DE3148165A1 - Internal combustion engine with fuel injection and applied ignition - Google Patents
Internal combustion engine with fuel injection and applied ignitionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung und Fremdzündung und mindestens einen Einlaßventil, das mit Einrichtungen zusammenwirkt, welche der in den Zylinder einströmenden Luft einen Drall cj um die Zy] inder.-ichse erteilen.The invention relates to an internal combustion engine with fuel injection and spark ignition and at least which give the inflowing air in the cylinder a swirl c j to the Zy] inder.-ichse an inlet valve which cooperates with means.
Bei Brennkraftmaschinen dieser Art ergibt sich für das zu zündende Kraftstoff-Luft-Gemisch die Notwendigkeit, ein Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft in relativ engen Grenzen einzuhalten, damit die Zündfähigkeit des Gemisches gesichert ist.Beiim Teillastbereich betriebenen Brennkraftmaschinen ist es deshalb üblich, den Zylinder mit kleineren !«engen von Gemisch zu füllen als bei Vollast, um innerhalb dieser Zündgrenzen zu bleiben und mit Sicherheit eine Zündung und Verbrennung zu erreichen.In internal combustion engines of this type there is a need for the fuel-air mixture to be ignited Maintain the mixing ratio between fuel and air within relatively narrow limits so that the mixture can be ignited when operated in the partial load range It is therefore common practice for internal combustion engines to fill the cylinder with a smaller mixture than at full load stay within these ignition limits and achieve ignition and combustion with certainty.
Bei fast allen bekannten Brennkraftmaschinen der genannten Art werden diese geringeren Gemischmengen durch eine Drosselung während des Einsaugens in den Zylinder erreicht, wozu üblicherweise eine Drosselklappe in der Ansaugleitung angeordnet ist, deren Stellung - und damit die Größe des erreichten Unterdruckes - je nach Größe der Teillast verändert wird. Die auf diese Weise entstehenden Drosselverluste verringern jedoch den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine im Teillastbereich, was einen entscheidenden Nachteil dieser bekannten Ausführung darstellt.In almost all known internal combustion engines of the type mentioned, these smaller mixture quantities are achieved a throttling is achieved during the intake into the cylinder, for which purpose usually a throttle valve in the intake line is arranged, their position - and thus the size of the negative pressure achieved - depending on the size of the partial load is changed. However, the throttle losses that occur in this way reduce the efficiency of the internal combustion engine in the partial load range, which is a decisive factor Is a disadvantage of this known design.
Die zweite Möglichkeit ist die., nur einen Teil der Ladeluft mit Brennstoff zu mischen, wobei die Mischung inner-' halb der Zündgrenzen liegen muß. Es wurden verschiedene · Verfahren für diese Schichtladung vorgeschlagen, die sich jedoch bis jetzt nicht zur Serienreife durchzusetzen vermochten, weil sich Zündschwierigkeiten in verschiedenen Lastbereichen ergeben haben.The second possibility is, only part of the charge air to be mixed with fuel, the mixture must be within the ignition limits. Different Proposed procedure for this stratified charge, which, however, has not yet been able to achieve series production, because there were ignition difficulties in different load ranges.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Brenn-The object of the present invention is to provide a fuel
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kraftmaschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Zündfähigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches im gesamten Lastbereich, insbesondere im- Teillastbereich der Brennkraftmaschine gewährleistet ist, ohne die erwähnten Drosselverluste in Kauf nehmen zu müssen.To improve engine of the type mentioned so that the ignitability of the fuel-air mixture in the whole Load range, in particular in the partial load range of the internal combustion engine, is guaranteed without the mentioned Having to accept throttle losses.
