vvert after ignition of the mixture, and it also drops rapidly when the combustion gases expand. Therefore, the high temperature state at which the oxidation of HC actively occurs is of a rather short duration, so that unburned hydrocarbons from the area of the cylinder
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wandungen in die Abgase gelangt n.turns into the exhaust gases n.
Kohlenmonoxid (CO)-Emissionen werden minimal gehalten, wenn das brennbare Gemisch magerer als das stöohiometrische Kraftstoff-Luftgemisch 1st. Ein solcnes mageres Gemisch kann jedoch sehr schlecht gezündet werden, wodurch sich ein instabiler Maschinenbetrieb ergibt.Carbon monoxide (CO) emissions are kept to a minimum when that combustible mixture leaner than the stoichiometric fuel-air mixture 1st. Such a lean mixture, however, can be very ignite poorly, resulting in unstable machine operation.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin« den V.lrkungs^rad der Verbrennung zu verbessern und damit die Anteile von HC und CO in den Au&asen der Verbrennungsinasehine zu verringern.The object of the invention consists in «the steering wheel of the To improve combustion and thus to reduce the proportions of HC and CO in the exterior of the combustion kinase.
Eine Brennkraftmaschine der eln^an^s genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erflndun&s&emSe derart ausgebildet, ä&ä die Hauptachse des Flammkanals bzw. der durch ihn übertragenen Flamme etwa durch einen Funkt verläuft, der an dem Massenmittelpunkt des Kraftstoff-Luftgemlschs in der Hauptverbrennun^skammer lie^t, wenn der Kolben eine Stellung bei 90° nach dem ooeren Totpunkt hat.An internal combustion engine of the ELN ^ at ^ s-mentioned type is to solve this problem erflndun & s & EMSE adapted ä & ä the main axis of the fire channel or transmitted through it flame as by a funct runs provided at the center of mass of the fuel Luftgemlschs in the Hauptverbrennun ^ skammer lie ^ t when the piston has a position at 90 ° after the upper dead center.
Vorzugsweise schneidet die Hauptachse der Flamme eine imaginäre Kugelfläche, die auf den Massenmittelpunkt zentriert 1st und deren Radius nicht größer als 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung 1st.Preferably the major axis of the flame intersects an imaginary one Spherical surface centered on the center of mass and the radius of which is not greater than 16/100 of the diameter of the cylinder bore.
Vorzugsweise ist in der Hilfaverbrennungskammer eine Zündvorrichtung in Form einer zündkerze angeordnet, deren Elektroden nicht auf die Hauptachse des Flammkanals ausgerichtet sind.An ignition device in the form of a spark plug is preferably arranged in the auxiliary combustion chamber, the electrodes of which do not are aligned with the main axis of the flame duct.
Ferner ist die Deckfläche der Hauptverbrennungskammer asymmetrisch zur Zylinderachse ausgebildet, wobei sie ihre ^röate Höhe &-i einer Stell« zwischen dem Flammkanal und der Zylinderachse hat.Furthermore, the top surface of the main combustion chamber is asymmetrical formed to the cylinder axis, with their ^ roate height & -i a position between the flame channel and the cylinder axis.
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Gemäß einer Ausführungsfora der Erfindung ist die Hilfeverbrennun-skanomer durch eine dünnwandige Metallhülse gebildet, die Über eine erste öffnung mit der Zündvorrichtung verbunden ist und mit einer zweiten öffnung den Flammkanal bildet.According to one embodiment of the invention, the Hilfeverbrennun-skanomer is formed by a thin-walled metal sleeve, the over a first opening is connected to the ignition device and with a second opening forms the flame channel.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie eine Velterblldung werden im folgenden an Hand der Figuren beschrieben. Ee zeilen:An embodiment of the invention and a Velterblldung are described below with reference to the figures. Ee lines:
Fig. 1. einen Schnitt einer Verbrennungsmaschine nach der Erfindung, der in Fig. 3 mit 1*1 bezeichnet ist,Fig. 1. a section of an internal combustion engine according to the invention, which is designated in Fig. 3 with 1 * 1,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Kolbens mit zugehöriger Kurbelwelle in einer Position 90° nach dem oberen Totpunkt,Fig. 2 is a schematic representation of the piston with associated Crankshaft in a position 90 ° after top dead center,
FIg. 3 eine Unteranslcht der Zylinderkopfbohrung, die die Decki'läcne der Haupt verbrennungskammer bildet, undFIg. 3 shows a bottom view of the cylinder head bore which forms the cover surface of the main combustion chamber, and
Fi;> 4 einen Schnitt ähnlich Fig. lfür eine Abänderung der Erfindung.Fig. 4 shows a section similar to Fig. 1 for a modification of the invention.
