DE2950830A1

DE2950830A1 - Automobile engine with low exhaust emission - uses controlled magnetic valves to inject enriched fuel mixt. into vicinity of each spark plug

Info

Publication number: DE2950830A1
Application number: DE19792950830
Authority: DE
Inventors: Klaus-Dieter Dr.-Ing. Emmenthal; Istvan Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Geiger; Ing.(grad.) Otto 3180 Wolfsburg Schäfer; Rudolf-Helmut 3330 Helmstedt Strozyk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1979-12-18
Filing date: 1979-12-18
Publication date: 1981-06-25

Abstract

The i.c. engine has an intake valve (8) for supplying a weak air/fuel mixture to the combustion space (4), with an enriched air/fuel mixture sufficient for ignition delivered intermittently to the ignition zone. The device supplying the enriched air/fuel mixture has a pump and a magnetic valve (10) for each cylinder, inserted in a feed pipe (9) with an outlet facing the spark electrodes (6) of the respective ignition plug (7). The opening points for each valve are determined in dependence on the engine revs and the load. The engine can be operated with a weaker air/fuel mixture for reducing the exhaust emission level.

Description

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17. Dez. 1979 Dec 17, 1979

Spark-ignited internal combustion engine operated with charge stratification

Die Erfindung betrifft eine mit Ladungsschichtung betriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs. Eine diese Merkmale aufweisende Brennkraftmaschine ist aus der US-PS 3 81A 067, F02b, 17/00, als Vorkammermaschine bekannt, bei der das zündwillige Gemisch mittels einer düsenähnlichen Sprühvorrichtung bei Erreichen eines vorgegebenen Gemischdrucks in einer Zuführungsleitung zu dieser Sprühvorrichtung in die Vorkammer eingesprüht wird. Diese Sprühvorrichtung ist ausgerichtet auf einen Reflektor, der seinerseits das zündwillige Gemisch in der Vorkammer verteilt. Das Erreichen des zum Öffnen der Sprühvorrichtung führenden Druckwerts erfolgt mittels der Pumpe, die gesteuert wird durch einen nockenwellenbetätigten Schwinghebel, der zugleich zur Betätigung des jeweiligen Einlaßventils für das magere Gemisch dient.The invention relates to a spark ignition operated with charge stratification Internal combustion engine according to the preamble of claim. An internal combustion engine exhibiting these features is disclosed in US Pat. No. 3 81A 067, F02b, 17/00, known as an antechamber machine, in which the ignitable mixture by means of a nozzle-like spray device when a predetermined Mixture pressure in a supply line to this spray device is sprayed into the antechamber. This spray device is aimed at one Reflector, which in turn distributes the ignitable mixture in the antechamber. Reaching the pressure value leading to the opening of the spray device takes place by means of the pump, which is controlled by a camshaft actuated Rocker arm, which also serves to operate the respective inlet valve for the lean mixture.

Wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, bietet die Zuführung eines zündwilligen, voraufbereiteten Gemischs gegenüber der Zuführung reinen Kraftstoffs in den Zündkerzenbereich zwar den Vorteil einer erheblichen Verringerung der Kohlenwasserstoffanteile im Abgas der Brennkraftmaschine, aber die beim Stand der Technik verwendete, die Zündkerze aufnehmende Vorkammer oder allgemein ein zerklüfteter Brennraum führt infolge zusätzlicher Wärmever-As detailed investigations have shown, the supply of an ignitable, prepared mixture versus the supply of pure fuel in the spark plug area has the advantage of a considerable reduction in the hydrocarbon content in the exhaust gas of the internal combustion engine, but the used in the prior art, the spark plug receiving prechamber or generally a fissured combustion chamber leads as a result of additional heat

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luste (starke Abweichung von einem kugelförmigen Brennraum) und wegen Schwierigkeiten bei der Spülung zu einem erhöhten spezifischen Kraftstoffverbrauch. losses (strong deviation from a spherical combustion chamber) and due to Difficulties in purging lead to increased specific fuel consumption.