Dies wird gerriiiß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Zylinderraum in einen liubraum und einen dazu exzentrisch gelegenen und wenigstens annähernd achsparallel zum Hubraum angeordneten zylindrischen Verbrennungsraum geteilt ist, in welchen bei allen Lasten die Verbrennungsluft praktisch ungedrosselt einströmt, daß weiters die Einspritzdüse am hubraumseitigen Ende des Verbrennungsraumes angeordnet ist und annähernd eine flache Scheibe senkrecht zur Achse des Brennraumec mit mindestens einem Kraftstoffstrahl bestreicht, und daß ferner mindestens eine Zündkerze an der dem Hubraum abgewendeten Seite des Brennraumes so angeordnet ist bzw. sind, daß bei jedem yiralrtiüch vorkommender! Teil- und Vollastbereich der Brennkraftmaschine wenigstens eine Zündkerze die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gewährleistet. Bei dem so gebildeten Schichtlademotor wird also zur Berücksichtigung der für die Teillast erforderlichen kleineren zündfähigen Gemischmenge keine Drosselung welche die besagten Verluste ergibt - verwendet, sondern die Ladung so geschichtet, daß nur ein Teil derselben ein Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft hat, welches innerhalb des zündfähigen Bereiches liegt, während der andere Teil der Ladung praktisch nur aus Luft besteht. Es muß lediglich danach getrachtet werden, daß eine Zündkerze bzw. der von dieser zum Zündzeitpunkt erzeugte Zündfunke sich innerhalb des zündfähigen Gemischteiles der Ladung befindet, damit nach der Zündung dieses Teiles und ausgehend die Verbrennung des gesamten Gemisches im Brennraum erfolgt.This is achieved according to the invention in that the cylinder space into a liubraum and one eccentric to it located and at least approximately axially parallel to the displacement divided cylindrical combustion chamber is, in which the combustion air flows in practically unthrottled at all loads, that further the injection nozzle is arranged at the end of the combustion chamber on the side of the displacement and is approximately a flat disk perpendicular to the axis the combustion chamber is coated with at least one fuel jet, and that furthermore at least one spark plug is so arranged on the side of the combustion chamber facing away from the displacement is or are that with every yiralrtiüch more occurring! Partial and full load range of the internal combustion engine at least one spark plug igniting the fuel-air mixture guaranteed. With the stratified charge engine formed in this way, the necessary for the partial load is taken into account smaller ignitable mixture quantity no throttling which results in said losses - used, but the charge is stratified in such a way that only a part of it has a mixing ratio between fuel and air, which lies within the ignitable range, while the other part of the charge consists practically only of air. It is only necessary to ensure that a spark plug or the spark generated by it at the time of ignition is located within the ignitable mixture part of the charge, so after the ignition of this part and starting from this, the entire mixture is burned in the combustion chamber.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist wie folgt zu beschreiben:The operation of the internal combustion engine according to the invention is to be described as follows:
Nach Beendigung des Einsaugvorgangeü, während dem die einströmende Luft einen Drall um die Zylinderachse erhii.lt, ist der Hubraum im Zylinder mit einer rotierenden Ladungs-After completion of the intake process, during which the inflowing air receives a swirl around the cylinder axis, the displacement in the cylinder is with a rotating charge
walze erfüllt. Zum Einspritzbeginn, welcher annähernd beim Beginn des Verdichtungshubes liegt, wird durch die am hubraumseitigen Ende des zylindrischen und exzentrisch zum Hubraum angeordneten Verbrennungsraumes angeordnete Einspritzdüse Brennstoff eingebracht, welcher aufgrund der speziellen Geometrie vorerst sich annähernd im Bereich einer flachen Scheibe senkrecht zur Achse des Brennraumes verteilt. Die Einspritzung dauert dabei bei Vollast so lange als Luft aus dem Hubraum in den Brennraum überströmt, also bis annähernd der gesamte Brennraum mit Gemisch gefüllt ist. Die ursprüngliche Gemischscheibe gelangt am Ende der Verdichtung in den Bereich einer Zündkerze, wird von deren Funken gezündet und brennt sodann durch den Brennraum ab. Bei Teillast liegt der Beginn des Einspritzens in den Λν) Brennraum in gleicher Weise Wieder wie bei der Vollast zumindest annähernd am Beginn des Verdichtungshubes. Die Einspritzung hört im Teillastbereich'jedoch dann auf, wenn die für die jeweilige Teillast benötigte Kraftstoff- bzw. Gemischmenge erreicht ist. In weiterer Folge gelangt vom Hubraum aus nur mehr reine Luft in den Brennraum und schiebt in Portsetzung der Rotation der Zylinderladung die somit ebenfalls rotierende Gemischscheibe in Richtung zu der am anderen Ende des Brennraumen angeordneten Zündkerze, bis dieser Gemischteil wie bei Vollast den Bereich der Zündker-25. ze erreicht und von deren Funken gezündet wird.roller met. At the start of injection, which is approximately at the beginning of the compression stroke, fuel is introduced through the injection nozzle at the end of the cylindrical combustion chamber, which is arranged eccentrically to the cylinder chamber and which, due to its special geometry, is initially distributed approximately in the area of a flat disk perpendicular to the axis of the combustion chamber. At full load, the injection lasts as long as air flows from the displacement into the combustion chamber, i.e. until almost the entire combustion chamber is filled with the mixture. At the end of compression, the original mixture disc reaches the area of a spark plug, is ignited by its sparks and then burns down through the combustion chamber. At part load, the start of injection into the Λ ν ) combustion chamber is in the same way again as at full load, at least approximately at the start of the compression stroke. However, the injection stops in the partial load range when the fuel or mixture quantity required for the respective partial load has been reached. Subsequently, only pure air from the cubic capacity reaches the combustion chamber and pushes the mixture disk, which is also rotating, in the direction of the spark plug located at the other end of the combustion chamber, until this part of the mixture reaches the area of the spark plug, as at full load. 25th ze reached and ignited by the spark.
