DE2424514A1 - Four stroke piston engine with external ignition - fuel is injected earlier on load than on slow running - Google Patents

Four stroke piston engine with external ignition - fuel is injected earlier on load than on slow running

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Abstract

The fuel is injected at a tangent to the spark plug points which joins the centre axis of the combustion chamber formed in the piston crown. The fuel is injected at slow running and part load speeds shortly before top dead centre compression stroke. At full load the fuel is injected during the induction stroke, preferably at its commencement. In the transfer stage between slow running and full load, the fuel injection before top dead centre becomes less and the injection volume during the induction stroke greater.

Description

Die Erfindung betrifft eine Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung, Anordnung der Zündkerze etwa mittig über dem im wesentlichen durch eine Kolbenmulde gebildeten, nicht unterteilten Brennraum und unmittelbarer Einspritzung zumindest eines Teiles des Brennstoffes in den kerzennahen Bereich mittels einer Einspritzdüse, bei der neben Ladungsschichtung im Bereich der Zündkerze die Bildung eines homogenen Brenngemisches vorgesehen ist«The invention relates to a four-stroke reciprocating internal combustion engine with spark ignition, arrangement of the spark plug approximately centrally above the essentially by a Piston recess formed, not subdivided combustion chamber and direct injection of at least one part of the fuel in the area near the plug by means of an injection nozzle, in addition to charge stratification the formation of a homogeneous combustion mixture is intended in the area of the spark plug «

Bei einer bekannten derartigen Hubkolben-Breilnkraftma— schine, die mit einem starken Luftdrall arbeitet, wird zur Einleitung der Zündung in Kerzennähe Ladung geschichtet und die übrige Ladung in herkömmlicher Weise als homogenes Gemisch im Saugrohr gebildet. Dies be-In the case of a known reciprocating piston pulley force of this type A machine that works with a strong air swirl is stratified to initiate ignition near the plug and the remaining charge is conventionally formed as a homogeneous mixture in the intake manifold. This is

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- O - Daim Io 115/4- O - Daim Io 115/4

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dingt zunächst in konstruktiver Hinsicht zwei Kraftstoffanlagen und ist daher verhältnismäßig aufwendig. Daneben lassen sich bei einer derartigen Arbeitsweise im Vollastbetrieb örtliche Überfettungen praktisch nicht vermeiden, da im Zündkerzenbereich der homogenen Ladung das überfettete Zündgemisch überlagert wird, was zu unerwünschter Rußbildung und auch zu erhöhter CO-BiIdung'führt.First of all, from a structural point of view, it requires two fuel systems and is therefore relatively expensive. Besides With such a method of operation in full load operation, local over-greasing can practically not be avoided, because the over-rich ignition mixture is superimposed on the homogeneous charge in the spark plug area, which is undesirable Soot formation and also to increased CO formation 'leads.

Durch die Erfindung soll deshalb eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend weitergebildet werden, daß mit einer herkömmlichen Kraftstoffanlage gearbeitet werden kann und daß trotz hoher Leistungskonzentration eine gute Abgasqualität erreicht wird.The invention is therefore intended to provide an internal combustion engine of the type mentioned in the introduction be that worked with a conventional fuel system can be and that despite high power concentration a good exhaust quality is achieved.

Gemäß der Erfindung ist dies dadurch erreichbar, daß bei zumindest im wesentlichen drallfreier Lufteinströmung der gesamte Kraftstoff ausschließlich über die kerzennah' angeordnete Einspritzdüse in Richtung auf die Zündkerze eingespritzt wird, wobei zumindest im oberen Lastbereich zur Bildung eines homogenen Gemisches ausschließlich in den Saugtakt und zumindest in unteren Teillast und/oder Leerlaufbereich zur Bildung einer Ladungsschichtung zumindest im wesentlichen kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird. Durch die benachbarte Anordnung von Zündkerze und Einspritzdüse etwa mittig über dem Brennraum wird, soweit in den Kompressionstakt eingespritzt wird, ein Verwehen des im Bereich der Zündkerze geschichteten Gemisches vermieden und dadurch auch bei insgesamt magerem Kraftstoff-Luftverhältnis eine gute Zündung und Durchbrennung erzielt. Dadurch lassen sich dieaejtöhnliche Teillastverbräuche erreichen. Durch die Verlagerung der Einspritzung in den Ansaugtakt läßt sich andererseits im Vollast-According to the invention, this can be achieved in that at at least essentially swirl-free air inflow of the all of the fuel is injected exclusively via the injection nozzle, which is arranged close to the plug, in the direction of the spark plug is, at least in the upper load range to form a homogeneous mixture exclusively in the Suction cycle and at least in the lower partial load and / or idle range to form a charge stratification at least injected essentially just before top dead center (ignition TDC) will. Due to the adjacent arrangement of the spark plug and injection nozzle, roughly in the middle above the combustion chamber If injection occurs in the compression stroke, the mixture stratified in the area of the spark plug is blown away avoided and thus good ignition and burnout even with an overall lean fuel-air ratio achieved. This allows the usual partial load consumption reach. By shifting the injection into the intake stroke, on the other hand, in full load