Bei der beschriebenen bekannten Brennkraftmaschine wird ferner besonderer Wert gelegt auf eine Verwirbelung des Gemischs in der Vorkammer bzw. im eigentlichen Brennraum, die jedoch zumindest in der Kompressionsphase nicht erhalten bleibt.The known internal combustion engine described is also special Value placed on a swirling of the mixture in the pre-chamber or in the actual Combustion chamber, which is not retained, at least in the compression phase.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine mit Ladungsschichtung betriebene fremdgezündete Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so auszubilden, daß der bei Maschinen mit Ladungsschichtung stets angestrebte eigentliche Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch ohne Beeinträchtigung der Zündung unter Verzicht auf eine Vorkammer mit ihren aufgezeigten Nachteilen erfolgen kann, und zwar ohne Inkaufnahme eines unzulässigen Gehalts der Abgase an Schadstoffen.The invention is accordingly based on the object of one with charge stratification operated externally ignited internal combustion engine according to the preamble of claim so that the in machines with charge stratification Always strived for actual operation with a lean fuel-air mixture without impairing the ignition, dispensing with an antechamber can be done with their identified disadvantages, without having to accept an inadmissible content of pollutants in the exhaust gases.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs. Ein besonderer Vorteil der Erfindung gegenüber dem eingangs behandelten Stand der Technik ist in der Ansteuerung des Ventils zur Zuführung des zündwilligen Gemischs in Abhängigkeit von Drehzahl und Last der Brennkraftmaschine zu sehen. Das Öffnen dieses Ventils erfolgt also nicht, wie beim Stand der Technik,bei Erreichen eines bestimmten Druckwerts des Gemischs in der Leitung vor der mit einer Feder ausgerüsteten und demgemäß verhältnismäßig empfindlich aufgebauten Sprühvorrichtung, sondern durch definierte Betätigung des besagten Ventils über in der Ansteuereinrichtung in Abhängigkeit von den jeweils vorliegenden Betriebswerten der Brennkraftmaschine gewonnene elektrische Signale. Diese elektrischen Signale liegen zeitlich so, daß das als Einblasen zu bezeichnende Zuführen des zündwilligen Gemischs größenordnungsmäßig etwa 10° KW vor der Zündung der jeweiligen Zündkerze erfolgt, wobei die Zündung eine Vorzündung, etwa im Bereich von 15° KW vor OT, ist.The inventive solution to this problem is characterized by Features of the claim. A particular advantage of the invention over the prior art discussed at the beginning is the control of the valve to see the supply of the ignitable mixture as a function of speed and load of the internal combustion engine. This valve opens thus not, as in the prior art, when a certain pressure value is reached of the mixture in the line upstream of the sprayer, which is equipped with a spring and is accordingly relatively sensitive, but rather by defined actuation of said valve via in the control device electrical signals obtained as a function of the respective operating values of the internal combustion engine. These electrical signals are so timed that the supply of the ignitable Mixture of the order of magnitude about 10 ° CA takes place before the ignition of the respective spark plug, the ignition being a pre-ignition, approximately in the range of 15 ° CA before TDC.

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figur erläutertAn embodiment of the invention is described below with reference to the figure explained

Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Hubkolbenmaschine, von der nur ein Zylinder 2 mit dem Kolben 3 schematisch dargestellt ist. In üblicher Weise findet sich oberhalb des Kolbens im Zylinder 2 der Brennraum 4, während unterhalb des Kolbens 3 bei 5 die Kurbelwelle angedeutet ist. Im Brennraum 4 erkennt man die Elektrodenanordnung der Zündkerze 7 sowie das Einlaßventil 8, das den Brennraum 4 intermittierend mit einem üblichen, in der Figur nicht dargestellten, einen Vergaser enthaltenden Ansaugsystem für das magere Gemisch verbindet.The internal combustion engine 1 is in this exemplary embodiment around a reciprocating piston machine, of which only one cylinder 2 with the piston 3 is shown schematically is shown. The combustion chamber 4 is usually located above the piston in cylinder 2, while the crankshaft is located below the piston 3 at 5 is indicated. In the combustion chamber 4 one can see the electrode arrangement of the spark plug 7 as well as the inlet valve 8, which the combustion chamber 4 intermittently connects to a conventional, not shown in the figure, a carburetor containing intake system for the lean mixture.

Da dieses magere Gemisch nicht zündwillig ist, wird dem Bereich der Elektrodenanordnung 6 der Zündkerze 7 über das auf die Elektrodenanordnung 6 ausgerichtete Rohr 9 dann ein zündwilliges, d.h. fetteres Gemisch zugeführt, wenn das Magnetventil 10 öffnet und das Rohr 9 verbindet mit der zu der Pumpe 11 führenden Leitung 12. Diese als Kolbenpumpe ausgebildete Pumpe 11 steht in diesem Ausführungsbeispiel über den Riemen 13 in Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle 5 und fördert über den Venturi 14, in dessen Bereich Kraftstoff von der Schwimmerkammer 15 zugeführt wird, das zündwillige Gemisch.Since this lean mixture is not ignitable, the area of the electrode arrangement 6 an ignitable, i.e. richer mixture is then supplied to the spark plug 7 via the tube 9 aligned with the electrode arrangement 6, if the solenoid valve 10 opens and the pipe 9 connects to that of the pump 11 leading line 12. This designed as a piston pump 11 is in this embodiment via the belt 13 in drive connection with the Crankshaft 5 and conveys the ignitable mixture via the venturi 14, in the area of which fuel is supplied from the float chamber 15.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der Figur angenommen, daß das Rohr das übrigens mit einem Flammenrückschlagventil 16 versehen ist, an einer Stelle in den hier halbkugelförmigen und daher eine besonders kleine Oberfläche besitzenden Brennraum 4 einmündet, die der Elektrodenanordnung 6 der Zündkerze gegenüberliegt. In der Regel wird man für einen kleineren Abstand zwischen Einmündungsstelle des Rohrs 9 einerseits und Elektrodenanordnung 6 andererseits sorgen, etwa indem man die Einmündungsstelle in die unmittelbare Nachbarschaft der Elektrodenanordnung 6 legt oder das Ende des Rohres 9 in die Zündkerze 7 integriert. Auf jeden Fall muß aber das Öffnen des Ventils 10 einige Grad KW vor der Ausbildung des Zündfunkens in der Elektrodenanordnung erfolgen, um dem Abstand zwischen der Einmündungsstelle des Rohrs 9 und der Elektrodenanordnung 6 Rechnung zu tragen, so daß im Augenblick der ZündungFor the sake of clarity, it is assumed in the figure that the pipe which, by the way, is provided with a flame check valve 16, at one point in the hemispherical here and therefore have a particularly small surface Combustion chamber 4 opens into that of the electrode arrangement 6 of the spark plug opposite. As a rule, a smaller distance between the confluence point of the tube 9 on the one hand and the electrode arrangement 6 on the other hand is used ensure, for example by placing the junction in the immediate vicinity of the electrode assembly 6 or the end of the tube 9 in the Spark plug 7 integrated. In any case, the opening of the valve 10 take place a few degrees KW before the formation of the ignition spark in the electrode assembly to the distance between the junction of the tube 9 and the Electrode assembly 6 to take into account, so that at the moment of ignition