Die Regulierung der für den Teillastbereich erforderlichen kleineren Gemischmenge erfolgt also nur durch die Menge und die Zeitdauer des Einspritzens. Im Teillastbereich ist also eine Gemischschicht bzw. eine Gemischscheibe im Brennraum enthalten, welche in Richtung zum Hubraum hin zunächst durch Luft abgegrenzt ist und sich im Laufe der fortschreitenden Verdichtung soweit nach oben schiebt, daß das zündfähige Gemisch in den Bereich der Zündkerze kommt und von dieser gezündet werden kann. Die Abhängigkeit des Zündzeitpunktes von der Drehzahl kann auch einstellbar sein, wobei es zweckmäßig sein wird, bei höherer Drehzahl den Zündzeitpunkt etwas vorzuverschieben und bei niederer Drehzahl etwas zurückzunehmen.The regulation of the necessary for the partial load range A smaller mixture quantity is only made by the quantity and the duration of the injection. In the partial load range a mixture layer or a mixture disk is therefore contained in the combustion chamber, which is in the direction of the displacement is initially delimited by air and, in the course of the progressive compression, pushes upward so far that the ignitable mixture comes into the area of the spark plug and can be ignited by it. The dependence of the The ignition point of the speed can also be adjustable, it will be useful to use the at higher speed Advance the ignition timing a little and at low engine speed to take something back.
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Durch, die Ausführung nach der Erfindung wird also sichergestellt, daß zündfähiges Gemisch in Form einer Schicht während des Verdichtungshubes der Brennkraftmaschine zur im Brennraum angeordneten Zündkerze wandern, womit nach einer Zündung dieser Schicht eine sehr gute Verbrennung der gesamten Ladung erfolgen kann. Drosselverluste durch die Reduzierung der Zylinderladung für den Teillastbereich der Brennkraftmaschine treten nicht auf, da durch die Gemischschichtung im Brennraum die Drosselung entfallen kann. 'By, the embodiment according to the invention ensures that ignitable mixture in the form of a Layer migrate to the spark plug arranged in the combustion chamber during the compression stroke of the internal combustion engine, with which once this layer has been ignited, the entire charge can be burned very well. Throttling losses by reducing the cylinder charge for the partial load range of the internal combustion engine do not occur because through the mixture stratification in the combustion chamber and the throttling are dispensed with can. '
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Einspritzdüse so angeordnet ist, daß der Kraftstoff im wesentlichen nur in den Verbrennungsraum eintritt. Damit ergibt sich eine besonders ausgeprägte Schichtstruktur des eingespritzten Kraftstoffes, welche die Beibehaltung eines zündfähigen Gemisches in der während des Verdichtungshubes in Richtung "zur Zündkerze verschobenen rotierenden Gemischscheibe weiter verbesoert.An advantageous embodiment of the invention provides that the injection nozzle is arranged so that the Fuel essentially only enters the combustion chamber. This results in a particularly pronounced one Layered structure of the injected fuel, which the Maintaining an ignitable mixture in the "shifted towards the spark plug" during the compression stroke rotating mixture disc further verbesoert.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Zündkerze an der dem Hubraum abgewendeten Seite im Verbrennungsraum angeordnet ist, deren Elektroden in den Verbrennungsraum hineinragen, und ein in Achsrichtung des Verbrennungsraumes hinter den Elektroden befindlicher ringförmiger Teil des Verbrennungsraumes gebildet ist, der die am Ende des Saughubes im Verbrennungsraum enthaltene Luft im verdichteten Zustand mindestens zum großen Teil aufnimmt. Am Ende des Saughubes befindet sich im Verbrennungsraum Luft und allenfalls ein Ab^asreut vom vorhergehenden Arbeitstakt, die nicht rotiert und erst im Verlaufe des folgenden Verdichtungshubes durch die vom Kolben eingeschobene rotierende Ladung in Drehung versetzt wird. Diese erste an sich nicht zündfähige Schicht wird durch die nachfolgende zündfähige