DE3622616A1 - Method for the operation of an internal combustion engine and internal combustion engine for performing the method - Google Patents
Method for the operation of an internal combustion engine and internal combustion engine for performing the methodInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer mehrzylindrigen, fremdgezündeten Vier takt-Otto-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Brennkraftma schine zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for Operation of a multi-cylinder, spark-ignited four tact Otto combustion engine according to the generic term of claim 1 and an internal combustion engine machine to perform this procedure.
Solche Verbrennungsverfahren und zu deren Ausfüh rung geeignete Brennkraftmaschinen, bei denen die in den Zylinder angesaugte Ladung mit einem hohen Drall versehen in den Teilbrennraum eintritt, sind an sich be reits bekannt. Bei diesen wird ein Gemisch aus Kraft stoff und Luft in den Zylinder angesaugt, das vorzugs weise bereits während des Einlaßvorganges in den Zy linder einen Drall erfährt, der während des Verdich tungstaktes durch das Überschieben in den in dem Zy linderkopf zurückgezogen angeordneten Teilbrenn raum noch verstärkt wird. Die hohe Strömungsge schwindigkeit der Ladung im Teilbrennraum ermöglicht es dann, sehr hohe, wirkungsgradoptimierte Verdich tungsverhältnisse zu verwirklichen.Such combustion processes and their execution suitable internal combustion engines in which the in charge sucked into the cylinder with a high swirl provided in the partial combustion chamber are in themselves already known. These are a mixture of strength fabric and air sucked into the cylinder, the preferred already during the intake process in the Zy relieves a twist that occurs during compression tungstaktes by pushing in the in the Zy Linderkopf partial fire arranged withdrawn space is reinforced. The high flow ge speed of the charge in the partial combustion chamber then, very high, efficiency-optimized compression realizing relationships.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, das Verfahren der eingangs beschriebenen Art sowie die nach diesem Verfahren arbeitende Brenn kraftmaschine so weiterzubilden, daß mit diesen ohne zusätzliche Abgasbehandlungsmaßnahmen eine Absen kung der Schadstoffemission nach Möglichkeit auf die heute für schadstoffarme Fahrzeuge geltende Werte möglich wird.The object underlying the invention is now in the process of the above Type as well as the Brenn working according to this procedure Develop the engine so that with these without additional exhaust gas treatment measures an Absen reduction of pollutant emissions to the Today's values for low-emission vehicles becomes possible.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht danach im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren bei denen der Kraftstoff vor dem Zylinder zugeführt ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylinder gesaugt wird, vor, den Kraftstoff erst nach Be ginn des Verdichtungstaktes zuzuführen, und zwar durch direkte Einspritzung in den Teilbrennraum. Dabei kann der Kraftstoff im wesentlichen tangential in den Teilbrennraum eingebracht werden und vorzugsweise in Form eines Kraftstoff-Luft-Gemisches, wodurch die Aufbereitung des Kraftstoffes verbessert und der Wir kungsgrad der Verbrennung angehoben wird.The solution to this problem arises according to the Characteristic of claim 1. The invention The process looks in contrast to the previous one known methods in which the fuel before A fuel-air mixture is fed into the cylinder Cylinder is sucked, before, the fuel only after loading at the beginning of the compression cycle, namely through direct injection into the partial combustion chamber. Here the fuel can be essentially tangential in the Partial combustion chamber are introduced and preferably in the form of a fuel-air mixture, which makes the Preparation of the fuel improved and the we degree of combustion is increased.