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das zündwillige Gemisch im Bereich der Elektrodenanordnung 6 vorliegt. Um dies sicherzustellen, ist erfindungsgemäß eine Ansteuereinrichtung vorgesehen, die sowohl zur Ansteuerung der Zündvorrichtung 17 als auch zur Ansteuerung des als Magnetventil ausgebildeten und an einer thermisch unkritischen Stelle angeordneten Ventils 10 dient und als wesentlichen Bestandteil den Speicher 18 enthält. In ihm ist ein Kennfeld 19 gespeichert, das die optimalen Öffnungszeitpunkte des Magnetventils in Abhängigkeit von der Drehzahl η und der Last P der Brennkraftmaschine wiedergibt. Dieser Speichereinrichtung 18 werden Signale für den Istwert der Drehzahl η und die jeweilige Last, hier repräsentiert durch den Luftdurchsatz m. in dem vor dem Einlaßventil 8 liegenden Ansaugsystem der Maschine, zugeführt, und die Einrichtung 18 liefert elektrische Impulssignale 20 sowohl zur Zündeinrichtung 17 als auch zum Magnetventil 10 entsprechend den Istwerten dieser Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine. Dabei ist der zeitliche Abstand zwischen den Zündimpulsen 21 und den Betätigungsimpulsen 22 für das Magnetventil 10 zumindest annähernd konstant, und zwar so, daß die Betätigungsimpulse 22 etwas vor den Zündimpulsen 21 liegen, die ihrerseits drehzahl- und lastabhängig sind.the ignitable mixture is present in the area of the electrode arrangement 6. Around To ensure this, a control device is provided according to the invention, which is used both for controlling the ignition device 17 and for controlling the designed as a solenoid valve and arranged at a thermally uncritical point valve 10 is used and as an essential part of the Contains memory 18. In it, a map 19 is stored, which the optimal opening times of the solenoid valve as a function of the speed η and represents the load P of the internal combustion engine. This storage device 18 receives signals for the actual value of the speed η and the respective load, here represented by the air throughput m. in that located in front of the inlet valve 8 Intake system of the machine, and the device 18 supplies electrical pulse signals 20 to both the ignition device 17 and the solenoid valve 10 corresponding to the actual values of these operating variables of the internal combustion engine. The time interval between the ignition pulses 21 and the actuation pulses 22 for the solenoid valve 10 at least approximately constant, in such a way that the actuation pulses 22 are somewhat before the ignition pulses 21, which in turn are speed and load dependent.

Bei der Erfindung ist also ein zerklüfteter Brennraum mit seinen oben beschriebenen Nachteilen vermieden. Auch macht die Erfindung nicht von der unsicheren Methode der Verwirbelung des Gemischs Gebrauch, sondern das fette Gemisch wird unmittelbar in Richtung auf die Elektrodenanordnung 6 der Zündkerze 7 geliefert. Die Verwendung eines einfachen Rohres 9 anstelle einer Düse oder einer Sprühvorrichtung gibt Gewähr für eine hohe Betriebssicherheit, da eine Verschmutzung, z.B. durch Verkokung, ausgeschlossen ist. In diesem Sinne wirkt sich auch günstig die Zufuhr eines voraufbereiteten Gemischs anstelle von reinem Kraftstoff aus, zumal die geringe Menge des zuzuführenden reinen Kraftstoffs eine kritische Auslegung der Zuführeinrichtung erfordern würde.In the invention, therefore, there is a jagged combustion chamber with the ones described above Disadvantages avoided. Also, the invention does not make use of the unsafe method of swirling the mixture, but rather the rich one Mixture is directly in the direction of the electrode assembly 6 of the spark plug 7 delivered. The use of a simple pipe 9 instead of a nozzle or a spray device ensures a high level of operational reliability, since contamination, e.g. through coking, is excluded. In this sense, the supply of a pre-processed mixture also has a beneficial effect instead of pure fuel, especially since the small amount of pure fuel to be supplied is a critical design of the supply device would require.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß der im Ansaugsystem vor dem Einlaßventil 8 angeordnete Vergaser keine bekanntlich zu Saugverlusten Anlaß gebende Drosselklappe als Leistungsstellglied zu enthalten braucht.In addition, it should be noted that the intake system in front of the inlet valve 8 arranged carburetor does not need to contain a throttle valve, which is known to give rise to suction losses, as a power control element.

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Claims

Claim

Spark-ignited internal combustion engine with intake valves operated with charge stratification for feeding a lean fuel-air mixture into the combustion chamber as well as one pump and one downstream pump for each combustion chamber Device containing valve for intermittent delivery of an ignitable fuel-air mixture into the spark plug area, characterized in that that the device points into the respective antechamber-free combustion chamber (A) in the direction of the electrodes (6) of the spark plug (7) Contains opening tube (9) with the valve (10), which is designed as a solenoid valve and the one control device containing a memory (18) for the opening time of the valve (10) as a function of speed (n) and load (P) assigned.

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