DEP0037029DA

DEP0037029DA - Internal combustion engine

Info

Publication number: DEP0037029DA
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr.-Ing. Alt
Original assignee: Auto Union AG, Ingolstadt
Publication date: 1950-08-03

Description

Bekannt sind Brennkraftmaschinen, bei denen der Brennstoff auf den Kolbenboden aufgespritzt und das Gemisch durch eine Zündkerze gezündet wird. Bei Teillast- und Leerlaufbetrieb und damit Verringerung der eingespritzten Brennstoffmenge wird die Zündfähigkeit des Gemisches naturgemäß schlechter, und es wird erstrebt, dieser Verschlechterung durch Schichtung der Ladung zu begegnen, indem beispielsweise in der Umgebung der Zündkerze ein Gemisch angesammelt wird, dessen Brennstoffanteil für die Zündung günstiger ist als an deren Stellen des Zylinderraumes. Zum Erreichen dieser Schichtung ist schon vorgeschlagen worden, von einer an einem Zylinderrand sitzenden Düse aus bei Vollast den Kraftstoff fächerförmig über den ganzen Verbrennungsraum zu verteilen, dagegen bei Teillast den Fächer immer mehr zusammenzuziehen, bis schliesslich bei Leerlauf nur noch ein kleiner Teil des Verbrennungsraumes mit Brennstoff gesättigt wird. Der Bau derartiger Düsen, die je nach der Einspritzmenge die Strahlverteilung ändern, bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten.Internal combustion engines are known in which the fuel is sprayed onto the piston crown and the mixture is ignited by a spark plug. With partial load and idling operation and thus a reduction in the amount of fuel injected, the ignitability of the mixture naturally deteriorates, and efforts are made to counteract this deterioration by stratifying the charge, for example by collecting a mixture in the vicinity of the spark plug, the proportion of which is fuel for ignition is cheaper than at their locations in the cylinder space. To achieve this stratification, it has already been proposed to distribute the fuel in a fan shape over the entire combustion chamber from a nozzle located on the edge of a cylinder at full load, but to contract the fan more and more at partial load until finally only a small part of the combustion chamber is left with idle Fuel becomes saturated. However, the construction of such nozzles, which change the jet distribution depending on the injection quantity, presents considerable difficulties.

Die Erfindung schafft eine Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und Aufspritzen des Brennstoffes auf den Kolben, und das Neue besteht darin, dass bei Teillast der Einspritzzeitpunkt gegenüber Vollast weitgehend verstellt wird, und hierdurch der Brennstoffstrahl den Kolben in einer gegenüber Vollast veränderten Stellung im Zylinder beaufschlagt, so dass der unter einem geänderten Ausfallwinkel zurückgeworfene Strahl sich in Nähe der Zündkerze ansammelt oder der aufgespritzte Strahl nur einen durch den Kolben von dem übrigen Zylinderraum abgetrennten, in seinen Ab- messungen kleineren Zylinderraum bestreicht. Dadurch wird in einfacher Weise eine Schichtung der Ladung erreicht und damit bei Teillast eine einwandfreie Zündung des Brennstoffgemisches gewährleistet, wobei gleichzeitig der übliche einfache Aufbau der Brennstoffdüse beibehalten wird.The invention creates an internal combustion engine with spark ignition and spraying of the fuel onto the piston, and what is new is that at part load the injection time is largely adjusted compared to full load, and as a result the fuel jet acts on the piston in a position in the cylinder that has changed compared to full load, so that the jet that is reflected at a changed projection angle collects in the vicinity of the spark plug or the sprayed jet is only separated from the rest of the cylinder chamber by the piston and measurements of the smaller cylinder space. As a result, a stratification of the charge is achieved in a simple manner and thus a perfect ignition of the fuel mixture is ensured at partial load, while at the same time the usual simple structure of the fuel nozzle is retained.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Gedankens dient ein Kolben, dessen Boden eine Prallfläche aufweist, die den Brennstoffstrahl bei Verstellung des Einspritzpunktes und bei oberhalb der unteren Totpunktlage befindlichen Kolben in den die Zündkerze umgebenden Raum zurückwirft.To implement the idea according to the invention, a piston is used, the bottom of which has an impact surface which throws the fuel jet back into the space surrounding the spark plug when the injection point is adjusted and the piston is above the bottom dead center.

Nach der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Prallfläche mit der Brennstoffstrahlachse einen Winkel bildet, der sich mit der Lage des Kolbens im Zylinder ändert. Der Vorteil ist hierbei der, dass beispielsweise in Nähe der unteren Totpunktlage der auftreffende Strahl von dem Kolben derart zurückgeworfen wird, dass sich der Brennstoff gleichmässig über den gesamten Zylinderraum verteilt, während in einer höheren Stellung des Kolbens, die bei Teillastbetrieb einem späteren Einspritzen des Brennstoffes entspricht, der Strahl unter einem anderen Winkel auf den Kolben auftrifft und dementsprechend so zurückgeworfen wird, dass er sich mit der unmittelbar die Zündkerze umgebenden Luft vermischt und hier, selbst bei kleinsten Einspritzmengen, noch für eine gute Zündung des Gemisches sorgt.According to the invention it is provided that the impact surface forms an angle with the fuel jet axis which changes with the position of the piston in the cylinder. The advantage here is that, for example, in the vicinity of the bottom dead center position, the impinging jet is thrown back by the piston in such a way that the fuel is evenly distributed over the entire cylinder space, while in a higher position of the piston, the later injection of the fuel during partial load operation corresponds, the jet hits the piston at a different angle and is accordingly thrown back in such a way that it mixes with the air immediately surrounding the spark plug and here, even with the smallest injection quantities, still ensures good ignition of the mixture.

Mit besonderem Vorteil bilden dabei die Prallflächen einen im Querschnitt trapezförmigen Kolbenbodenaufsatz. An diesen Aufsatz lassen sich an der Schrägfläche des trapezförmigen Teiles durch Abrundung der Zusammenschlussstellen und durch Änderung des Steigungswinkels eine Vielzahl Prallflächenabschnitte ausbilden, die jede für sich einen anderen Ausfallwinkel des Brennstoffstrahles ergeben, so dass sich damit bei jeder zugemessenen Brennstoffmenge eine zweckentsprechende Schichtung der Ladung erreichen lässt.The baffle surfaces particularly advantageously form a piston head attachment with a trapezoidal cross-section. On this attachment, a large number of impact surface sections can be formed on the inclined surface of the trapezoidal part by rounding off the joining points and by changing the angle of inclination, each of which results in a different projection angle of the fuel jet, so that an appropriate stratification of the charge is achieved with each metered amount of fuel leaves.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Prallfläche als Kolbenbodenstufe ausgebildet, die in den oberen Totpunktstellungen des Kolbens von einem gesonderten Raum des Zylinders aufgenommen wird. Durch dieses Abschliessen eines kleinen Teilraumes wird damit in jedem Falle, auch bei geringsten Brennstoffmengen, ein zündfähiges Gemisch erreicht, und ausserdem erhält der Kolben eine verhältnismäßig einfache Ausbildung, da sich die Stufe oder eine sonstige Erhebung leicht herstellen lässt.According to a further embodiment of the invention, the baffle surface is designed as a piston bottom step, which is received in a separate space of the cylinder in the top dead center positions of the piston. By closing off a small sub-space, an ignitable mixture is achieved in any case, even with the smallest amounts of fuel, and the piston is also relatively simple in design, since the step or other elevation can be easily produced.

Hierbei ist dann schliesslich bei der Erfindung noch vorgesehen, dass in dem gesonderten Raum des Zylinderkopfes Zündkerze und Einspritzdüse untergebracht sind.Finally, the invention also provides for the spark plug and injection nozzle to be accommodated in the separate space of the cylinder head.

Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an vier Ausführungsbeispielen, und zwar zeigt:The drawing illustrates the invention in four exemplary embodiments, namely shows:

Abb. 1 schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine im Schnitt bei unterer Totpunktlage des Kolbens,Fig. 1 a schematic representation of an internal combustion engine in section with the bottom dead center position of the piston,

Abb. 2 die gleiche Maschine bei gegenüber Abb. 1 um 90 Grad verschobener Totpunktlage,Fig. 2 shows the same machine with the dead center position shifted by 90 degrees compared to Fig. 1,

Abb. 3 schematische Darstellung mit gegenüber Abb. 1 geänderter Ausbildung und unterer Totpunktlage des Kolbens,Fig. 3 Schematic representation with a different design compared to Fig. 1 and bottom dead center position of the piston,

Abb. 4 die gleiche Maschine mit einer gegenüber Abb. 3 verschobenen Kolbenlage.Fig. 4 shows the same machine with a piston position displaced compared to Fig. 3.

Nach den Abb. 1 und 2 enthält der Zylinderkopf 1 einer Brennkraftmaschine 2 neben einer Einspritzdüse 3 eine Zündkerze 4. Ein Kolben 5 ist im Querschnitt gesehen, mit einer trapezförmigen Erhöhung 6 ausgestattet, wobei die Schrägseite 7 des Trapezes mit Ausrundungen 8 und 9 in die Anschlussflächen übergeht. Auf diese Schrägfläche 7 trifft der Brennstoffstrahl 10 der Düse 3, die an eine Pumpe 11 mit Reglerstange 12 zum Einstellen der Einspritzmenge und zugehörigem Handstellhebel 13 angeschlossen ist.According to Figs. 1 and 2, the cylinder head 1 of an internal combustion engine 2 contains an injection nozzle 3 and a spark plug 4. A piston 5 is seen in cross section, equipped with a trapezoidal elevation 6, the inclined side 7 of the trapezoid with fillets 8 and 9 in the Connecting surfaces passes. This inclined surface 7 is hit by the fuel jet 10 of the nozzle 3, which is connected to a pump 11 with a regulator rod 12 for setting the injection quantity and the associated manual lever 13.

Vom Handstellhebel 13 führt ein Gestänge 14 zu einem Einspritzzeitpunktversteller 15, der somit in Abhängigkeit von der Einspritzmenge des Einspritzzeitpunkt verstellt.A linkage 14 leads from the manual control lever 13 to an injection timing adjuster 15, which thus adjusts the injection timing as a function of the injection quantity.

Der auf den oberen Abschnitt der Trapezseite 7 auffallende Brennstoffstrahl 10 wird nach Abb. 1 als Fächer 16 über den Zylinderraum gleichmäßig verteilt und somit bei Vollastbetrieb ein gutes, zündfähiges Gemisch gewährleistet. Beim Verstellen der Reglerstange 12 gemäß Abb. 2 und damit erfolgtem Umschalten auf Teillast oder Leerlauf und entsprechend späterer Einspritzung des Brennstoffes trifft der Strahl 10a auf eine mittlere Stelle 17 der Schrägfläche 7. Damit wird der Einfallswinkel des Brennstoffstrahles 10a geändert, der Ausfallwinkel gleichfalls geändert und zwar dahingehend, dass ein mehr spitzkegelförmiger Fächer 16a entsteht, der sich auf den die Zündkerze 4 umgebenden Raum konzentriert und hier ein zündfähiges Gemisch mit der Verbrennungsluft bildet.The fuel jet 10 striking the upper section of the trapezoidal side 7 is evenly distributed over the cylinder space as a fan 16 as shown in FIG. 1, thus ensuring a good, ignitable mixture when operating at full load. When adjusting the control rod 12 according to Fig. 2 and thus switching to partial load or idling and corresponding later injection of the fuel, the jet 10a hits a central point 17 of the inclined surface 7. This changes the angle of incidence of the fuel jet 10a, the angle of emergence also changes and to the extent that a more pointed cone-shaped fan 16a arises, which is concentrated in the space surrounding the spark plug 4 and here forms an ignitable mixture with the combustion air.

Nach den Abb. 3 und 4 ist die Anordnung der nichtdargestellten Einspritzpumpe und des Einspritzzeitpunktverstellers die gleiche, wie in den Abb. 1 und 2. Hier ist ein Kolben 6b mit einem stufenförmigen Ansatz 18 versehen, der bei Vollastbetrieb, wie dies Abb. 3 veranschaulicht, auf den Brennstoffstrahl 10b keinen wesentlichen Einfluss ausübt, sondern mit der übrigen Kolbenfläche diesen über den ganzen Zylinderraum gleichmäßig verteilt.According to Figs. 3 and 4, the arrangement of the injection pump (not shown) and the injection timing adjuster is the same as in Figs. 1 and 2. Here, a piston 6b is provided with a stepped projection 18 which, when operating at full load, as shown in Fig. 3 , exerts no significant influence on the fuel jet 10b, but rather it is evenly distributed over the entire cylinder space with the rest of the piston surface.

Bei Teillast oder Leerlast dagegen und entsprechend späterem Einspritzen des Brennstoffes bildet die Stufe 18 den unteren Abschluss einer im Zylinderkopf 1b vorgesehenen taschenförmigen Erweiterung 19, in der durch dieses Abschliessen auch bei kleinster Menge ein zündfähiges Gemisch dadurch entsteht, dass der Brennstoffstrahl 10b als geschlossener fächerförmiger Kegel gegen den die Zündkerze 4b umgebenden Raum geworfen wird, wodurch auch bei kleinsten Einspritzmengen und insbesondere bei Zweitaktmotoren ein zündfähiges Gemisch und damit ein einwandfreier Leerlauf erzielt wird.In the case of partial load or idle load, however, and correspondingly later fuel injection, the stage 18 forms the lower end of a pocket-shaped extension 19 provided in the cylinder head 1b, in which this closure creates an ignitable mixture, even with the smallest amount, in that the fuel jet 10b is a closed fan-shaped cone is thrown against the space surrounding the spark plug 4b, whereby an ignitable mixture and thus a perfect idling is achieved even with the smallest injection quantities and in particular with two-stroke engines.

Claims

1. Internal combustion engine with external ignition and spraying of the fuel jet onto the piston, in which the injection timing is adjustable compared to full load at partial load, characterized in that the injection nozzle and the spark plug are arranged in the cylinder head or in a cylinder chamber with smaller dimensions in a separate cylinder chamber from the rest of the cylinder chamber are that from a certain piston position above the bottom dead center position, the sprayed fuel jet is thrown back in the vicinity of the spark plug.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the bottom of the piston has a special baffle which is approximately parallel to the cylinder head wall receiving the spark plug and the injection nozzle.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the impact surface forms an angle with the fuel jet axis which changes with the position of the piston in the cylinder.

4. Internal combustion engine according to claims 2 and 3, characterized in that the baffles form a trapezoidal piston attachment in cross section.

5. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the baffle surface is designed as a piston bottom step which is received in the upper piston positions by a separate space of the cylinder.

6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the spark plug and the injection nozzle are provided in the separate space of the cylinder head.