Demzufolge wird vorgeschlagen, daß die Brennkraft maschine zur Durchführung dieses Verfahrens eine Vorrichtung zur direkten Einspritzung des Kraftstoffes in den Teilbrennraum, und zwar nach Beginn des Ver dichtungstaktes des Kolbens, aufweist. Die Kraftstoff einspritzeinrichtung soll dabei so ausgerichtet sein, daß sie den Kraftstoff im wesentlichen tangential in den Teilbrennraum einbringt und zwar in Form eines Gemi sches aus Kraftstoff und Luft, welche vor dem Einlaß ventil von der angesaugten Luft abgezweigt wird. Wei terhin ist es zweckmäßig, wenn der Teilbrennraum un terhalb des Auslaßventils des Zylinders angeordnet ist, da in diesem Fall das durch die heißen Abgase erwärmte Auslaßventil das während des Verdichtungstaktes gebil dete Kraftstoff-Luft-Gemisch erhitzt und besser aufbe reitet. Für den Fall, daß bei einer Einspritzung des ge samten Kraftstoffes in diesen Teilbrennraum dort ein zu fettes Gemisch entsteht bzw. ein Durchbrennen der im Hauptbrennraum vorhandenen Luft nicht gewährleistet ist, kann im Bereich der Ansaugleitung der Brennkraft maschine eine Vorrichtung zur zusätzlichen Zufuhr von Kraftstoff in die in die Zylinder angesaugte Verbren nungsluft vorgesehen sein.Accordingly, it is proposed that the internal combustion engine machine for performing this method Device for direct fuel injection in the partial combustion chamber, namely after the start of Ver sealing stroke of the piston. The fuel injection device should be aligned so that they are essentially tangential to the fuel Brings partial combustion chamber in the form of a Gemi from fuel and air, which in front of the inlet valve is diverted from the intake air. Wei terhin it is useful if the partial combustion chamber un is arranged below the exhaust valve of the cylinder, because in this case the heated by the hot exhaust gases Exhaust valve that is formed during the compression stroke The fuel-air mixture heats up and stores better rode. In the event that with an injection of the ge all of the fuel in this partial combustion chamber fat mixture arises or a burning in the Main combustion chamber air not guaranteed is in the area of the intake pipe of the internal combustion engine machine a device for the additional supply of Fuel into the combustion sucked into the cylinders supply air may be provided.
Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfin dung besteht demnach darin, durch direkte Einspritzung des zur Verbrennung vorgesehenen Kraftstoffes in den Teilbrennraum eine Gemischschichtung zu erzielen, die eine Absenkung der mit den Abgasen abgeführten Schadstoffe der Brennkraftmaschine ermöglicht. Durch die in dem Teilbrennraum erzeugte Drallströmung sol len dabei hohe Verdichtungsverhältnisse erreichbar sein. Die Einspritzung des Kraftstoffes erst nach Beginn des Verdichtungstaktes hat zur Folge, daß der zugeführ te Kraftstoff nicht mehr in den Hauptbrennraum gelan gen kann, sondern in dem Teilbrennraum bleibt und damit eine günstige Schichtung der Zylinderladung in dem Sinne bewirkt, daß ein mit Kraftstoff angereicher tes Gemisch im wesentlichen nur in dem Teilbrennraum vorliegt, während in dem restlichen Hauptbrennraum praktisch reine Luft vorhanden ist. Dadurch lassen sich dieselähnliche Verbrennungsverhältnisse erzielen mit relativ geringen Schadstoffausstößen und gleichzeitig geringen Verbrauchswerten. Durch die ausgeprägte Drallströmung in dem Teilbrennraum kann zugleich ei ne wirkungsvolle Durchmischung der Teilbrennraum- Ladung erreicht und eine Rußbildung bei der Verbren nung weitgehend ausgeschlossen werden.The main idea of the present invention Accordingly, it consists in direct injection of the fuel intended for combustion in the Partial combustion chamber to achieve a mixture stratification that a lowering of those discharged with the exhaust gases Allows pollutants of the internal combustion engine. By the swirl flow generated in the partial combustion chamber is sol len high compression ratios can be achieved be. The injection of the fuel only after the beginning of the compression stroke has the consequence that the fed no