In den Figuren 1st eine Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Zylindern dargestellt, die durch eine Bohrung 25 gebildet sind und jeweils einen Kolben 1 enthalten, der die bewegliche Vvandwifj, einer Hauptverbrennungskammer 2 bildet. Ein Flammkanal 3 verbindet die Hauptverbrennungskammer 2 mit einer Hilfsverorennungskammer 5, die eine Zündvorrichtung in Form einer Zündkerze 4 enthält. Eine Zuführungsleitung 6 für die Hauptverbrennun^skammer dient zur Zuführung von Kraftstoff-Luftgemisch und enthält ein Eintrittsventil 9. Eine Zuführungsleitung 7 für die HiIfsverbrennungskammer 5 dient gleichfalls zur Zuführung von Kraftstoff-luftgemisch und enthält ein Eintrittsventil 10. Eine Abgasleitung Ö von der Hauptverbrennungskammer 2 enthält ein Austrittsventil 11. Die drei Ventile sind in dem Zylinderkopf angeordnet und werden in üblicher V eise betätigt, wozu eine Nockenwelle 20 vorgesehen 1st.The figures show an internal combustion engine with one or more cylinders formed by a bore 25 and each contain a piston 1 which forms the movable Vvandwifj, a main combustion chamber 2. A flame channel 3 connects the main combustion chamber 2 with an auxiliary combustion chamber 5, which contains an ignition device in the form of a spark plug 4. A supply line 6 for the main combustion chamber is used to supply the fuel-air mixture and contains an inlet valve 9. A supply line 7 for the auxiliary combustion chamber 5 also serves to supply Fuel-air mixture and contains an inlet valve 10. A Exhaust pipe Ö from the main combustion chamber 2 contains a Outlet valve 11. The three valves are arranged in the cylinder head and are operated in the usual way, including one Camshaft 20 is provided 1st.
Vie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Kolben 1 mit einer Kurbelwelle 42 Über eine Pleuelstange 43 üblicher Art verbunden. Flg. 1 undAs can be seen from Fig. 2, the piston 1 is with a crankshaft 42 Connected via a connecting rod 43 of the usual type. Flg. 1 and
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zeigen den Kolben 1 in einer Stellung JO° nacn dem oberen Totpunkt.show the piston 1 in a position JO ° after top dead center.
Beim Betrieb der Maschine wird ein relativ näheres Kraftstoff-Luftgemisch Über die Zuführungsleitung υ und das EintrittsventilWhen the machine is in operation, a relatively closer fuel-air mixture is generated via the supply line υ and the inlet valve
11 der Hauptverbrennungskamner 2 zugeführt« während ein relativ fettes Kraftstoff-Luftgeoisoh der Hilfaverbrennungskammer 5 Über die Zuführungsleitung 7 und das Eintritteventil 10 zugeführt wird. Die Zündkerze 4 zündet das fette Gemisch in der Hilfeverbrennungskammer 5 und erzeugt eine Flamme durch den Flammkanal 3 hindurch« die das magere (teetisch in der Hauptverbrennungskammer 2 zündet. Die Abgase der Hauptverbrennungskanmer 2 werden durch die Abgasleitung ö und eine Anschluöleitung 13 abgeführt und dienen zur Aufheizung des fetten brennbaren Gemische in einer Zuführungsleitung 17, wodurch eine Kondensation von Kraftstoff an den Vandungen der Zuführungsleitung 7 und der Hi Ifsverbrennungskammer11 is supplied to the main combustion chamber 2, while a relatively rich fuel-air geoisoh is supplied to the auxiliary combustion chamber 5 via the supply line 7 and the inlet valve 10. The spark plug 4 ignites the rich mixture in the help combustion chamber 5 and produces a flame by the flame-passage 3 through "the lean (ignites tea table in the main combustion chamber. 2 The exhaust of the Hauptverbrennungskanmer 2 are ö through the exhaust pipe and discharged a Anschluöleitung 13 and serve to Heating of the rich, combustible mixture in a feed line 17, causing condensation of fuel on the walls of the feed line 7 and the combustion chamber 5 vermieden wird. Der Zylinderkopf 23 ist an dem Maschinenblock5 is avoided. The cylinder head 23 is on the engine block
1212th in nicht dargestellter Veiee befestigt« dazwischen kann die übliche Dichtung vorgesehen sein.fastened in a not shown Veiee «between the Usual seal may be provided.