Schicht und ggf. die nachfolgende Luft in den ringförmigen Teil des. Verbrennungsraumes hinter der Elektrode verdrängt, sodaß das zündfähige Gemisch mit erhöhter fi:i ehorhe i t in den Bereich der Elektroden der Zündkerze gelangt und somit eine sichere Zündung des Gemisches gewährleistet ist.According to a further proposal of the invention it is provided that a spark plug on the one facing away from the cubic capacity Side is arranged in the combustion chamber, the electrodes of which protrude into the combustion chamber, and an in In the axial direction of the combustion chamber, an annular part of the combustion chamber located behind the electrodes is formed that the air contained in the combustion chamber at the end of the suction stroke in the compressed state is at least absorbs for the most part. Located at the end of the suction stroke In the combustion chamber there is air and, if necessary, an amount of debris from the previous work cycle, which does not rotate and only in the course of the following compression stroke by the from Piston inserted rotating charge is set in rotation. This is the first layer that cannot ignite in itself is through the subsequent ignitable layer and possibly the subsequent air into the annular part of the combustion chamber displaced behind the electrode, so that the ignitable mixture with increased fi: i ehorhe i t in the area of the Electrodes of the spark plug arrives and thus a safe Ignition of the mixture is guaranteed.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Pig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine im Teilschnitt durch die Zylinderachse und Stellung des Kolbens im unteren Totpunkt, Pig. 2 ein Detail daraus in größerem Maßstab beiThe invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown in the drawing. Pig. 1 shows an internal combustion engine according to the invention in partial section through the cylinder axis and Position of the piston at bottom dead center, Pig. 2 a detail from it on a larger scale
Stellung des Kolbens im oberen Totpunkt und Pig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Pig. Bei der dargestellten Brennkraftmaschine sind der Zylinder 1 und der Zylinderkopf 2 einstückig ausgeführt. Im Hubraum 3 bewegt sich der Kolben 4, welcher sich in Pig. 1 im.unteren Totpunkt und in Pig. 2 im oberen Totpunkt befindet. An den Hubraum 3 schließt der ebenfalls zylindrische Verbrennungsraum 5 an, der mit Rücksicht auf das Einlaßventil 6 und das Auslaßventil 7 mit seiner Achse 5' gegenüber der Achse 1' des Zylinders exzentrisch angeordnet 1st." Das Volumen dieses Verbrennungsraumes ist so bemessen, daß das gewünschte Verdichtungsverhältnis, beispielsweise i : 10, erreicht wird. Der in den Zylinder 1 durch das Einlaßventil 6 hindurch einströmenden Luft wird durch den Spiralkanal 8 ein Drall erteilt, sodaß im Hubraum eine rotierende Ladungswalze entsteht. Die rotierende Luft wird im Kompressionstakt durch den Kolben 4 in den Verbrennungsraum 5 verdrängt, wo sie .ihre Rotation voraussichtlich mit größerer Winkelgeschwindigkeit beibehält. In den Verbrennungsraum 5 mündet im Bereich des Überganges zum Hubraum 3 die Einspritzdüse 9j deren Strahl bzw. Strahlen 10.etwa in einer Ebene senkrecht zur Achse 5' des Verbrennungsraumes verlaufen. An dem vom Hubraum 3 abgekehrten Ende des Verbrennungsraurnec 5 iot eine Zündkerze 11 angeordnet, deren Elektroden 12 in den Verbrennungsraum 5 hineinragen. Der Verbrennungsraum 5 weist im Bereich der Zündkerze 11 hinter deren Elektroden 12 einen ringförmigen Teil 13 auf, dessen Volumen so bemessen ist, daß die zu Beginn der Kompression ' im Verbrennungsraum 5 enthaltene Luft mindestens zum großen Teil aufgenommen werden kann.Position of the piston in top dead center and Pig. 3 shows a section along the line III-III in Pig. In the internal combustion engine shown, the cylinders are 1 and the cylinder head 2 made in one piece. The piston 4, which is in Pig. 1 in bottom dead center and in Pig. 2 is in top dead center. The combustion chamber 5, which is also cylindrical, adjoins the cubic capacity 3, which takes into account the inlet valve 6 and the outlet valve 7 with its