fuel got into the main combustion chamber gene, but remains in the partial combustion chamber and thus a favorable stratification of the cylinder charge in the sense that a fuel-enriched t mixture essentially only in the partial combustion chamber is present while in the rest of the main combustion chamber practically pure air is available. This allows achieve diesel-like combustion conditions relatively low emissions and at the same time low consumption values. Because of the pronounced Swirl flow in the partial combustion chamber can also be done at the same time ne effective mixing of the partial combustion chamber Charge reached and soot formation when burning largely excluded.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Er findung anhand eines schematischen Längsschnittes durch einen Zylinder einer Brennkraftmaschine gezeigt. Dabei ist die Brennkraftmaschine insgesamt mit 1 be zeichnet, die einen Zylinderblock 2 und einen darin glei tenden Kolben 3 aufweist, der in seinem oberen Tot punkt gegenüber dem mit 6 bezeichneten Zylinderkopf einen Hauptbrennraum 4 bildet. Dieser Hauptbrenn raum 4 steht mit einem in dem Zylinderkopf 6 zurückge zogen angeordneten Teilbrennraum 5 in Verbindung.In the drawing, an embodiment of the invention is shown using a schematic longitudinal section through a cylinder of an internal combustion engine. The internal combustion engine is characterized overall by 1 be, which has a cylinder block 2 and a sliding piston 3 therein, which forms a main combustion chamber 4 in its upper dead point with respect to the cylinder head designated 6. This main combustion chamber 4 is connected to a retracted arranged in the cylinder head 6 partial combustion chamber 5 in connection.
Mit 7 ist ein Ansaugkanal angegeben, dessen Einmün dung in den Hauptbrennraum 4 durch ein Einlaßventil 8 in herkömmlicher Weise gesteuert wird. 8 bezeichnet einen durch ein Auslaßventil 10 gesteuerten Auslaßka nal, der von dem Teilbrennraum 5 abgeht und zu einer hier nicht weiter gezeigten Abgasanlage führt.With 7 , an intake duct is specified, the Einmün extension in the main combustion chamber 4 is controlled by an inlet valve 8 in a conventional manner. 8 denotes a controlled by an exhaust valve 10 Auslaßka channel, which goes from the partial combustion chamber 5 and leads to an exhaust system not shown here.
In den Teilbrennraum 5 münden eine Zündkerze 11 mit ihrer Elektrodenzündstrecke 12 sowie eine Kraft stoffeinspritzeinrichtung 14, die einen mit 15 bezeichne ten Kraftstoffstrahl direkt in den Teilbrennraum 5 ab gibt.In the partial combustion chamber 5 open a spark plug 11 with its electrode ignition section 12 and a fuel injection device 14 , which gives a 15 designated th fuel jet directly into the partial combustion chamber 5 .
Mit 16 ist eine gegebenenfalls zusätzlich vorzusehen de Kraftstoffzuführvorrichtung bezeichnet, die insbe sondere in vollastnahen Betriebsbereichen der Brenn kraftmaschine die durch den Einlaßkanal 7 angesaugte Luft zur Bildung eines Grundgemisches mit Kraftstoff einreichert. Diese Kraftstoffzuführvorrichtung ist dabei zweckmäßigerweise in einer allen Zylindern der Brenn kraftmaschine gemeinsamen Ansaugleitung angeord net, von der die den einzelnen Zylindern zugeordneten Einlaßkanäle 7 abzweigen. 16 with a possibly additionally to be provided de fuel supply device is designated, the engine in particular in full-load operating areas of the internal combustion engine, the air sucked in through the inlet channel 7 to form a basic mixture with fuel. This fuel supply device is expediently angeord net in an intake pipe common to all cylinders of the internal combustion engine, from which branch off the inlet channels 7 assigned to the individual cylinders.
Mit 17 ist schließlich noch eine im Bereich des Über gangs von dem Hauptbrennraum 4 zum Teilbrennraum 5 vorgesehene Nase zur Bildung einer Querschnittsver engung angedeutet.Finally, with 17 , a nose is provided in the region of the transition from the main combustion chamber 4 to the partial combustion chamber 5 to form a cross-sectional constriction.