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Daim IoDaim Io

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bereich, wo ein annähernd stöchiometrisches Kraftetoff-Luf!verhältnis angestrebt wird, eine Homogenisierung des Gemisches erreichen, die Voraussetzung für die Vermeidung örtlicher Überfettungen und der entsprechenden Nachteile auf die Abgasqualität ist.area where an approximately stoichiometric fuel / air ratio the aim is to achieve homogenization of the mixture, the prerequisite for avoidance local excessive grease and the corresponding disadvantages on the exhaust quality is.

Dei mit starkem Luftdrall arbeitenden Viertakt-Hubkolben-Brennkraftniaschinen ist es an sich bekannt, daß mit zunehmender Verschiebung der Einspritzung gegen oder in den Ansaugtakt ein Übergang von geschichteter zu homogener Ladung stattfindet. Eine praktische Anwendung dieser Erkenntnis auf derartige Brennkraftmaschinen ist aber kaum möglich, da der bei diesen Maschinen benutzte hohe Drall der Ansaugluft keineswegs über Ansaugtakt und Kompressionstakt konstant ist,sondern starken Veränderungen unterworfen ist, so daß eine Verlagerung des Einspritzzeitpunktes in Verbindung mit der Veränderung des Dralles zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen in der Gemischbildung führt und deshalb eine gezielte,spezielle Ausbildung des Brenngemisches für verschiedene Lastbereiche, sei es im IIinb3.ick auf eine Homogenisierung oder eine Ladungsschichtung nicht mehr zu erreichen ist. Insbesondere wirkt sich dies aber auch dahingehend aus, daß der sich an der Wand niederschlagende Anteil des Kraftstoffes verhältnismäßig hoch ist, was den Auabrenngrad verschlechtert und auch zu einem erhöhten CH-Anteil in den Abgasen führen kann.In the four-stroke reciprocating internal combustion engines operating with a strong air swirl, it is known that with increasing displacement of the injection towards or into the intake stroke, a transition from stratified to homogeneous charge takes place. A practical application of this knowledge to such internal combustion engines is hardly possible, however, since the high swirl of the intake air used in these machines is by no means constant over the intake stroke and compression stroke, but is subject to strong changes, so that a shift in the injection point in connection with the change in the swirl leads to very different results in the mixture formation and therefore a targeted, special formation of the combustion mixture for different load ranges, be it in the context of homogenization or charge stratification, can no longer be achieved. In particular, however, this also has the effect that the proportion of fuel deposited on the wall is relatively high, which worsens the degree of burn-off and can also lead to an increased CH proportion in the exhaust gases.

In Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, wenn ausgehend vom unteren Teillast und/oder Leerlaufbereich, in dem zumindest im wesentlichen nur kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird, in einem In an embodiment of the invention, it proves expedient if at least injected from the lower part-load and / or load range in which substantially only shortly before the top dead center (TDC), in a

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Daim Io 115/4Daim Io 115/4

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Übergangsbereich im Hinblick auf einen insgesamt mageren Betrieb ein Teil des Kraftstoffes im Saugtakt und ein Teil kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird. Mit zunehmender Belastung wird dabei bevorzugt der kurz vor dem Zünd-OT eingespritzte Brennstoffanteil unter Verschiebung des Spritzbeginnes gegen den Totpunkt kleiner. In entsprechender Weise wird bevorzugt mit zunehmender Belastung der in den Saugtakt eingespritzte Kraftstoffanteil durch Verschiebung des Spritzendes weiter in den Saugtakt größer.Transitional area in terms of an overall meager Operation part of the fuel is injected in the suction cycle and part shortly before top dead center (ignition TDC). With increasing load, the fuel component injected shortly before ignition TDC is preferred with a shift of the start of injection towards the dead center is smaller. In a corresponding way, it is preferred with increasing load the proportion of fuel injected into the suction stroke is greater by moving the end of the injection further into the suction stroke.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles in ihren konstruktiven Details näher beschrieben, wobeiThe invention is described in more detail below using an exemplary embodiment in its structural details, whereby

Fig. 1 bei oberer Totpunktlage des Kolbens einenFig. 1 with top dead center position of the piston a

Schnitt durch den oberen Teil des Kolbens und den Zylinderkopf, undSection through the upper part of the piston and the cylinder head, and

Fig. 2 eine Draufsicht auf die BrennraummuldeFig. 2 is a plan view of the combustion bowl

des Kolbens mit Markierung der Lage von Zündkerze und Düse zeigt.of the piston with marking shows the location of the spark plug and nozzle.

In den Figuren ist mit 1 der Zylinderkopf einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, von dem ein Ausschnitt dargestellt ist, der die Lage des Brennraum«.8 2 des Kolbens 3, der Zündkerze 4 und der Einspritzdüse 5 gegenüber der Mittelachse 6 des Zylinders zeigt· Die Mittelachse 6 des Zylinders ist dabei gegenüber der Mittelachse 7 des im wesentlichen durch eine Kolbenmulde 8 gebildetenIn the figures, 1 is the cylinder head of a four-stroke reciprocating internal combustion engine of which a section is shown showing the position of the combustion chamber «.8 2 des The piston 3, the spark plug 4 and the injection nozzle 5 are opposite the central axis 6 of the cylinder. The central axis 6 of the cylinder is opposite the central axis 7 essentially formed by a piston bowl 8

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-$*- Daim Io- $ * - Daim Io

Brennraumea 2 seitlich etwas versetzt. Nahezu auf der Mittelachse der Kolbenmulde 8 mündet die Zündkerze in den Brennraum 2 ein, gegenüber der der Kopf 9 der Einspritzdüse 5 nach der von der Mittelachse 6 des Zylinders abgewandten Seite versetzt angeordnet ist· Der Kopf 9 der Ein· spritzdüse 5 liegt dabei zumindest nahezu auf einer Querachse Io der Kolbenmulde 8, die die Mittelachsen 6 und 7 von Zylinder und Kolbenmulde 8 schneidet.Combustion chamber a 2 slightly offset to the side. Almost on the central axis of the piston recess 8, the spark plug opens into the Combustion chamber 2, opposite which the head 9 of the injection nozzle 5 is arranged offset to the side facing away from the central axis 6 of the cylinder The head 9 of the inlet The spray nozzle 5 lies at least almost on a transverse axis Io of the piston bowl 8, which has the central axes 6 and 7 of cylinder and piston bowl 8 intersects.

Die im Düsenkopf 9 vergesehenen, nicht weiter dargestellten Abspritzbohrungen sind derart angeordnet, daß die Spritzstrahlen im wesentlichen in einer die Querachse Io enthaltenden Vertikalebene verlaufen, und zwar gegen die vom Kopf 9 der Einspritzdüse 5 abliegenden Wandteile der Kolbenmulde. Hierbei sind die Düsenstrahlen bevorzugt in Höhenrichtung gefächert, so daß ein gewisser Anteil des Kraftstoffes in unmittelbarer Nähe der Zündkerze angelagert wird.The spray bores provided in the nozzle head 9, not shown, are arranged in such a way that the Spray jets run essentially in a vertical plane containing the transverse axis Io, namely against the from the head 9 of the injection nozzle 5 remote wall parts of the Piston recess. Here, the nozzle jets are preferably fanned out in the vertical direction, so that a certain proportion of the Fuel is deposited in the immediate vicinity of the spark plug.

In Verbindung damit, daß gemäß der Erfindung zumindest im Leerlauf- und unteren Teillastbereich vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird und daß weiter im oberen Lastbereich, zumindest bei Vollast in den Saugtakt eingespritzt wird, und zwar erfindungsgemäß bevorzugt zu Beginn des Saugtaktes, hat die dargestellte Anordnung zur Folge, daß der Kraftstoff beim Einspritzen zunächst im wesentlichen innerhalb der Kolbenmulde verbleibt und somit nicht an die hier nicht dargestellten Zylinderwände gelangt. Daß bei dieser Anordnung trotz im wesentlichen drallfreien Ansaugens der Luft eine ausreichende Luftbewegung entsteht, liegt u.a. an dem Quetsch-'In connection with the fact that according to the invention at least in the idle and lower partial load range before the upper Dead center (ignition TDC) is injected and that further in the upper load range, at least at full load, is injected into the suction cycle, and according to the invention preferably at the start of the suction cycle, the arrangement shown has the consequence that the fuel is injected during the injection initially remains essentially within the piston recess and thus not on the one not shown here Cylinder walls arrives. The fact that with this arrangement, despite the essentially swirl-free suction of the air, there is sufficient air movement, is due, among other things, to the squeeze- '

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Daini IoDaini Io

24245U24245U

spalt, der sich zwischen der Oberfläche 11 des Kolbens 3 und der Unterseite 12 des Zylinderkopfes 1 bildet.gap which forms between the surface 11 of the piston 3 and the underside 12 of the cylinder head 1.

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Claims (1)

Daim IoDaim Io 242A5H242A5H AnsprücheExpectations ΓΙ.) Viertakt-Hubkolben-Brennkraftraaechine mit Fremdzündung, Anordnung der Zündkerze etwa mittig über dem im wesentlichen durch eine Kolbenmulde gebildeten, nicht unterteilten Brennraum und unmittelbarer Einspritzung zumindest eines Teiles des Kraftstoffes in den kerzennahen Bereich mittels einer Einspritzdüse, bei der neben Ladungsschichtung im Bereich der Zündkerze die Bildung eines homogenen Brenngemisches vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei zumindest im wesentlichen drallfreier Lufteinströmung der gesamte Kraftstoff ausschließlich über die kerzennah angeordnete Einspritzdüse (5) in Richtung auf die Zündkerze (4) eingespritzt wird, wobei zumindest im oberen Lastbereich zur Bildung eines homogenen Gemisches ausschließlich in den Saugtakt und zumindest im unteren Teillast- und/oder Leerlaufbereich zur Bildung einer Ladungsschichtung zumindest im wesentlichen kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird.ΓΙ.) Four-stroke reciprocating internal combustion engine with spark ignition, Arrangement of the spark plug approximately in the middle above the one which is essentially formed by a piston recess and is not subdivided Combustion chamber and direct injection of at least part of the fuel into the near-plug Area by means of an injection nozzle, with the addition of charge stratification the formation of a homogeneous combustion mixture is provided in the area of the spark plug, characterized in that at at least Essentially swirl-free air inflow, the entire fuel exclusively through the plug near the plug arranged injection nozzle (5) is injected in the direction of the spark plug (4), at least in the upper Load range for the formation of a homogeneous mixture exclusively in the suction cycle and at least in the lower one Partial load and / or idle range for the formation of a charge stratification at least essentially shortly before the top dead center (ignition TDC) is injected. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ausgehend vom unteren Teillast- und/oder Leerlaufbereich, in dem zumindest ein wesentlicher Teil des Kraftstoffes kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt wird, in einem Übergangs· bereich im Hinblick auf einen insgesamt mageren Betrieb Teile der Gesamtkraftstoffmenge im Saugtakt und kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzt werden.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that starting from the lower Partial load and / or idle range in which at least a substantial part of the fuel is just short of the upper Dead center (ignition TDC) is injected in a transition area with a view to overall lean operation Parts of the total amount of fuel in the suction stroke and shortly before the top dead center (ignition TDC) are injected. 509849/0056509849/0056 Daim IoDaim Io 24245U24245U 2» Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch 2 » internal combustion engine according to claim 2, characterized gekennzeichnet , daß mit zunehmender Belastung der kurz vor dem oberen Totpunkt (Zünd-OT) eingespritzte Kraftstoff unter Verschiebung des Spritzbey'nnes gegen den oberen Totpunkt kleiner wird.characterized in that with increasing load the injected shortly before top dead center (ignition TDC) Fuel becomes smaller by shifting the Spritzbey'nnes towards the top dead center. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit zunehmender Belastung der in den Saugtakt eingespritzte
Kraftstoffanteil unter Verschiebung des Spritzendes
veiter in den Saugtakt größer wird.4. Internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized in that the injected into the suction stroke with increasing load
Fuel percentage with displacement of the end of injection
veiter becomes larger in the suction cycle. 5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß der in den Saugtakt eingespritzte Kraftstoffanteil zu Beginn des Saugtaktes eingespritzt wird.5. Internal combustion engine according to one of the preceding claims , characterized in that the fuel portion injected into the suction stroke is injected at the beginning of the suction cycle. 5098A9/00565098A9 / 0056
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