DEP0026239DA

DEP0026239DA - Internal combustion engine with an electric ignition device

Info

Publication number: DEP0026239DA
Authority: DE
Inventors: Wytze Voorburg Beye Smits; Reinier Voorburg Snel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-03-01

Description

Bisher hatten Brennkraftmaschinen, die mit elektrischer Zündung arbeiten, ein Kompressionsverhältnis von höchstens 1 : 10. Höhere Kompressionsverhältnisse führten zu Störungen in der Zündung und bei der Verbrennung. Insoweit die Zündung in Frage kommt, werden die Störungen dadurch bewirkt, dass die zur Erzeugung einer Entladung nötige Spannung erheblich zunimmt, wenn der Druck des Gemisches, das zu entzünden ist, zunimmt. Um einen wirksamen Zündfunken bei einem über 16 Atm liegenden Druck zu erhalten, müssen Spannungen verwendet werden, die sehr hoch sind und infolgedessen eine elektrische Installation benötigen, bei welcher die Hochspannungswicklungen, der Verteiler, die Isolation der Hochspannungskabel und die äusseren Isolatoren der Zündkerzen sehr grosse Abmessungen und einen komplizierten Aufbau aufweisen, um unerwünschte elektrische Entladungen und Störungen der Isolation zu verhüten. Eine solche In- stallation ist sehr kostspielig und namentlich auch verletzbar.Up to now, internal combustion engines that work with electrical ignition had a compression ratio of at most 1:10. Higher compression ratios led to malfunctions in the ignition and in the combustion. In so far as ignition is concerned, the disturbances are caused by the fact that the voltage required to generate a discharge increases considerably when the pressure of the mixture that is to be ignited increases. In order to obtain an effective ignition spark at a pressure above 16 atm, voltages must be used that are very high and consequently require an electrical installation in which the high-voltage windings, the distributor, the insulation of the high-voltage cables and the external insulators of the spark plugs are very large Have dimensions and a complicated structure in order to prevent undesirable electrical discharges and faults in the insulation. Such an in- Installation is very costly and especially vulnerable.

Elektrische Einrichtungen dieser Art wären insbesondere für Maschinen von geringerer Stärke vollkommen ungeeignet.Electrical devices of this type would be completely unsuitable, especially for machines of lower power.

Die Erhöhung des Kompressionsverhältnisses ist jedoch zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades und des Leistungsgewichtes der Maschine wesentlich.However, increasing the compression ratio is essential to improve the thermal efficiency and power to weight ratio of the machine.

Brennkraftmaschinen, die ein beträchtliches Kompressionsverhältnis aufweisen, sind bereits bekannt. So werden beispielsweise in Dieselmaschinen Drücke von 35-40 Atm. am Ende der Kompression verwendet. Diese hohen Drücke sind erforderlich, um die Selbstzündung herbeizuführen. Dieselmaschinen haben den Nachteil, dass die Zündung des Brennstoffes vollständig von der am Ende des Kompressionshubes erreichten Temperatur abhängt. Bei Undichtheiten, z.B. infolge des Verklemmens von Kolbenringen, oder infolge von undichten Ventilen, fällt die am Ende der Kompression erreichte Temperatur unter 450°C, wodurch die Entzündung fraglich wird und der Motor unregelmässig zu laufen beginnt. Stärkere Maschinen sind diesen Einflüssen weniger unterworfen als schwächere, da bei denselben das Verhältnis der kühlenden Oberfläche und des Volumens günstiger ist.Internal combustion engines that have a significant compression ratio are already known. In diesel engines, for example, pressures of 35-40 Atm. used at the end of compression. These high pressures are required to cause auto-ignition. Diesel engines have the disadvantage that the ignition of the fuel depends entirely on the temperature reached at the end of the compression stroke. In the event of leaks, e.g. as a result of the jamming of piston rings or leaky valves, the temperature reached at the end of the compression falls below 450 ° C, which makes the ignition questionable and the engine starts to run irregularly. Stronger machines are less subject to these influences than weaker ones, since the ratio of the cooling surface and the volume is more favorable with them.

Das ist der Grund, weshalb die Anwendung des Dieselprinzips auf Maschinen kleinerer Stärke Schwierigkeiten verursacht, und weshalb seine Anwendung auf Maschinen sehr geringer Abmessungen selten ist. Ein anderer Nachteil derThis is the reason why the application of the diesel principle to machines of smaller size causes difficulties and why its application to machines of very small dimensions is rare. Another disadvantage of the

Dieselmaschinen ist, dass die Art der Zündung und Verbrennung zu einer beträchtlichen Erhöhung des Druckes pro Grad Kurbelwinkel führt (Klopfen). Diese Erhöhungen des Druckes führen zu mechanischen Schlägen, hohen Beanspruchungen und erheblichem Lärm.Diesel engines is that the type of ignition and combustion leads to a considerable increase in pressure per degree of crank angle (knocking). These increases in pressure lead to mechanical shocks, high loads and considerable noise.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun die Schaffung einer Brennkraftmaschine, bei der die Vorteile der Dieselmaschine und diejenigen einer mit elektrischer Zündung versehenen Maschine kombiniert, aber die oben erwähnten Nachteile vermieden werden. Die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass ihr Kompressionsverhältnis höher als 1 : 10, aber niedriger als der Wert ist, bei welchem die Zündung ausschliesslich durch die Kompressionswärme erfolgt, und dass die Zündung durch eine Gleitfunkenzündkerze mit kriechender Entladung, und vermittels eines Kondensators erfolgt. Bei der Entladung werden unter 3000 Volt liegende Spannungen verwendet. Der Kondensator wird periodisch über die erwähnte Zündkerze entladen. Es ist festgestellt worden, dass die Zündung, welche durch die Entladung eines Kondensators über eine Gleitfunkenzündkerze bei verhältnismässig niedriger Spannung erfolgt, durch den Druck innerhalb des Verbrennungsraumes nicht in nennenswertem Masse beeinflusst wird. Um somit den Wirkungsgrad und die Leistung der Maschine zu erhöhen, ist es ohne Schwierigkeit möglich, das Kompressionsverhältnis auf einen Wert von z.B. 1 : 15 zu erhöhen, bei welchem gerade noch keine Selbstzündung erfolgt. In diesem Falle hängt das höchst zulässige Kompressionsverhältnis von der Form des Verbrennungsraumes und dem verwendeten Brennstoff ab.The present invention now aims to provide an internal combustion engine in which the advantages of the diesel engine and those of an electric ignition engine are combined, but the disadvantages mentioned above are avoided. The internal combustion engine according to the invention is characterized in that its compression ratio is higher than 1:10, but lower than the value at which ignition takes place exclusively through the heat of compression, and that ignition takes place by means of a sliding spark spark plug with creeping discharge and by means of a capacitor. When discharging, voltages below 3000 volts are used. The capacitor is periodically discharged via the spark plug mentioned. It has been found that the ignition, which takes place through the discharge of a capacitor via a sliding spark spark plug at a relatively low voltage, is not influenced to any significant extent by the pressure within the combustion chamber. In order to increase the efficiency and the performance of the machine, it is possible without difficulty to increase the compression ratio to a value of e.g. 1:15 at which there is just no self-ignition. In this case, the maximum compression ratio depends on the shape of the combustion chamber and the fuel used.

Die Verbrennung des Brennstoffes, der gemäss der Erfindung entzündet wird, ist in geringem Masse von der am Ende des Kompressionshubes erreichten Temperatur abhängig und reagiert infolgedessen auch nicht stark auf Undichtheiten. Auf Grund der Erfindung können nun kleine Maschinen mit Gasöleinspritzung praktisch verwirklicht werden. Die Entzündung in denselben lässt sich leicht regulieren.The combustion of the fuel that is ignited according to the invention is slightly dependent on the temperature reached at the end of the compression stroke and consequently does not react strongly to leaks. On the basis of the invention, small machines with gas oil injection can now be put into practice. The inflammation in them is easy to regulate.