Ks hat sich gezeigt« daß die Hauptachse 35 der Flamme des Flammkanals 3 bei der Zündung etwa durch einen Punkt 4o verlaufen soll« der am Massenmittelpunkt des Kraftstoff-Luftgemiscns in der Hauptverbrennungskaomer 2 liegt« wenn sich der Kolben 90° nach seinem oberen Totpunkt befindet. Dadurch kann eine sehr gleichmäßige Verteilung der sich ausbreitenden Flamme insbesondere während der letzten Stufen des Leistungshubes gewährleistet werden. Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art ist die Achse des Flaaeakanale allgemein so gerichtet« daß sie Über die Oberseite des Kolbens in dem oberen Totpunkt hinwegläuft. Die Anordnung nach der Erfindung begünstigt eine bessere Verbrennung in den entfernten Ecken oder Aussparungen der Hauptverbrennungskaoaer während des Leistungehubes. Insbesondere hat sich gezeigt« daß die Hauptachse 35 der FlammeIt has been shown that the main axis 35 of the flame of the flame channel 3 runs approximately through a point 40 during ignition should «the at the center of mass of the fuel-air mixture in the main combustion comer 2 is when the piston is 90 ° is after its top dead center. This ensures a very even distribution of the spreading flame, especially during the last stages of the power stroke. In known internal combustion engines of this type the axis of the flake canal is generally directed so that it Runs over the top of the piston at top dead center. The arrangement according to the invention favors better combustion in the remote corners or recesses the main incinerator during the power stroke. In particular, it has been shown that the main axis 35 of the flame
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von dem Massenmittelpunkt einen Abstand von nicht mehr als io/l00 des Durchmessers der Zylinderbohrung 25 haben soll. Anders ausgedrückt« schneidet die Achse 35 eine Kugel, deren Mitte 4o in dem Massenmittelpunkt des Jemischs in der Hauptverbrennungskammer 2 liegt» wenn sich der Kolben 90° hinter dem oberen Totpunkt befindet. Der Radius 41 der Kugel 1st dabei nicht größer als 16/100 des Durchmessers der Zylinderbohrung·a distance of not more than 10/100 from the center of mass the diameter of the cylinder bore 25 should have. Expressed differently" the axis 35 intersects a sphere, the center 4o of which is in the center of mass of the Jemisch in the main combustion chamber 2 lies »when the piston is 90 ° behind top dead center. The radius 41 of the sphere is not greater than 16/100 the diameter of the cylinder bore
Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft die Länge des Flammkanals 3 zu einem großen Teil in dem Zylinderkopf· Die Hauptachse 33 der Flamme liegt normalerweise nahe der Mittelachse des Flammkanals oder auch in dieser Mittelachse. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Richtung der Flammenachse 35 nicht unbedingt durch die Richtung oder die Form des Flararakanals festgelegt oder beeinflußt werden tnu3. Stattdessen vdrd angenommen, daii hauptsächlich andere Parameter v.ie z.B. die Konfiguration der Hilfsverbrennunisskammer 5 von dichtigkeit sind.In the embodiment shown in Fig. 1 to 3 runs the length of the flame duct 3 to a large extent in the cylinder head The main axis 33 of the flame is normally close to the central axis of the flame channel or also in this central axis. It however, it should be noted that the direction of the flame axis 35 does not necessarily depend on the direction or shape of the flarara channel be determined or influenced tnu3. Instead, vdrd assumed that mainly other parameters such as the configuration the auxiliary combustion chamber 5 are tight.
Die Hauptverbrennungskamraer 2 ist in der Zylinderbohrung 25 zwischen der Oberseite des Kolbens 1 und einer gekrümmten Fläche gebildet, die eine Aussparung im Zylinderkopf 3 darstellt und die Deckfläche der Kammer 2 ist. Teile dieser Hauptverbrennungskammer 2 sind durch die Teller des Eintritts- und des Austrittsventils gebildet. Die Aussparung Im Zylinderkopf ist nicht symmetrisch, sie hat ihre größte Tiefe auf derselben Seite der Achse 21 wie der Flammkanal 3. Die Achse 21 ist die Achse der Zylinderbohrung 25· Die Aussparung hat eine kreisrunde Abgrenzung, die mit der Zylinderbohrung 25 zusammenfällt und dieselben Abmessungen hat.The main combustion chamber 2 is in the cylinder bore 25 between formed the top of the piston 1 and a curved surface which is a recess in the cylinder head 3 and the top surface of the chamber 2 is. Parts of this main combustion chamber 2 are formed by the plates of the inlet and outlet valves. The recess in the cylinder head is not symmetrical, it has its greatest depth on the same side of the axis 21 as the flame channel 3. The axis 21 is the axis of the cylinder bore 25 The recess has a circular delimitation, which coincides with the cylinder bore 25 and has the same dimensions.