axis 5 'opposite the axis 1' of the cylinder is arranged eccentrically. "Das The volume of this combustion chamber is dimensioned so that the desired compression ratio, for example i: 10, is achieved. The air flowing into the cylinder 1 through the intake valve 6 is passed through the spiral passage 8 is given a twist, so that in the displacement a rotating Charging roller emerges. The rotating air is in the compression stroke through the piston 4 into the combustion chamber 5 displaced, where it will probably maintain its rotation with a greater angular velocity. Into the combustion chamber 5 the injection nozzle opens in the area of the transition to displacement 3 9j their beam or beams 10. approximately in one Plane run perpendicular to the axis 5 'of the combustion chamber. At the end of the combustion chamber facing away from displacement 3 5 iot a spark plug 11 is arranged, the electrodes 12 protrude into the combustion chamber 5. The combustion chamber 5 has an annular part 13 in the area of the spark plug 11 behind its electrodes 12, the Volume is dimensioned so that the air contained at the beginning of the compression 'in the combustion chamber 5 at least to the large Part can be included.
Die Wirkungsweise dieses Schichtlademotors ist folgende: The mode of operation of this stratified charge motor is as follows:
Vom Beginn des Kompressionshubes an wird, wie in Pig. 1 dargestellt, Kraftstoff durch die Düse 9, vorzugsweise ausschließlich in den Verbrennungsraum b, eingespritzt. Dadurch wird eine rotierende Scheibe aus einem Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, die infolge der Rotation stabil irt und während' des Aufwärtsganges des Kolbens 4 immer weiter zur Zündkerze 11 hin verdrängt wird. Bei Vollast wird' während des ganzen Kocipressionshubes Kraftstoff eingespritzt, 'wogegen bei Teillast die Kraftstoffeinspritzung vor Erreichen des oberen Totpunktes des Kolbens entsprechend der Teillast früher oder später beendet wird. In allen !Fällen wird die zu Beginn des Kompressionshubes gebildete stabile Scheibe aus Kraftstoff-Luft-Gemisch bis zum Erreichen der Elektroden 12 der Zündkerze 11 zündfähig bleiben und es lj wird zum Zündzeitpunkt die im Verbrennungsraum [3 befindliche Kraftstoffmenge gezündet werden. Dies wird besonders auch durch den hinter den Elektroden 12 der Zündkerze 11 befindlichen Singraum 13 gefördert, in welchen die bei Kompressionsbeginn im Verbrennungsraum 5 befindliche Luft und Abgasreste vorn vorhergehenden Arbeitsspiel verdrängt werden. Die Einspritzdüse 9 wird vorzugsweise al's Fächerdüse mehrstrahlig ausgebildet, um möglichst homogene Schichten zu erhalten.From the beginning of the compression stroke, as in Pig. 1, fuel is injected through the nozzle 9, preferably exclusively into the combustion chamber b . As a result, a rotating disk is formed from a fuel-air mixture, which is stable as a result of the rotation and is displaced further and further towards the spark plug 11 during the upward movement of the piston 4. At full load, fuel is injected during the entire compression stroke, whereas at part load, fuel injection is terminated earlier or later, depending on the part load, before the piston reaches top dead center. In all! Cases, the stable disc of formed at the beginning of compression stroke, fuel-air mixture to the spark plug 11 remain ignitable until reaching the electrodes 12 and j is l, the amount of fuel present in the combustion chamber [3 are ignited at the ignition timing. This is particularly promoted by the singing chamber 13 located behind the electrodes 12 of the spark plug 11, in which the air and exhaust gas residues located in the combustion chamber 5 at the start of compression are displaced from the previous work cycle. The injection nozzle 9 is preferably designed as a multi-jet fan nozzle in order to obtain layers that are as homogeneous as possible.
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Fe ·Fe
Claims (3)
2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the injection nozzle is arranged so that the fuel essentially only enters the combustion chamber.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |