DE3706685A1

DE3706685A1 - Method for charging a reciprocating piston internal combustion engine, and reciprocating piston internal combustion engine for this purpose

Info

Publication number: DE3706685A1
Application number: DE19873706685
Authority: DE
Inventors: Ullrich Dr Speiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-03-02
Filing date: 1987-03-02
Publication date: 1988-09-15

Abstract

According to the invention, improved combustion is achieved in reciprocating piston internal combustion engines in that the air for charging the engine is heated and fuel, which vaporises completely due to the heat of the air, is injected into the heated air. The gas mixture thus produced contains either no or only very few minute fuel liquid droplets and therefore burns more completely and hence more cleanly. Adequate inlet cross-sections, achieved by roller-type rotary slide valves, ensure satisfactory charging of the engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Füllung eines Hubkolbenver brennungsmotors, bei dem Einlaß und Auslaß je über einen Walzendreh schieber gesteuert ist und wobei die Walzendrehschieber als die Gase leitende Röhren ausgebildet sind, sowie einen Hubkolbenverbrennungs motor zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for filling a reciprocating piston internal combustion engine, at the inlet and outlet via a roller rotation slider is controlled and where the rotary rotary valve than the gases conductive tubes are formed, as well as a reciprocating piston combustion motor to carry out the process.

Ein Hubkolbenverbrennungsmotor der oben beschriebenen Art ist bereits bekannt geworden durch die DE-OS 19 29 789. Zwar zeigen dort die Zeichnungen Walzendrehschieber mit querverlaufenden Öffnungen, jedoch ist in der Beschreibung darauf hingewiesen, daß diese Walzendrehschie ber auch die Form einer rohrförmigen Hülse haben können. In diesem Fall sind dann also die Walzendrehschieber als die Gase leitende Röhre ausgebildet. Ganz allgemein haben herkömmliche Hubkolbenver brennungsmotoren - gleichgültig ob es sich um sogen. Saugmotoren oder um sogen. Einspritzer handelt - den Nachteil, daß der eingebrachte Treib stoff nicht wirklich vergast ist. Die in den Verbrennungsraum einge brachte Masse stellt lediglich eine Dispersion dar. Eine solche Dispersion aber verbrennt nur unbefriedigend.A reciprocating internal combustion engine of the type described above is already available made known by DE-OS 19 29 789. Although there show the Drawings rotary vane with transverse openings, however it is pointed out in the description that this roller rotation Can also have the shape of a tubular sleeve. In this The case is then the rotary rotary valve as the gas-conducting tube educated. In general, conventional reciprocating pistons have internal combustion engines - regardless of whether they are so-called Naturally aspirated or for so-called Injector acts - the disadvantage that the propellant introduced material is not really gasified. The turned into the combustion chamber brought mass is only a dispersion. Such a dispersion but only burns unsatisfactorily.

Die bekannten, über Walzendrehschieber gesteuerten Motore haben jedoch den Vorteil, daß die Walzendrehschieber große Einlaß- und Auslaßöffnungen ermöglichen, die bei richtiger Steuerung über lange Zeit offen gehalten werden können, so daß die Ladung und die Entladung des Motors günstige Bedingungen vorfindet. Es gelingt insbesondere dann, wenn der Motor mit einem sogen. Lader oder Kompressor ausgerüstet ist, über die großen Querschnitte, die die Walzendrehschie ber erlauben, eine ausgezeichnete Füllung des Motors, so daß sehr günstige Motorenleistungen erreicht werden. Einen solchen mit Ladern ausgerüsteten Motor zeigt die DE-OS 22 19 680. Dort wird vorgeschla gen, die jeweils den Lader verlassende komprimierte Luft über eine Kühleinrichtung zu kühlen.The well-known motors controlled by rotary rotary valves however, the advantage that the rotary rotary valve large inlet and Allow outlet openings that, with proper control over long Time can be kept open so that the charge and discharge the engine finds favorable conditions. It is particularly successful then when the engine with a so-called. Charger or compressor is equipped, over the large cross-sections that the rotary roll About allow an excellent filling of the engine, so very much favorable engine performance can be achieved. One with loaders equipped engine shows DE-OS 22 19 680. There is proposed gene, the compressed air leaving the loader via a Cooling device to cool.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, das eine vollständigere und sauberere Verbrennung bei solchen Motoren erlaubt. Weiterhin soll ein hierzu geeigneter Hubkolbenverbrennungsmotor vorgeschlagen werden.The invention has for its object a method of the beginning to propose a more complete and cleaner Combustion allowed in such engines. Furthermore, one should do this Suitable reciprocating internal combustion engine can be proposed.