Bei der in der Zeichnung gezeigten Brennkraftma schinenausführung wird während des Ansaugtaktes bei geöffnetem Einlaßventil 8 im wesentlichen reine Luft durch den Einlaßkanal 7 in den Hauptbrennraum ange saugt. Lediglich im Bereich höherer Lasten der Brenn kraftmaschine kann gegebenenfalls über die zusätzlich vorzusehende Hilfskraftstoffzuführeinrichtung 16 Kraftstoff zur Bildung eines relativ kraftstoffarmen Grundgemisches zugeführt werden. Die Ladung wird in den Hauptbrennraum 4 angesaugt und strömt dann vor zugsweise mit einem Drall in die Teilbrennkammer 5. Diese Drallströmung kann dabei durch entsprechende Ausbildung des Einlaßkanals, des Einlaßventils sowie der Konturen des Zylinderkopfes und/oder des Kolben bodens erreicht werden.In the internal combustion engine shown in the drawing, during the intake stroke with the inlet valve 8 open, essentially pure air is drawn through the inlet channel 7 into the main combustion chamber. Only in the area of higher loads of the internal combustion engine can fuel, if necessary, be supplied via the auxiliary fuel supply device 16 to be provided, in order to form a relatively low-fuel basic mixture. The charge is sucked into the main combustion chamber 4 and then flows into the partial combustion chamber 5 preferably with a swirl. This swirl flow can be achieved by appropriate training of the intake port, the intake valve and the contours of the cylinder head and / or the piston bottom.
Nach Erreichen des unteren Totpunktes des Kolbens 3 wird durch den dann folgenden Verdichtungstakt die in dem Zylinder vorhandene Ladung durch den aufwärts gleitenden Kolben verdichtet, wobei die in dem Teil brennraum 5 erzeugte Drallströmung weiter verstärkt wird. Erst nach Beginn dieses Verdichtungstaktes soll jetzt auch die Hauptkraftstoffzufuhr durch Einspritzen des Kraftstoffes in den Teilbrennraum 5 mit Hilfe der Einspritzvorrichtung 4 vorgenommen werden. Vorzugs weise soll dabei die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 14 so ausgerichtet sein, daß sie den Kraftstoffstrahl 15 etwa tangential in den Teilbrennraum 5 einspritzt. Von be sonderem Vorteil ist es dabei, wenn der Kraftstoff zu sammen mit einem gewissen Anteil an Trägerluft, die zuvor der Ansaugleitung entnommen und mit der zuge messenen Kraftstoffmenge vermischt ist, zugeführt wird. Dies ergibt eine günstige Aufbereitung des Kraft stoffes, insbesondere auch bei kleineren Kraftstoffmen gen.After reaching the bottom dead center of the piston 3 , the charge present in the cylinder is compressed by the upward-moving piston by the compression stroke which then follows, the swirl flow generated in the combustion chamber part 5 being further increased. Only after this compression stroke has begun should the main fuel supply be carried out by injecting the fuel into the partial combustion chamber 5 with the aid of the injection device 4 . Preferably, the fuel injection device 14 should be oriented so that it injects the fuel jet 15 approximately tangentially into the partial combustion chamber 5 . It is of particular advantage if the fuel is supplied together with a certain proportion of carrier air which has previously been removed from the intake line and is mixed with the measured amount of fuel. This results in a favorable preparation of the fuel, in particular even with smaller amounts of fuel.
Die Einspritzung des Kraftstoffes erst nach Beginn des Verdichtungstaktes verfolgt dabei den Zweck, eine Vermischung des Kraftstoffes mit der gesamten Zylin derladung zu verhindern und ein zündfähiges Kraft stoffgemisch im wesentlichen nur im Bereich des Teil brennraums 5 zu erzeugen, in den auch die Zündkerze 11 mit ihrer Elektroden-Zündstrecke 12 hineinragt. Da durch kann eine für die gesamte Verbrennung vorteil hafte Schichtung der Zylinderladung erzielt werden, bei der nur im Bereich des Teilbrennraums eine kraftstoff reiche und im Bereich des übrigen Brennraums (Haupt brennraum 4) eine kraftstoffarme bzw. nur aus Luft be stehende Zylinderladung vorliegt.The injection of the fuel only after the start of the compression stroke pursues the purpose of preventing the fuel from mixing with the entire cylinder charge and to generate an ignitable fuel mixture essentially only in the area of the combustion chamber 5 , in which the spark plug 11 with its Electrode ignition path 12 protrudes. Since a stratification of the cylinder charge which is advantageous for the entire combustion can be achieved, in which a fuel-rich cylinder charge is present only in the area of the partial combustion chamber and a low-fuel or only air charge is present in the area of the remaining combustion chamber (main combustion chamber 4 ).
