DE2742500A1 - COMBUSTION MACHINE WITH PRE-COMBUSTION CHAMBER - Google Patents
COMBUSTION MACHINE WITH PRE-COMBUSTION CHAMBERInfo
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Description
Societa per AzioniSocieta per Azioni
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Turin ItalienTurin Italy
Brennkraftmaschine mit VorbrennkammerInternal combustion engine with pre-combustion chamber
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, der über einen Kanal mit einer Vorbrennkammer verbunden ist, in der zentral eine Zündvorrichtung angeordnet ist und die mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung versehen ist.The invention relates to an internal combustion engine with at least one cylinder, which via a channel with a pre-combustion chamber is connected in which an ignition device is centrally arranged and which is connected to a Fuel injector is provided.
Durch die Italienische Patentschrift 920 436 ist eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Kraftstoffeinspritzung bekannt, die mindestens einen Zylinder, einen darin bewegbaren Kolben, eine Vorrichtung zur Einführung von Luft in den Zylinder, mindestens eine Vorbrennkammer außerhalb des Zylinders, einen Kanal zur Verbindung der Vorbrennkammer mit dem Zylinder und zur Durchführung von dem Kolben komprimierter Luft vollständig in die Vorbrennkammer sowie eine Zündvorrichtung zur Zündung einer geschichteten Ladung eines Kraftstoff-Luftgemischs in der Vorbrennkammer aufweist.Italian patent specification 920 436 describes a spark ignition and fuel injection internal combustion engine known, the at least one cylinder, a piston movable therein, a device for introduction of air into the cylinder, at least one pre-combustion chamber outside the cylinder, a channel to connect the Pre-combustion chamber with the cylinder and for the passage of air compressed by the piston completely into the pre-combustion chamber and an ignition device for igniting a stratified charge of an air-fuel mixture in the Has pre-combustion chamber.
Diese Brennkraftmaschine ist so aufgebaut, daß der Kanal zum Zündzeitpunkt durch den Kolben praktisch verschlossen This internal combustion engine is constructed in such a way that the channel is practically closed by the piston at the point of ignition
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ist, so daß die Verbrennung der geschichteten Ladung insgesamt außerhalb des Zylinders in der Vorbrennkammer stattfindet, die eine Kugelform hat. Innerhalb der Vorbrennkammer ist in einer diametralen Position ein Stab aus elektrisch leitfähigem Material befestigt, der als eine erste Elektrode wirkt. Eine zweite Elektrode verläuft in die Mitte der Vorbrennkammer und bildet mit der ersten Elektrode einen Spalt, in dem ein Zündfunke erzeugt wird, so daß in der mittleren Zone der Vorbrennkammer eine Zündung eines ersten, angereicherten Teils der geschichteten Ladung stattfindet.is so that the combustion of the stratified charge as a whole outside of the cylinder in the pre-combustion chamber takes place, which has a spherical shape. A rod is in a diametrical position within the pre-combustion chamber of electrically conductive material that acts as a first electrode. A second electrode runs in the middle of the pre-combustion chamber and forms a gap with the first electrode in which an ignition spark is generated is, so that in the central zone of the pre-combustion chamber an ignition of a first, enriched part of the stratified Charging takes place.
Praktische Versuche, die mit einer solchen Brennkraftmaschine durchgeführt wurden, haben gezeigt, daß die Abgase zwar minimale unverbrannte Anteile enthalten, die hinsichtlich ihrerer Verschmutzungswirkung auf die Atmosphäre als giftig zu bezeichnen sind, beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO) sowie Kohlenwasserstoffe. Die spezifische Leistung einer solchen Brennkraftmaschine wird dabei jedoch nicht verbessert.Practical tests that have been carried out with such an internal combustion engine have shown that the exhaust gases contain minimal unburned components, which are considered to be in terms of their polluting effect on the atmosphere can be described as toxic, for example carbon monoxide (CO), nitrogen oxides (NO) and hydrocarbons. The specific However, the performance of such an internal combustion engine is not improved.