Verfahrensmäßig ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, daß Luft erhitzt und in den Verbrennungsraum verbracht wird, worauf Treibstoff in die erhitzte Luft eingespritzt und dadurch vergast wird. Der erfindungsgemäße Vorschlag bedeutet eine völlige Abkehr von der bisherigen Vorstellung des Fachmannes, daß die einzubringende Luft, um eine günstige Füllung des Motors zu erreichen, möglichst kalt und aufgrund der Kühle möglichst dicht sein muß. Hiermit wird zwar eine günstige Füllung, dafür aber eine schlechte Verbrennung erreicht. Der erfindungsgemäße Vorschlag bewirkt zwar wegen der höheren Lufttemperatur eine etwas ungünstigere Füllung, jedoch wegen der vollständigen Vergasung des Treibstoffs eine erheblich verbesserte Verbrennung und damit einen deutlich herabgesetzten Schadstoffausstoß sowie eine Minderung des Verbrauches.In terms of method, the object on which the invention is based is solved by heating air and bringing it into the combustion chamber is what fuel is injected into the heated air and thereby is gassed. The proposal according to the invention means a complete one Departure from the previous idea of the expert that the air to be introduced in order to achieve a favorable filling of the engine, as cold as possible and as dense as possible due to the coolness. This is a cheap filling, but a bad one Combustion reached. The proposal according to the invention does due to the higher air temperature, a somewhat less favorable filling, however, due to the complete gasification of the fuel, a considerable amount improved combustion and thus a significantly reduced Pollutant emissions and a reduction in consumption.

Nach einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorge schlagen, daß die Luft dadurch erhitzt wird, daß sie an einer Mantel fläche des Walzendrehschiebers für den Auslaß vorbeigeführt wird. Hierdurch entfällt eine besondere Heizeinrichtung für die aufzuheizende Luft.According to an embodiment of the inventive method is pre beat that the air is heated by being on a coat surface of the roller valve for the outlet is passed. This eliminates the need for a special heating device for the one to be heated Air.

Weiterhin ist nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Luft unter der Vorlast einer Ladeeinrichtung steht. Zusammen mit einer Ladeeinrich tung und den große Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen ermöglichen den Walzendrehschiebern, kann trotz heißer Luft eine ausgezeichnete Füllung des Motors erreicht werden. Die über die Vorerwärmung der Luft eingebrachte thermische Energie hat keinen nennenswerten Einfluß auf die Leistung des Motors. Sie kann darüber hinaus so gewählt und über geeignete Kühleinrichtungen geregelt werden, daß die Lufttemperatur so optimiert wird, daß möglichst wenig Leistungsverlust im Motor entsteht, andererseits aber die Luft warm genug ist, um eine genügend schnelle vollständige Verdampfung des eingebrachten Treibstoffs zu erreichen. Auf keinen Fall darf hierbei natürlich die Aufheizung der in den Motor einzubringenden Luft so weit erfolgen, daß allein hierdurch bereits eine Zündung eintritt. Auch die nachfolgende Kompression des gesamten Gemisches im Motor darf hierbei keine so große zusätzliche Aufheizung bewirken, daß Zündtemperatur erreicht wird.Furthermore, it is proposed according to the invention that the air under the Preload of a charging device is. Together with a loading device tion and the large inlet and outlet openings allow the rotary rotary valves, can be an excellent despite hot air Filling the engine can be achieved. The one about preheating the air The thermal energy introduced has no significant influence the performance of the engine. It can also be chosen and over suitable cooling devices are regulated so that the air temperature so is optimized so that as little power loss as possible occurs in the engine, on the other hand the air is warm enough to be fast enough to achieve complete evaporation of the introduced fuel. Under no circumstances should the heating of the motor be allowed Air to be introduced so far that just one Ignition occurs. Also the subsequent compression of the whole Mixtures in the engine must not be so much additional heating cause ignition temperature to be reached.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von einem Hubkolbenverbrennungsmotor ausgegangen mit je einem Walzendreh schieber für den Einlaß und den Auslaß, wobei die Walzendrehschieber als die Gase leitende Rohre ausgebildet sind. Hierzu wird vorgeschlagen, daß der Walzendrehschieber für den Auslaß in einem Gehäuse gelagert ist, daß einerseits einen Außenluftanschluß und andererseits mindestens während der Einlaßphase eine Verbindung mit dem Inneren des Walzen drehschiebers für den Einlaß aufweist, wobei der Motor eine Einspritz düse für den Treibstoff aufweist. Zur Durchführung des erfindungsge mäßen Verfahrens sind also nur geringe bauliche Änderungen an den bekannten, über Walzendrehschieber gesteuerten Motoren erforderlich.To carry out the method according to the invention, a Reciprocating piston internal combustion engine started with one roller turn each slide for the inlet and the outlet, with the roller rotary valve when the gases are formed as pipes. It is proposed that that the roller valve for the outlet is stored in a housing is that on the one hand an outside air connection and on the other hand at least during the inlet phase a connection with the inside of the roller Rotary valve for the inlet, the engine having an injection nozzle for the fuel. To carry out the fiction According to the process, there are only minor structural changes to the known motors controlled by rotary rotary valves required.