Die Zündung mittels einer kriechenden Entladung wird im Gegensatz zu der üblichen Hochspannungsentladung durch Anbringung einer Kohleschicht zwischen den Elektroden der Zündkerze verbessert. Aus diesem Grunde ist es zweckmässig, den Brennstoff so einzuspritzen oder einzuführen, dass er unmittelbar gegen die Zündkerze oder ihre unmittelbare Umgebung gerichtet ist.The ignition by means of a creeping discharge is improved in contrast to the usual high-voltage discharge by applying a carbon layer between the electrodes of the spark plug. For this reason, it is advisable to inject or introduce the fuel in such a way that it is aimed directly at the spark plug or its immediate vicinity.

Der Gegenstand der Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert werden, in welcher ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt ist.The object of the invention will now be explained with reference to the accompanying drawing, in which an embodiment is shown schematically.

In der Zeichnung bezeichnet 1 die Zylinderwand einer Brennkraftmaschine. Der Zylinder ist oben durch den Zylinderkopf 2 abgeschlossen, in welchen ein Auslassventil 3 und ein Lufteinlassventil 4 eingebaut sind. Im Zylinder 1 ist der Kolben 5 hin- und herbeweglich geführt. In der Zylinderwand 1 ist eine Gleitfunkenzündkerze 6 angebracht, die mit einer gleitenden oder kriechenden Entladung arbeitet und bei unter 3000 Volt liegenden Spannungen verwendet werden kann. Die Zündkerze 6 ist an einen nicht dargestellten Kondensator angeschlossen, der sich periodisch über die frag- liche Zündkerze entlädt. In der Zylinderwand 1 ist auch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 7 angeordnet, die von an sich bekannter Bauart ist und deshalb nicht näher beschrieben wird. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 7 und die Zündkerze 6 sind einander gegenüberliegend derart angeordnet, dass der eingespritzte Brennstoff gegen die Zündkerze 6 gerichtet ist. Die Ausbildung der Zylinderwand 1, des Kolbens 5 und des Zylinderkopfes 2 ist derart, dass das Kompressionsverhältnis der Maschine über 1 : 10 beträgt, aber kleiner ist als der Wert, bei welchem die Zündung ausschliesslich durch die Kompressionswärme herbeigeführt wird.In the drawing, 1 denotes the cylinder wall of an internal combustion engine. The cylinder is closed at the top by the cylinder head 2, in which an exhaust valve 3 and an air intake valve 4 are installed. In the cylinder 1, the piston 5 is guided so that it can move back and forth. In the cylinder wall 1, a sliding spark spark plug 6 is attached, which works with a sliding or creeping discharge and can be used at voltages below 3000 volts. The spark plug 6 is connected to a capacitor, not shown, which changes periodically over the unloading spark plug. In the cylinder wall 1 there is also arranged a fuel injection device 7, which is of a type known per se and is therefore not described in more detail. The fuel injection device 7 and the spark plug 6 are arranged opposite one another in such a way that the injected fuel is directed towards the spark plug 6. The design of the cylinder wall 1, the piston 5 and the cylinder head 2 is such that the compression ratio of the machine is over 1:10, but less than the value at which the ignition is brought about exclusively by the heat of compression.

Die Erfindung lässt sich offensichtlich auf Zweitakt- und Viertaktmaschinen sowie auf Maschinen mit angesaugtem Brennstoff-Luftgemisch und auf Maschinen mit Brennstoffeinspritzung und andere Maschinen mit elektrischer Zündung anwenden.The invention can obviously be applied to two-stroke and four-stroke engines as well as to machines with an aspirated fuel-air mixture and to machines with fuel injection and other machines with electrical ignition.

Claims

1) Internal combustion engine with an electrical ignition device, characterized in that each cylinder cover and each piston are designed in such a way that the compression ratios of the machine are higher than 1:10, but lower than the value at which ignition takes place exclusively through the heat of compression, and that the ignition device has one or more sliding spark spark plugs with creeping discharge at voltages below 3000 volts and at least one capacitor which is periodically discharged via this spark plug or spark plugs.

2) Internal combustion engine according to claim 1 which works with fuel injection, characterized in that the fuel is injected in the direction of the spark plug.