Durch die Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden. Grundlage dafür ist die Erkenntnis, daß zur Verbesserung der spezifischen Leistung einer solchen Brennkraftmaschine und gleichzeitigen Verringerung des Anteils der drei genannten Stoffe in den Abgasen eine Verlängerung der Verbrennung des geschichteten Kraftstoff-Luftgemischs erforderlich ist, die beispielsweise in einer zweiten Brennkammer stattfinden kann, welche vorzugsweise im Kolbenboden angeordnet ist.The invention is intended to avoid this disadvantage. The basis for this is the knowledge that to improve the specific power of such an internal combustion engine and at the same time reducing the proportion of the three mentioned Substances in the exhaust gases require an extension of the combustion of the stratified fuel-air mixture is, which can take place, for example, in a second combustion chamber, which is preferably arranged in the piston head is.
Demgemäß ist eine Brennkraftmaschine eingangs genannter Art erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß zur Verbesserung der spezifischen Leistung der Brennkraftmaschine bei gleichzeitiger Verringerung unverbrannter Anteile in den Ab-Accordingly, an internal combustion engine of the type mentioned is designed according to the invention in such a way that for improvement the specific power of the internal combustion engine with simultaneous reduction of unburned components in the waste
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gasen eine zweite Brennkammer mit einem Volumen zwischen 10 und 40 % des Gesamtbrennraumvolumens vorgesehen ist.gas a second combustion chamber with a volume between 10 and 40 % of the total combustion chamber volume is provided.
Durch die zweite Brennkammer wird die Verbrennung der heißen Verbrennungsprodukte aus der Vorbrennkammer verlängert, wodurch die schädlichen Anteile in den Abgasen verringert werden.The second combustion chamber extends the combustion of the hot combustion products from the pre-combustion chamber, whereby the harmful components in the exhaust gases are reduced.
Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter AusfUhrungsbeispxele beschrieben. Es zeigen:The invention is illustrated below with reference to the figures Execution examples described. Show it:
Fig. 1 einen Teilschnitt einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung undFig. 1 is a partial section of an internal combustion engine according to the invention and
Fig. 2 einen Teilschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung.Fig. 2 is a partial section of a further embodiment of an internal combustion engine according to the invention.
Die in Fig. 1 gezeigte Brennkraftmaschine hat einen Block 1a, in dem mehrere Zylinder 1 vorgesehen sind, von denen nur einer dargestellt ist und die jeweils einen Kolben enthalten, der im Zylinder bewegbar geführt ist.The internal combustion engine shown in Fig. 1 has a block 1a in which a plurality of cylinders 1 are provided, of which only one is shown and each containing a piston which is movably guided in the cylinder.
Eine kugelige Vorbrennkammer 3 ist jedem Zylinder 1 zugeordnet und außerhalb des Zylinders 1 in einem Zylinderkopf 4 angeordnet, der zum Zylinderblock gehört. In der Ebene Y-Y zwischen dem oberen Teil des Zylinderblocks 1a und dem Zylinderkopf 4 ist eine Dichtung 4a vorgesehen, um einen Austritt von Gasen zu verhindern, die während der Verbrennungsstufe im Zylinder 1 erzeugt werden.A spherical pre-combustion chamber 3 is assigned to each cylinder 1 and outside the cylinder 1 in a cylinder head 4 arranged, which belongs to the cylinder block. In the Y-Y plane between the upper part of the cylinder block 1a and the Cylinder head 4, a gasket 4a is provided to prevent the escape of gases during the combustion stage can be generated in cylinder 1.
Ein Kanal 5 im Zylinderkopf 4 verbindet die Vorbrennkammer 3 mit dem oberen Teil des zugeordneten Zylinders 1. Der Kanal 5 verläuft tangential zur Vorbrennkammer 3 auf einer Seite der Längsachse X-X des Zylinders 1. Die Achse desA channel 5 in the cylinder head 4 connects the pre-combustion chamber 3 with the upper part of the associated cylinder 1. The channel 5 is tangential to the pre-combustion chamber 3 on one side of the longitudinal axis X-X of the cylinder 1. The axis of the
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Kanals 5 ist unter einem Winkel von 25°bis 45° gegenüber der Achse X-X des Zylinders 1 geneigt. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 35°. Der Kanal 5 hat vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt und ein Volumen, das ca. 6 bis 30 % des Volumens der Vorbrennkammer 3 beträgt. Die Vorbrennkammer 3 und der Kanal 5 sind im Zylinderkopf 4 der Maschine angeordnet.Channel 5 is inclined at an angle of 25 ° to 45 ° with respect to the axis XX of the cylinder 1. This angle is preferably 35 °. The channel 5 preferably has a circular cross section and a volume which is approximately 6 to 30 % of the volume of the pre-combustion chamber 3. The pre-combustion chamber 3 and the channel 5 are arranged in the cylinder head 4 of the engine.
Eine zweite Brennkammer 6 ist im Zylinder 1 selbst in bekannter V/eise vorgesehen, hierzu ist eine flache Vertiefung in den Boden des Kolbens 2 eingearbeitet oder eingegossen. Das Volumen der zweiten Brennkammer 6 einschließlich des Teils, der sich durch die Dicke der Dichtung 4a zwischen dem Zylinderkopf 4 und dem Zylinderblock 1a ergibt, liegt etwa zwischen 10 und 40 % des Gesamtvolumens, in dem die Verbrennung stattfindet, d.h. des kombinierten Volumens der Vorbrennkammer 3, des Kanals 5 und der zweiten Brennkammer 6.A second combustion chamber 6 is provided in the cylinder 1 itself in a known manner; for this purpose, a shallow depression is machined or cast into the bottom of the piston 2. The volume of the second combustion chamber 6 including the part resulting from the thickness of the gasket 4a between the cylinder head 4 and the cylinder block 1a is approximately between 10 and 40 % of the total volume in which the combustion takes place, ie the combined volume of the pre-combustion chamber 3, the channel 5 and the second combustion chamber 6.
Eine Einspritzvorrichtung 7 mit einer oder mehreren Öffnungen wird mit Kraftstoff unter Druck mittels einer Einspritzpumpe (nicht dargestellt) gespeist. Die Einspritzvorrichtung 7 ist im Zylinderkopf 4 derart angeordnet, daß der oder die mit ihr erzeugten Kraftstoffstrahlen in einer Ebene liegen, die durch die Mitte der Vorbrennkammer 3 verläuft, und auf die Mitte der Vorbrennkammer 3 ausgerichtet sind. Werden mehrere Kraftstoffstrahlen erzeugt, so sollen sie insgesamt innerhalb eines maximalen Winkels von 80° eingeschlossen sein, dieser Winkel beträgt vorzugsweise jedoch 40°.An injector 7 with one or more orifices is supplied with fuel under pressure by means of an injection pump (not shown) fed. The injection device 7 is arranged in the cylinder head 4 in such a way that that the fuel jets generated with it lie in a plane passing through the center of the pre-combustion chamber 3 runs, and are aligned with the center of the pre-combustion chamber 3. If several fuel jets are generated, so they should be included overall within a maximum angle of 80 °, this angle is but preferably 40 °.
Ein Elektrodenstab 8 aus elektrisch leitfähigem Material verläuft diametral durch die Vorbrennkammer 3. Er dient als Masseelektrode und steht mit einer zündkerze 9 mitAn electrode rod 8 made of electrically conductive material runs diametrically through the pre-combustion chamber 3. It is used as a ground electrode and stands with a spark plug 9 with
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Einzelelektrode in Wechselwirkung, die als Zündelektrode arbeitet. Beide Elektroden bilden einen Spalt in der mittleren Zone der Vorbrennkammer 3. Die Zündkerze 9 ist gegenüber der durch die Mitte der Vorbrennkammer 3 und parallel zur Zylinderachse X-X verlaufenden Achse unter einem Winkel von 2° bis 10° geneigt, dieser Winkel beträgt vorzugsweise 5°.Single electrode in interaction that works as an ignition electrode. Both electrodes form a gap in the middle zone of the pre-combustion chamber 3. The spark plug 9 is opposite that through the middle of the pre-combustion chamber 3 and The axis running parallel to the cylinder axis X-X is inclined at an angle of 2 ° to 10 °, this angle is preferably 5 °.
Die Position der Einspritzvorrichtung 7 in bezug auf die Einzelelektrodenzündkerze 9 ist aus noch zu beschreibenden Gründen von besonderer Wichtigkeit. Die Achse der Einspritzvorrichtung 7 ist gegenüber der Achse der Zündkerze 9 unter einem Winkel von 45°bis 150°, vorzugsweise von 60°bis 90°, geneigt.The position of the injection device 7 in relation to the single-electrode spark plug 9 is to be described later Reasons of particular importance. The axis of the injector 7 is opposite the axis of the spark plug 9 at an angle of 45 ° to 150 °, preferably 60 ° to 90 °, inclined.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Maschine beschrieben.The operation of the machine shown in Fig. 1 will now be described.
Während des Ansaughubes, bei dem sich der Kolben 2 im Zylinder 1 des Zylinderblocks 1a vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, wird Luft durch einen Ansaugkanal 10 in den Zylinder 1 und über ein Eintrittsventil 12 in die zweite Brennkammer 6 im Boden des Kolbens 2 angesaugt. Kraftstoff wird durch mehrere Öffnungen der Einspritzvorrichtung 7 auf den mittleren Elektrodenstab 8 in der Vorbrennkammer 3 eingespritzt, und wenn sich der Kolben 2 beim nachfolgenden Kompressionshub wieder zum oberen Totpunkt bewegt, so werden ca. 10 bis 70 % des in den Zylinder 1 eingeführten Luftvolumens komprimiert und durch den Kanal 5 in die Vorbrennkammer 3 befördert. Da der Kanal 5 relativ zur Vorbrennkammer 3 tangential angeordnet ist, erzeugt er in der komprimierten Luft eine zentrifugale Wirbelströmung. Dadurch wird eine geschichtete Ladung in der Vorbrennkammer 3 erzeugt, dieDuring the intake stroke, in which the piston 2 in cylinder 1 of cylinder block 1a moves from top dead center to bottom dead center, air is drawn into cylinder 1 through an intake duct 10 and into the second combustion chamber 6 in the bottom of piston 2 via an inlet valve 12 . Fuel is injected through several openings of the injection device 7 onto the central electrode rod 8 in the pre-combustion chamber 3, and when the piston 2 moves back to top dead center on the subsequent compression stroke, approx. 10 to 70 % of the air volume introduced into the cylinder 1 is compressed and conveyed through the channel 5 into the pre-combustion chamber 3. Since the channel 5 is arranged tangentially relative to the pre-combustion chamber 3, it generates a centrifugal vortex flow in the compressed air. This creates a stratified charge in the pre-combustion chamber 3, which
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mit einer augenblicklichen Zerstäubung der brennbaren Flüssigkeit verbunden ist, welche auf den mittleren Elektrodenstab 8 gesprüht wird. Gleichzeitig erfolgt eine Anreicherung des in der mittleren Zone der Vorbrennkammer 3 befindlichen Kraftstoffanteils nahe der mittleren Elektrode 8.is associated with an instantaneous atomization of the flammable liquid, which is applied to the central electrode rod 8 is sprayed. At the same time, there is an enrichment in the middle zone of the pre-combustion chamber 3 located near the central electrode 8.
Während der Verbrennung und der Expansion wird ein Teil des Gemischs verbrannt, und der Rest an unverbranntem Gemisch, das an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen angereichert ist, wird durch den Kanal 5 in die darunter liegende zweite Brennkammer 6 im Boden des Kolbens 2 geführt.During combustion and expansion, part of the mixture is burned and the rest of the unburned mixture, which is enriched in carbon monoxide and hydrocarbons, is through the channel 5 into the one below second combustion chamber 6 guided in the bottom of piston 2.
Auf diese Weise ergibt sich als erste Wirkung eine Verlängerung der Verbrennung der unverbrannten Gase durch die in dem Kanal 5 und in der zweiten Brennkammer 6 verbleibende Luftmasse, und eine zweite Wirkung besteht darin, daß unverbrannte Gase und Verbrennungsprodukte aus der eine hohe Temperatur führenden Vorbrennkammer 3 in die zweite Brennkammer 6 befördert werden, die eine niedrigere Temperatur hat.In this way, the first effect is that the combustion of the unburned gases is prolonged by the in the channel 5 and in the second combustion chamber 6 remaining air mass, and a second effect is that unburned gases and products of combustion from the pre-combustion chamber 3, which has a high temperature, into the second Combustion chamber 6 are conveyed, which has a lower temperature.
Während dieses Vorganges wird infolge der niedrigeren Brenntemperatur in der Brennkammer 6 der Prozeß der Bildung von Stickoxiden (NO) unterbrochen.During this process, due to the lower firing temperature in the firing chamber 6, the process of formation interrupted by nitrogen oxides (NO).
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem kein Kanal zwischen der Vorbrennkammer 3 und der zweiten Brennkammer 6 vorgesehen ist. Hierbei muß vor dem Eintrittsventil 12 eine Hilf einspritzvorrichtung 11 im Ansaugkanal 10 vorgesehen sein. Diese dient zur Einführung eines abgemagerten, brennbaren Gemischs in die zweite Brennkammer 6, dessen Kraftstoffanteil wesentlich unter dem Normalwert liegt. Die Verbrennung dieses Gemischs wirdFig. 2 shows a further embodiment of the invention, in which no channel between the pre-combustion chamber 3 and the second combustion chamber 6 is provided. Here, an auxiliary injection device 11 must be in front of the inlet valve 12 Intake channel 10 may be provided. This serves to introduce a lean, combustible mixture into the second Combustion chamber 6, the fuel content of which is significantly below the normal value. The combustion of this mixture will
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durch die heißen Verbrennungsprodukte der Vorbrennkammer eingeleitet. Auf diese Weise wird jeder etwaige Rückstand unverbrannter luftverschmutzender Anteile durch die Verbrennung des Gemischs, das in die zweite Brennkammer 6 eingeführt wurde, progressiv verbrannt.initiated by the hot combustion products of the pre-combustion chamber. That way, any residue will be removed unburned air-polluting components due to the combustion of the mixture which is in the second combustion chamber 6 was introduced, burned progressively.
Die Zündkerze 9 sowie der Elektrodenstab 8 , die in der Maschine nach Fig. 1 verwendet sind, sind bei der in Fig. 2 gezeigten Maschine durch eine Doppelelektrodenzündkerze 91 ersetzt, die längliche Elektroden aufweist.The spark plug 9 and the electrode rod 8, which are used in the machine according to FIG. 1, are replaced in the machine shown in FIG. 2 by a double-electrode spark plug 9 1 which has elongated electrodes.
Die vorstehenden Ausführungsbeispiele und ihre konstruktiven Einzelheiten können in weiten Grenzen abgeändert werden, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.The above exemplary embodiments and their structural details can be modified within wide limits without departing from the spirit of the invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OAP | Request for examination filed | ||
| OD | Request for examination | ||
| OHN | Withdrawal |