Dadurch, daß der Teilbrennraum 5, in den der Kraft stoff zugemessen wird, im Bereich des heißen Auslaß ventils 10 angeordnet ist, wird eine schnelle Verdamp fung des zugeführten Kraftstoffes erreicht, so daß zu sammen mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit in dem Teilbrennraum eine gute Vermischung und Aufbe reitung des Kraftstoffes erzielt wird. Am Ende des Ver dichtungstaktes befindet sich im Teilbrennraum 5 ein homogenes, kraftstoffreiches Gemisch, das günstigste Zündvoraussetzungen bietet. Die hohe Strömungsge schwindigkeit der in Richtung des Pfeiles 13 strömenden Ladung des Teilbrennraums 5 ermöglicht es zudem, ho he Verdichtungsverhältnisse zu realisieren, wodurch der Verbrennungswirkungsgrad verbessert wird. Die gege benenfalls zusätzlich vorzusehende Einschnürung der Verbindungsstelle zwischen dem Hauptbrennraum 4 und dem Teilbrennraum 5 soll dabei dazu beitragen, die in den Teilbrennraum 5 komprimierte Ladung in diesem zurückzuhalten, so daß eine Vermischung mit der kraft stoffarmen bzw. nur aus Luft bestehenden Ladung des Hauptbrennraums verhindert wird.Characterized in that the partial combustion chamber 5 , in which the fuel is metered, is arranged in the region of the hot exhaust valve 10 , a rapid evaporation of the supplied fuel is achieved, so that, together with the high flow velocity in the partial combustion chamber, good mixing and Preparation of the fuel is achieved. At the end of the compression stroke there is a homogeneous, fuel-rich mixture in the partial combustion chamber 5 , which offers the most favorable ignition conditions. The highvelocity of the flow of the partial combustion chamber 5 flowing in the direction of the arrow 13 also makes it possible to achieve high compression ratios, thereby improving the combustion efficiency. The additional constriction of the connection point between the main combustion chamber 4 and the partial combustion chamber 5, which is to be additionally provided, should help to retain the charge compressed in the partial combustion chamber 5 , so that mixing with the low-fuel or only air charge of the main combustion chamber is prevented becomes.
Im Bereich des oberen Totpunktes des Kolbens 3 erfolgt die Zündung des Gemisches in dem Teilbrenn raum 5, von wo aus im Verlaufe des Expansionstaktes Flammenstrahlen in den Hauptbrennraum 4 zum Durchbrennen der gesamten Ladung unter Heranzie hung der in dem Hauptbrennraum vorhandenen Luft übertreten. Das Ergebnis dieser Verbrennung ist ein relativ schadstoffarmes, Abgas, das durch den Auslaßka nal 9 abgegeben wird. Darüberhinaus ist der spezifische Kraftstoffverbrauch relativ gering, da bezogen auf die Gesamtladung mit einem relativ armen Gemisch gear beitet wird.In the area of the top dead center of the piston 3 , the ignition of the mixture takes place in the partial combustion chamber 5 , from where flame jets in the course of the expansion stroke into the main combustion chamber 4 for blowing through the entire charge using the air present in the main combustion chamber. The result of this combustion is a relatively low-pollutant, exhaust gas that is discharged through the exhaust channel 9 . In addition, the specific fuel consumption is relatively low because gear is worked with a relatively poor mixture based on the total load.
Claims (8)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |