DEP0037413DA - Mixture-compressing internal combustion engine with spark ignition and with introduction and atomization of the fuel by compressed air - Google Patents
Mixture-compressing internal combustion engine with spark ignition and with introduction and atomization of the fuel by compressed airInfo
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Description
und Zerstäubung desand atomization of the
Kraftstoffes durch Druckluft«Fuel by compressed air «
Die Erfindung bezieht sich auf die ülinführung und Zerstäubung des Kraftstoff es_ in ä±e Arbeitszylinder, von. Zweitakt- und Viertaktft"nf insbesondere fur Jahr—j aeuge-f Bekannt ist die Einführung und Zerstäubung des Ben· zins in den Arbeitszylinder mit Hilfe einer Einspritzpumpe und einer Einspritzdüse bei hohem Brück des Kraftstoffes«,The invention relates to the atomization of the fuel and ülinführung es_ in ä ± e working cylinder, of. Two-stroke and Viertaktft "n f especially for year-j aeuge-f known is the introduction and atomization of the Ben · interest, into the working cylinder with the aid of an injection pump and an injection nozzle at a high bridge of the fuel"
G-emäss der Erfindung soll für die Einführung und Zerstäubung des Kraftstoffes Luft von einem bestimmten Ueber— druck verwendet werden, Der Kraftstoff wird dabei für jeden Hub abgemessen von einer regelbaren Kraftstoffpumpe dem Arbeitszylinder geliefert, indem er dem Einlassorgan für die Druckluft vorgelagert wird. Durch die Zerstäubung des Kraftstoffes mit Hilfe von Druckluft wird dieser insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen und auch beim Anlassen wesentlich besser zerstäubt« Dies ist namentlich bei Fahrzeugmotoren wichtig, da hier bei niedrigen Drehzahlen grosse Motordreh— momente zur Erzielung einer grossen Beschleunigung^ einesAccording to the invention, for the introduction and atomization of the fuel, air of a certain over- pressure can be used, the fuel is measured for each stroke by a controllable fuel pump Working cylinder delivered by being upstream of the inlet member for the compressed air. By atomizing the Fuel with the help of compressed air, this becomes essential especially at low engine speeds and also when starting better atomized «This is particularly important with vehicle engines, since high engine speeds at low engine speeds. moments to achieve a great acceleration ^ a
genügenden Steigvermögens und der Möglichkeit des Langsamfahrens erwünscht sind. Diese ]?oiderung ist nur bei guter Zerstäubung, G-emischbildung und Verbrennung des G-emiSieh.es erreichbar.Sufficient climbing ability and the ability to drive slowly are desirable. This objection is only possible with good ones Atomization, G-emic formation and combustion of the G-emiSie can be achieved.
Durch die Erfindung wird die Verwendung eines besonderen Luftkompreösors für die Verdichtung und Förderung der ISinblaseluft vermieden. Dies wird dadurch erzielt, dass der Arbeitszylinder mit Arbeitskolben selbst als Kompressor zur Verdichtung und Lieferung der ISinblaseluft verwendet wird« Ein Teil der vom Arbeitskolben bei dessen Verdichtungshub verdichteten Zylinderluftladung wird durch ein von einer lockenwelle gesteuertes Auslassventil dem Arbeitszylinder entnommen und in einem Speicherraum bestimmter G-rösse unter I5ruck bis zum nächsten Einblasevorgang aufgespeichert.The invention makes the use of a special air compressor for compression and promotion the I blowing air avoided. This is achieved in that the working cylinder with working piston itself acts as a compressor For the compression and delivery of the air injection is used «Part of that of the working piston during its compression stroke The compressed cylinder air charge is fed to the working cylinder through an outlet valve controlled by a curl shaft removed and stored in a storage space of a certain size under pressure until the next injection process.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird dieses gesteuerte Auslassventil zugleich als gesteuertes Einlassventil für die iiinblaseluft benutzt, indem der Kraftstoff diesem Einblaseventil im Luftspeicherraum vor dem Siriblasevorgang vorgelagert wird«In a further embodiment of the invention, this controlled outlet valve is also used as a controlled inlet valve used for the injection air by putting the fuel in this injection valve in the air storage space before the Siri blowing process is upstream "
Bei Zweitaktmotoren wird nach Auslaßsohluss durch den Abschluss der Auslasskanäle durch den Arbeitskolben oder nach Schliessen der Auslassventile bei Gleichstromspülung der ülinblasebeginn durch Auf steuern des iiinblaseventils gesteuert» Die -S inblas el uf tmenge unter erhöhtem .Druck und mit einem Volumen, das durch die G-rösse des Luftspeichers bedingt ist, reisst den noch flüssigen oder bereits verdampften vorgelagerten Kraftstoff mit in den Zylinderraum hinein und ergibt dadurch eine gute Zerstäubung und Vermischung des Kraftstoffes mit der Zylinderluftladung. Äs Abblaseventil wird nach dem EinblaseVorgang nicht geschlossen, sondernIn two-stroke engines, after the exhaust flow is closed by the working piston closing the exhaust ducts or after the exhaust valves have been closed with direct-current purging, the start of inflation is controlled by opening the inflation valve. The size of the air reservoir entrains the fuel that is still liquid or already vaporized upstream into the cylinder chamber and thus results in good atomization and mixing of the fuel with the cylinder air charge. Äs relief valve is not closed after the E inblaseVorgang but
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bleibt geöffnet, sodass durch die Zunahme des üruekes der durch den aufwärtsgehenden Arbeitskolben immer mehr verdichteten Zylinderluftladung ein Rückströmen von Zylinderluft oder inzwischen gebildetem Kraftstoffluftgemisch in den Speicherraum stattfindet und dieser somit von neuem aufgeladen und gefüllt wird. Bei einer bestimmten Kolbenstellung bezw. Kurbelstellung vor dem Zündzeitpunkt wird das JiJinblase— ventil zugesteuert» Der Speicherdruck ist durch den Zylin— derluftdruck bestimmt, der bei dem Einblaseventilschluss vorhanden ist»remains open, so that the increasing pressure of the working piston caused more and more compression Cylinder air charge a return flow of cylinder air or fuel-air mixture that has formed in the meantime into the Storage space takes place and this is thus recharged and filled again. At a certain piston position respectively Crank position before the ignition point, the JiJin bladder valve is closed »The accumulator pressure is through the cylinder the air pressure that is present at the injection valve closure is determined »
T/ird die Höhe der Äuslasskanäle bei ZweitaktmotorenT / ird is the height of the exhaust ducts in two-stroke engines
beispielsweise 30$ vom Kolbenhub gemacht, so werden diese vomFor example, $ 30 is made from the piston stroke, these are taken from the
ο
Arbeitskolben ungefähr 70 Kuroelwinkel nach der unteren Totpunktstellung zugesteuert. G-leichzeitig wird dabei das
jünblaae ventil auf gesteuert und der Mnblasevorgang beginnt» Das iiinblaseventil wird erst wieder beispielsweise 30
Kurbelwinkel vor oberer Totpunktstellung des .arbeitskolbens geschlossen, sodass der Speicherraum auf einen Druck von
ungefähr 5 ata aufgeladen ist« Das üinbläseventil bleibtο
Working piston closed about 70 Kuroelwinkel after the bottom dead center position. At the same time, the jungle valve is opened and the blow-in process begins "The blow-in valve is only closed again, for example, 30 crank angle before top dead center position of the working piston, so that the storage space is charged to a pressure of around 5 ata" The blow-in valve remains
dabei auf einem Kurbelwinkel von 80 geö'ifnet. Beträgt der Inhalt des Speicherraumes die Hälfte des Verbrennungsraumes bezw. 12% des Hubraumes, so beträgt das Volumen der Mnbla— seluftmenge ungefähr 10$ des Hubraumes« Bei gleicher G-rösse von Speicherraum und Verbrennungsraum mit je ungefähr der Grosse des Hubraumes beträgt das 1/olumen der luftmenge annähernd 20$ vom Hubraum.opened to a crank angle of 80. If the content of the storage space is half of the combustion space, respectively. 12% of the cubic capacity, the volume of the blower air is about 10 $ of the cubic capacity. With the same size of storage space and combustion chamber, each roughly the same size as the cubic capacity, the 1 / volume of the air volume is approximately 20 dollars of the cubic capacity.
Einblasen erfolgt bei Verdi chtungsb eg inn mit einem üruck von ungefähr 5 ata gegen 1 ata im Zylinder, also mit Schallgeschwindigkeit bei diesem überkritischen Iruckverhältnis» Dies ergibt eine gute Zerstäubung und Vermischung auchInjection takes place with a compression of approx. 5 ata against 1 ata in the cylinder, i.e. with Speed of sound at this supercritical pressure ratio »This also results in good atomization and mixing
bei ganz niedrigen Drehzahlen. Der Inhalt und die Wandungen des 3pe ich. er räume s selbst sind durch, die Verdichtungstempe— raturen und die Zylindertemperatur genügend warm, um den Kraftstoff nach seiner Vorlagerung zu verdampfen, üine Verbrennung findet im Speicherraum nicht statt, sodass auch, keine Russbildung oder Verkokung auftreten kanne at very low speeds. The contents and the walls of the 3pe i. The space itself is through, the compression temperatures and the cylinder temperature are warm enough to vaporize the fuel after it has been stored, no combustion takes place in the storage space, so that no soot formation or coking can occur e
Die Zylinderluftladung wird durch die Jüinblasemenge weder vermehrt noch vermindert, da stets dieselbe Luftmenge ein- und ausströmt. Der Arbeitskolben liefert lediglioh die Energie der Druckluft für die Zerstäubung, die einenThe cylinder air charge is neither increased nor decreased by the Jüinblasemenge, since always the same amount of air flows in and out. The working piston only supplies the energy of the compressed air for the atomization, the one
2 Verbrauch an nutzbarem Mitteldruck von ungefähr 0,2 kg/om für eine Luftmenge von je 10f» des Hubraumes beträgtβ 2 Consumption of usable mean pressure of about 0.2 kg / om for an air volume of 10f »of the cubic capacity is β
Bei Mehrzylindermotoren kann jeder Arbeitszylinder einen eigenen Speicherraum haben, der normalerweise im Zylinderkopf angeordnet ist». Ss ist jedoch auch möglich, mehrere Arbeitszylinder mit einem einzigen üpeicherraum in Form einer Verbindlungsleitung zwischen den gesteuerten Sinblaseventilen dieser Zylinder mit gleich grossem Rauminhalt auszustatten, Damit sich keine Ueberschneidungea der Steuerzeiten der verschiedenen Einblaseventile ergeben, können bei Zweitaktmotoren beispielsweise vier Zylinder auf diese Weise zusammengefasst werden« Die Einbläseluftmenge der vier Zylinder wird dabei von jedem Arbeitszylinder jeweils dem in der Zündung nachfolgenden Zylinder zugeführt, sodass die luftmengen in einem wiederkehrenden Wechsel unter den Zylindern ausgetauscht werden*In the case of multi-cylinder engines, each working cylinder can have its own storage space, which is normally in the Cylinder head is arranged ». However, it is also possible to have several working cylinders with a single storage space in Form of a connecting line between the controlled Sinblaseventilen these cylinders with the same volume to equip so that there is no overlap of the control times of the various injection valves, In two-stroke engines, for example, four cylinders can be combined in this way «The amount of injected air the four cylinders are fed from each working cylinder to the cylinder following the ignition, so that the air volumes are exchanged under the cylinders in a recurring change *
Bei Viertakt-Otto-Motoren kann der Einblasebeginn bereits mit dem Saugbeginn des Arbeitskolbena erfolgen und das Einblaseventil wiederum bis kurz vor der Zündung dieses Zylinders geöffnet bleiben, sodass es im ganzen ungefährIn the case of four-stroke Otto engines, the start of injection can take place with the start of suction of the working piston and the injection valve in turn remain open until shortly before the ignition of this cylinder, so that it is roughly as a whole
330° Kurbelwinkel geöffnet ist*330 ° crank angle is open *
Bei Zweitaktmotoren mit der oben beschriebenen Kraftstoffeinblasung kann der Arbeitszylinder mit Luft aus einer Kurbelkastenspülpumpe, einer Kolbenspulpumpe, einem Roots— oder einem Schleudergebläse gespult werden, die zur Erzielung des richtigen G-emisches im Arbeitszylinder mit der Kraft« stoffmenge,, d.h. der Motorbelastung geregelt wird.In two-stroke engines with the fuel injection described above, the working cylinder with air from a Crankcase wash pump, a piston wash pump, a Roots or a centrifugal blower, which are used to achieve the correct mixture in the working cylinder with the amount of fuel, i.e. the engine load.
Das Βinblaseventil kann im Zylinderkopf hängend oder neben dem Zylinder stehend angeordnet werden. 32s kann auch, statt eines Ventils ein anderes Steuerorgan, wie beispielsweise ein Kolben- oder Drehschieber verwendet werden» The inflation valve can be placed hanging in the cylinder head or standing next to the cylinder. 32s, instead of a valve, another control element, such as a piston or rotary slide valve, can be used »
Zur Verlängerung der Bauer der Ventilbewegung zum Zwecke der Erzielung kleinerer Beschleunigungen kann bei Zweitaktmotoren das iiinblaseventil in der Zylinderwand in einem Höhenabstand von etwa 10$ des Kolbenhubes unterhalb der Stellung der steuernden Kolbenkante des Kolbenbodens bei seiner oberen Totpunktstellung angeordnet werden. Dadurch wird der Beginn des Binblasens durch die Ventileröffnung wie bisher gesteuert, das Ende der Aufladung des Speieherraumes jedoch durch Ueberfahren der -Einblaseöffnung durch den aufwärts gehenden Arbeitakolben gesteuert. Das .Einblaseventil braucht erst wieder vor "Wie deraufst euer η der E inb läse öffnung durch die Bteuerkante des abwärts gehenden Kolbens geschlossen zu werden und kann somit insgesamt über einen Drehwinkel der Kurbelwelle von etwa 140 Kurbelwinkel offen bleiben.To lengthen the pawn of the valve movement for the purpose of achieving smaller accelerations can be used in Two-stroke engines put the injection valve in the cylinder wall at a height distance of about 10 $ of the piston stroke below the Position of the controlling piston edge of the piston head can be arranged at its top dead center position. This will the beginning of the blowing through the valve opening is controlled as before, the end of the charging of the storage space however controlled by driving over the -Injection opening by the working piston going upwards. The .Injection valve needs only again before "How to rise your η the blower opening closed by the control edge of the piston going downwards and can thus remain open over a crankshaft rotation angle of approximately 140 crank angles.
Ik die iilinführung und Zerstäubung des Kraftstoffes nicht durch einen hohen Kraftstoffdruck, sondern durch Druckluft von wenigen Atmosphären Ueberdruck erfolgt, so braucht die Kraftstoffpumpe nur gegen den Speicherdruck von ungefährThe introduction and atomization of the fuel is not carried out by high fuel pressure, but by compressed air of a few atmospheres overpressure takes place, the fuel pump only needs against the storage pressure of approximately
4 atü zu fördern« Äusserdem hat sie auoh bei Zweitaktmotoren für di>e Torlagerung des Kraftstoffes eine sehr lange Mörder— dauer zur Verfügung, sodass eine Plungerpumpe mit beispielsweise sinusförmiger Hubbewegung des !Plungers eine Saug- und Förderdauer über einen Kurbelwinkel von je 180 zur Verfugung hate Ss ist auch möglich, ununterbrochen fördernde Kraftstoff-pumpen zu verwenden, die stetig in den Speicherraum fördern«,4 atü to promote “In addition, it also has a very long killer time for two-stroke engines for the gate storage of the fuel. permanently available, so that a plunger pump with, for example, a sinusoidal stroke movement of the! plunger, a suction and Delivery time over a crank angle of 180 each has Ss available, uninterrupted delivery of fuel pumps is also possible to use that continuously convey into the storage space «,
33a in dem Speicher bei Zweitaktmotoren nie ein Unterdruck entsteht, ao kann der Speicher keinen Kraftstoff von Atmosphärendruck selbst ansaugen, sondern nur aus einer Kraftstoffleitung mit Ueberdruok Kraftstoff entnehmen,, Wird der Kraftstoff unter einem iruck zugeführt^ der ungefähr gleich dem grösaten Speicherdruck ist, so kann der Speicherraum selbst über ein von einem Regler gesteuertes Saugventil den Kraftstoff ansaugen»33a a negative pressure never arises in the memory in two-stroke engines, ao the memory cannot produce any fuel suck in from atmospheric pressure, but only take fuel from a fuel line with overpressure, will If the fuel is supplied at a pressure which is approximately equal to the maximum storage pressure, the storage space can suck in the fuel even through a suction valve controlled by a regulator »
In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt» Si© Abbildung zeigt einen Längsschnitt durch einen Zweitaktmotor gemäss der iärfindunge Der Motor arbeitet mit Eurbelkastenspülpumpeβ In the drawing the invention is shown in one embodiment, for example, "Si © illustration shows a longitudinal section through a two-stroke engine according to the iärfindunge The engine operates with Eurbelkastenspülpumpe β
1 ist der Arbeitszylinder, 2 der ürbeitakolben und 3 die Pleuelstange, die in dem Kurbelgehäuse 4 die Kurbelwelle antreibt. 5 ist ein Gegengewicht^ das an einer Kurbelwange angebracht ist. Im Zylinderkopf ist ein Speicherraum 6 angeordnet, der durch eine Leitung 7 mit dem Zylinderraum verbunden ist» Das Ende der leitung 7 wird durch ein Tentil 8 gesteuert. Das Oeffnen des Ventils 8 erfolgt von einer lockenwelle 9 aus über eine Stoßstange 10 und einen Kipphebel 11 entgegen der Kraft der Ventilfeder 12 e Von der lockenwelle 9 aus, die von der Kurbel—1 is the working cylinder, 2 the ürbeitakolben and 3 the connecting rod, which is in the crankcase 4 the Crankshaft drives. 5 is a counterweight ^ which is attached to a crank arm. There is a in the cylinder head Storage space 6 is arranged, which is connected to the cylinder space by a line 7 »The end of the line 7 is controlled by a valve 8. The valve 8 is opened by a curling shaft 9 via a bumper 10 and a rocker arm 11 against the force of the valve spring 12 e From the lock shaft 9, which is from the crank-
welle angetrieben wird, wird ausserdem die Kraftstoffpumpe 13 betätigt, die den Kraftstoff über die Leitung 14 zu dem Ventil 8 in. der für eine ffiotorumdrehung notwendigen Menge fördert und dort vorlagertβ 15 ist eine Zündkerze und 16 ist der durch eine Drosselklappe gesteuerte Einlasskanal für die Frischluft der Kurbelkastenspülpumpee shaft is driven, the fuel pump 13 is also actuated, which conveys the fuel via the line 14 to the valve 8 in the amount necessary for one ffiotor revolution and there, there is β 15 is a spark plug and 16 is the inlet channel controlled by a throttle valve for the Fresh air from the crankcase wash pump e
Der Motor besitzt Umkehrspülung, bei der die Spül— kanäle zu beiden Seiten der Auslasskanäle angeordnet sind» 17 ist ein Auslasskanal und 18 ist ein Spülkanalβ The engine has reverse scavenging, in which the scavenging channels are arranged on both sides of the exhaust channels. 17 is an exhaust channel and 18 is a scavenging channel β
Beim Aufwärtshub des Arbeitskolbens 2 wird unmittelbar nach dem Schliessen der Auslasskanäle 17 das Ventil 8 geöffnet und die in dem Speioherraum 6 befindliche Luft strömt in den Zylinderraum ein und reisst hierbei den am Ventil 8 vorgelagerten Kraftstoff mit. Das Ventil 8 bleibt auch nach dem Einblasen des Kraftstoffes weiter geöffnete Der aufwärts gehende Arbeitskolben 2 verdichtet die Zylinderladung und schiebt einen Teil des im Zylinder befindlichen Kraftstoffluftgemisches in den Speicherraum 6 über« Die Steuerung des Ventils 8 erfolgt in der Weise, dass dieses Ventil geschlossen wird, wenn der Druck in dem Speicherraum 6 ungefähr 5 ata erreicht hat» In dem Arbeitszylinder geht die Verdichtung des Brennstoffluftgemisches durch den Arbeitskolben weiter, bis der obere Totpunkt erreicht iste Ss folgen Zündung und Verbrennung des Kraftstoffluftgemisches und der Abwärtshub des Arbeits— kolbena. Kurz vor dem unteren Totpunkt, des Arbeitskolbens werden die Auslasskanäle und dann die Spülkanäle geöffnet« Ss erfolgt die Ausspülung des Zylinderraumes und der Aufwärtsgang des Arbeitskolbens» Sobald die Auslasskanäle wieder geschlossen sind, setzt das soeben beschriebene Arbeitsspiel von neuem ein«During the upward stroke of the working piston 2, the valve 8 is opened immediately after the outlet channels 17 are closed, and the air in the reservoir 6 flows into the cylinder chamber and thereby entrains the fuel stored in front of the valve 8. The valve 8 remains open even after the fuel has been blown in. The upward-moving working piston 2 compresses the cylinder charge and pushes part of the fuel-air mixture in the cylinder into the storage space 6. The valve 8 is controlled in such a way that this valve is closed when the pressure in the storage space 6 "has reached about 5 ata in the working cylinder the compression continues the fuel air mixture by the working piston is to the top dead center reaches e Ss follow ignition and combustion of the fuel-air mixture and the downward stroke kolbena of labor. Shortly before the bottom dead center of the working piston, the exhaust channels and then the scavenging channels are opened «Ss the cylinder chamber is flushed out and the working piston moves upwards» As soon as the exhaust channels are closed again, the working cycle just described begins again «
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