Die HiIfsverbrennungskammer 5 ist in einer dünnen Metallhülse ?9 geringer Wärmekapazität und hoher V, arme leitfähigkeit gebildet· Der Abstandsraum 48 zwischen der Hülse 29 und den gekrümmten Umgebungswänden 2? in Zylinderkopf 23 ist so gering, daßThe auxiliary combustion chamber 5 is in a thin metal sleeve ? 9 low heat capacity and high V, poor conductivity formed The spacing 48 between the sleeve 29 and the curved surrounding walls 2? in cylinder head 23 is so small that
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er eine vernachlässigbare Auswirkung auf das Volumen hat. Der Teller des Ventils 10 bildet eine Vandung der Hilfsverbrennungskammer 3. Die Hülse 29 v-ird mit einem Abschluäflansch 30 in ihrer Stellung gehalten, der in dem Zylinderkopf verklemmt ist. Die Hülse 29 hat eine erste Öffnung 34, die mit der Zündkerze 4 in Verbindung steht« sowie eine zv.eite öffnung 33* die in den Flamskanal 3 führt.it has a negligible effect on volume. The plate of the valve 10 forms a wall of the auxiliary combustion chamber 3. The sleeve 29 v-ird with an Abschluäflansch 30 in their Maintained position that is jammed in the cylinder head. The sleeve 29 has a first opening 34 which is connected to the spark plug 4 in Connection is «as well as a second opening 33 * in the Flamskanal 3 leads.
Die Zündkerze 4 ist in einer Aussparung 2ö so angeordnet, daö ihre Elektroden außerhalb des Veges liegen, über den das fette Gemisch durch das Eintrittsventil 10 in die Hilfsverorennungskaarner 5 gelangt. Dadurch fcird ein Verrußen der Elektroden vermieden. Die Elektroden 49 sind ferner nicht auf die Mittelachse des Flamrakanals ausgerichtet, so daß die starke Strennung von der Haupt verbrennungskammer 2 zur Hi If s verbrennungskammer t> während des Kompressionshubes des Kolbens 1 keine Fehlzündungen durch Ausblasen des Funkes zwischen den Elektroden 4;* verursacht. The spark plug 4 is arranged in a recess 2ö so that daö their electrodes are outside of the vege over which the fat Mixture through the inlet valve 10 in the Hilfsverornungkaarner 5 arrives. This avoids sooting up the electrodes. The electrodes 49 are also not on the central axis of the Flamra Canal so that the strong separation of the main combustion chamber 2 to the Hi If s combustion chamber t> during the compression stroke of the piston 1 no misfires caused by blowing out the spark between the electrodes 4; *.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Abänderung ist die 3ffnung 3a so vergrößert, daß ein Teil der hei Jen Hülse 29 direkt der Hauptverbrennungskammer 2 ausgesetzt vdrd· Die Iffitting 33 iR der vandung der Hülse 29 bildet nun den Flammkanal. Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem der Flammkanal 33 sehr kurz relativ zu seiner Breite ist, wird die Richtung der Hauptachse 33a der Flamme nicht wesentlich durch die Richtung der Achse der Bohrung beeinflußt, die die Öffnung 33 bildet. Diese abgeänderte Form des Flammkanals hat sich insbesondere für Kaltstartbedingungen als überlegen erwiesen. Hinsichtlich anderer Merkmale ist das in Fig. 4 gezeigte Aueführungsbeispiel wie das vorstehend beschriebene ausgeführt.In the modification shown in FIG. 4, the opening 3a is like this enlarged that part of the hot jen sleeve 29 directly the main combustion chamber 2 exposed vdrd · The Iffitting 33 iR of the vandung the sleeve 29 now forms the flame channel. In this embodiment, in which the flame channel 33 is very short relatively to its width, the direction of the major axis becomes 33a of the flame is not significantly influenced by the direction of the axis of the bore which the opening 33 forms. This modified The shape of the flame channel has proven to be superior in particular for cold start conditions. Regarding others Features, the embodiment shown in Fig. 4 is carried out like that described above.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8178 | Suspension cancelled | ||
8131 | Rejection |