Ausgestaltend wird nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Verbindung des Gehäuses mit dem Schieber für den Einlaß axial zum genannten Schieber vorgesehen ist. Hierdurch kann z.B. im Inneren des Schiebers immer ein bestimmter Ladedruck aufrecht erhalten werden, wodurch die Füllung des Motors verbessert werden kann.It is proposed according to the invention that the Connection of the housing with the slide for the inlet axially to called slider is provided. This can e.g. inside the A certain boost pressure can always be maintained, which can improve the filling of the engine.

Schließlich ist nach der Erfindung noch vorgeschlagen, daß die Einspritz düse so angeordnet ist, daß eine Direkteinspritzung erfolgen kann. Hierdurch wird die Steuerung des Einspritzzeitpunktes erleichtert und eine bessere Vergasung erreicht.Finally, it is proposed according to the invention that the injection nozzle is arranged so that direct injection can take place. This simplifies the control of the injection timing and achieved better gasification.

Die Erfindung soll nun anhand der Zeichnungen, die ein Ausführungs beispiel zeigen, näher erläutert werden. The invention will now refer to the drawings, which are an embodiment show example, are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Querschnitt durch einen Zylinder mit Zylinderkopf und Walzendrehschiebern eines erfindungsgemäßen Motors, Fig. 1 cross section of an engine according to the invention by a cylinder with the cylinder head and roller rotary valves,

Fig. 2 Schematische Darstellung in Ansicht A nach Fig. 1, Fig. 2 shows a schematic representation in view A of FIG. 1,

Fig. 3 und 4 Drehwinkelstellungen der Schieber. FIGS. 3 and 4 angular positions of the slide.

Der erfindungsgemäße Motor ist im wesentlichen in bekannter Bauart aufgebaut. In einem Zylinder 13 eines Motors ist in bekannter Weise ein Kolben 14 geführt, der gegenüber der Zylinderwandung mittels der Kolbenringe 16 abgedichtet ist. Die Bewegung des Kolbens wird in bekannter Weise mittels eines Pleuels 15 auf eine nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen.The motor according to the invention is essentially constructed in a known design. A piston 14 , which is sealed off from the cylinder wall by means of the piston rings 16, is guided in a cylinder 13 of an engine in a known manner. The movement of the piston is transmitted in a known manner by means of a connecting rod 15 to a crankshaft, not shown.

Im als Gehäuse ausgebildeten Zylinderkopf 8 sind in ebenfalls bekannter Weise die Walzendrehschieber 2 für den Auslaß und 3 für den Einlaß drehbar gelagert. Die Lagerung selbst und der Antrieb der Walzendreh schieber ist, da bekannt, nicht mehr dargestellt. Das Gehäuse 8 bildet über dem Kolben 14 einen Verbrennungsraum 1. Eine im Gehäuse 8 angeordnete Öffnung 6 und 7, jeweils für den Auslaß und Einlaß bezeichnet an unterschiedlichen Zylindern, verbindet den Verbren nungsraum 1 über entsprechende, radial gerichtete aber nicht näher bezeichnete Öffnungen in den Walzendrehschiebern 2 und 3 mit dem jeweiligen Inneren 11 der genannten Schieber.In the cylinder head 8 designed as a housing, the rotary roller valves 2 for the outlet and 3 for the inlet are also rotatably mounted in a known manner. The storage itself and the drive of the roller rotating slide is, since known, no longer shown. The housing 8 forms a combustion chamber 1 above the piston 14 . An arranged in the housing 8 opening 6 and 7 , each designated for the outlet and inlet on different cylinders, connects the combustion chamber 1 via corresponding, radially directed but unspecified openings in the rotary rotary valves 2 and 3 with the respective interior 11 of said slider .

Die Mantelfläche 4 des Walzendrehschiebers 2 für den Auslaß ist in weiten Bereichen umgeben von einem Hohlraum 17 der über eine Verbindung 10 mit dem Walzendrehschieber 3 für den Einlaß 7 verbunden ist. Weiterhin ist der Hohlraum 17 über einen Außenluftanschluß 9 mit einer Ladeeinrichtung 5 verbunden die nur schematisch dargestellt ist. The outer surface 4 of the rotary valve 2 for the outlet is largely surrounded by a cavity 17 which is connected via a connection 10 to the rotary valve 3 for the inlet 7 . Furthermore, the cavity 17 is connected via an outside air connection 9 to a charging device 5 which is only shown schematically.

Die Verbindung 10 führt in der Ausführungsform nach Fig. 2 an eine Stirnseite des Walzendrehschiebers 3 für den Einlaß. Es ist weiter im Zylinderkopf 8 eine Einspritzdüse 12 vorgesehen, die von einer Einspritzpumpe 18 mit Treibstoff aus dem Tank 19 versorgt wird. Kühlrippen 20 sorgen in bekannter Weise für eine ausreichende Kühlung des gesamten Motors.In the embodiment according to FIG. 2, the connection 10 leads to an end face of the rotary slide valve 3 for the inlet. An injection nozzle 12 is also provided in the cylinder head 8 and is supplied with fuel from the tank 19 by an injection pump 18 . Cooling fins 20 ensure sufficient cooling of the entire motor in a known manner.

Während des Betriebes des Motors heizt sich durch das heiße Abgas der Walzendrehschieber 2 und damit auch dessen Mantelfläche 4 auf. Für die Füllung und Aufladung des Motors wird daher über die Ladeeinrichtung 5 Frischluft angesaugt, komprimiert und über den Außenluftanschluß 9 in den Hohlraum 17 geführt, so daß die von der Ladeeinrichtung 5 ankommende Luft mit der Mantelfläche 4 des Walzendrehschiebers 2 in Kontakt kommt und sich hierbei erwärmt. Die Erwärmung auf die gewünschte Temperatur erfolgt hierbei sehr rasch, weil eine erste Erwärmung bereits durch die Kompression in der Ladeeinrichtung 5 erfolgt ist. Die erwärmte Luft verläßt nun über die Verbindung 10 den Hohlraum 17, kann hier bei Bedarf noch einmal komprimiert werden und wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zu einer Stirnseite des Walzendrehschiebers 3 für den Einlaß geführt und füllt hierdurch das gesamte Innere 11 des Walzendrehschiebers 3 mit Luft unter dem Ladedruck der Ladeeinrichtung 5 auf. Es kann nun direkt nach dem Einlaß oder noch während des Einlasses über die Einspritzdüse 12 Treibstoff in den Verbrennungsraum 1 eingespritzt werden, der in der dort befindlichen warmen Luft sofort verdampft, so daß eine Dispersion vermieden wird. Die Verdampfung kühlt jedoch die vorhandene Luft ab, die damit in ihrem Druck absinkt, so daß die Ladeeinrichtung 5 bei Bedarf sofort weitere Luft nachliefert. Während des Einlasses wird nun nicht mehr wie bisher eine Dispersion eingedrückt oder eingesaugt. Da Walzendrehschieber große Einlaßquerschnitte und lange Einlaßzeiten ermöglichen, ist trotz der vorbeschriebenen Erwärmung der Luft insbesondere dann, wenn eine Ladeeinrichtung 5 verwendet wird, eine mindestens befriedigende Füllung eines solchen Motors möglich. Hierdurch kann ein an sich entstehender Leistungsverlust durch die bessere Verbrennung des im Verbrennungsraum befindlichen Gases mindestens teilweise wieder ausgeglichen werden. Insbesondere aber wird eine vollkommenere Verbrennung und ein deutlich reduzierter Schad stoffausstoß erreicht sowie der Verbrauch gemindert.During operation of the engine, the hot rotary exhaust valve 2 heats up due to the hot exhaust gas and thus also the lateral surface 4 thereof. For the filling and charging of the engine, fresh air is therefore sucked in via the charging device 5 , compressed and guided via the outside air connection 9 into the cavity 17 , so that the air arriving from the charging device 5 comes into contact with the lateral surface 4 of the rotary rotary valve 2 and thereby warmed up. The heating to the desired temperature takes place very quickly here, because a first heating has already taken place through the compression in the charging device 5 . The heated air now leaves the cavity 17 via the connection 10 , can be compressed here again if necessary and in the exemplary embodiment according to FIG. 2 is guided to an end face of the rotary rotary valve 3 for the inlet and thereby fills the entire interior 11 of the rotary rotary valve 3 Air under the charge pressure of the charging device 5 . Directly after the inlet or even during the inlet, fuel can be injected into the combustion chamber 1 via the injection nozzle 12 , which immediately evaporates in the warm air there, so that dispersion is avoided. However, the evaporation cools the existing air, which thus drops in pressure, so that the charging device 5 immediately supplies more air if necessary. During the admission, a dispersion is no longer pressed in or sucked in as before. Since rotary rotary valves allow large inlet cross-sections and long inlet times, an at least satisfactory filling of such an engine is possible despite the above-described heating of the air, especially when a charging device 5 is used. As a result, an inherent loss of power due to the better combustion of the gas in the combustion chamber can be at least partially compensated for. In particular, however, a more complete combustion and a significantly reduced pollutant emissions are achieved and consumption is reduced.

List of reference numerals used 1 combustion chamber
2 roller rotary valve outlet
3 roller rotary valve inlet
4 lateral surface of the rotary rotary valve outlet
5 loading device
6 outlet
7 inlet
8 housing
9 Outside air connection
10 connection
11 Inside the slide
12 injector
13 cylinders
14 pistons
15 connecting rods
16 piston rings
17 cavity
18 injection pump
19 tank
20 cooling fins
21 candle

Claims

1. A method for filling a reciprocating internal combustion engine, in which the inlet and outlet are each controlled by a rotary valve and the rotary valve are designed as the gas-conducting tubes, characterized in that air is heated and placed in the combustion chamber ( 1 ), whereupon fuel in the heated air is injected and thereby gasified.

2. The method at least according to claim 1, characterized in that the air is heated in that it is guided past an outer surface ( 4 ) of the rotary rotary valve ( 2 ) for the outlet ( 6 ).

3. The method according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that the air is under the preload of a charging device ( 5 ).

4. Reciprocating internal combustion engine for performing the method according to at least one of claims 1 to 3, each with a rotary rotary valve for the inlet and the outlet, wherein the rotary rotary valve are designed as the gas-conducting tubes, characterized in that the rotary valve ( 2 ) for the outlet ( 6 ) is mounted in a housing ( 8 ) which on the one hand has an outside air connection ( 9 ) and on the other hand has a connection ( 10 ) to the inside of the rotary rotary valve ( 3 ) for the inlet ( 7 ) at least during the inlet phase, whereby the engine has an injection nozzle ( 12 ) for the fuel.

5. Motor according to claim 4, characterized in that the connection ( 10 ) of the housing ( 8 ) with the slide ( 3 ) for the inlet ( 7 ) is provided axially to said slide ( 3 ).

6. Engine according to at least one of claims 4 and 5, characterized in that the injection nozzle ( 12 ) is arranged so that a direct injection can take place.