DE909057C

DE909057C - Internal combustion engine for internal or external mixture formation with directed flow of the charge air or the fresh gas mixture

Info

Publication number: DE909057C
Application number: DEH10517A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Eugen Wilhelm Huber
Original assignee: EUGEN WILHELM HUBER DR ING
Current assignee: EUGEN WILHELM HUBER DR ING
Priority date: 1951-11-23
Filing date: 1951-11-23
Publication date: 1954-04-12

Description

Verbrennungskraftmaschi.ne für innere oder äußere Gemischbildung mit gerichteter Strömung der Ladungsluft bzw. des Frischgasgemisches Für die Verwirklichung einer Reihe von Gemischbi,ldungs- und Verbrennungsverfahren ist die Erzeugung einer eindeutigen, gerichteten Luftströmung Voraussetzung für diie Erzielung guter Leistungsunid Verbrauchswerte. Die eindeutige, gerichtete Einströmung muß :dabei mit möglichst geringem Drossel- und Strömungsverlust erfolgen.Combustion engines for internal or external mixture formation with directed flow of the cargo air or the fresh gas mixture for the realization A number of mixture formation and combustion processes is the creation of a clear, directed air flow is a prerequisite for achieving good performance unid Consumption values. The unambiguous, directed inflow must: with as much as possible low throttling and flow loss.

Es ist an sich bekannt, eine gerichtete Luftbewegung im Zylinder dadurch zu erreichen, daß die EinJaßventile teilweise abgeschirmt werden. Diese Anordnung bringt: im allgemeinen nur bei verhältnismäßig niederen Drehzahlen eine gewisse, gerichtete Luftbewegung, ist jedoch immer mit entsprechenden Drossel- und Strömungsverlusten verbunden.It is known per se, a directed air movement in the cylinder thereby to achieve that the EinJaßventile are partially shielded. This arrangement brings: generally only at relatively low speeds a certain, Directed air movement, however, is always with corresponding throttling and flow losses tied together.

Es ist auch bekannt, die Einströmverluste durch eine Steuerung zu verringern, die schnell große Querschnitte freigibt, dadurch, daß an Stelle der Ventile Schieber mit @dreheader oder oszillierender Bewegung verwendet werden.It is also known to control the inflow losses through a control system reduce, which quickly releases large cross-sections, in that instead of the Valves slide with @dreheader or oscillating movement can be used.

Der Erfindung gemäß wird nun vorgeschlagen, den Einströmvorgang durch einen Drehschieber zu steuern, der außermittig zum Zylinder so angeordnet ist, daß die Einströmung in dien Zylinder zur Erzeugung einer Rotationsströmung tangential erfolgt.According to the invention it is now proposed to carry out the inflow process to control a rotary valve which is arranged eccentrically to the cylinder so that the flow into the cylinder to generate a rotational flow tangential he follows.

Normalerweise ergibt eine Schiebersteuerung im praktischen Einsatz wärmetechnische Schwierigkeiten, dadurch, daß die hohe Wärmebelastung des Auslaßorgans nicht beherrscht werden kann.Normally a slide control results in practical use thermal difficulties, in that the high thermal load on the outlet member cannot be controlled.

Der weiteren Erfindung gemäß werden diese Schwierigkeiten nun dadurch beseitigt, daß als Auslaßorgan ein oder mehrere nockengesteuerte Ventile dienen, wobei zweckmäßig der Drehschieber die Steuernocken für das oder die Ausdaßventile trägt.According to the further invention, these difficulties are now eliminated eliminates the fact that one or more cam-controlled valves serve as the outlet element, where the rotary valve is expedient the control cams for the or carries the exhaust valves.

Bei innerer Geinischbdldung wird hierbei die Kraftstoffdüse so angeordnet, daß sie, in Strömungsrichtung der einströmenden Frischluft gesehen, kurz vor der Zündkerze liegt, so daß d,ie Bildung des Makrogemisches durch entsprechende anteilige Kraftstoffzuteilung an die an der Kraftstoffdüse vorbeiströmende Luft erreicht und damit an der Zündkerze bei allen Betriebszuständen und Drehzahlen im Augenblick der Zündung ein zündfähiges Gemisch vorhanden ist. Weiterhin werden zweckmäßig bei innerer Gemischb-ildungdie Einspritzdüse und Zündkerze in der Strömungsrichtung der Ladungsluft in solchem Abstand hintereinander angeordnet und Einspritzpunkt, Einspritzgesetz und Zündzeitpunkt aufeinander so abgestimmt, daß im Zündzeitpunkt nur ein Teil des Verbrenniungsraums, insbesondere in .der Nachbarschaft der Zündkerze, mit zündfähigem Gemisch ausgefüllt ist und die weitere Zufuhr von Kraftstoff noch nach Einleitung der Verbrennung erfolgt. Das bedeutet also, dar, bei innerer Gemischbildung erfindungsgemäß die Zündung während des Einspritzvorgang: b.zw. vor Beendigung desselben erfolgt.In the case of an internal joint, the fuel nozzle is arranged in such a way that that they, seen in the direction of flow of the incoming fresh air, just before the Spark plug is located, so that the formation of the macro mix by appropriate proportionate Fuel allocation reached to the air flowing past the fuel nozzle and so on the spark plug in all operating states and speeds at the moment an ignitable mixture is present at the time of ignition. Also be useful at internal mixture formation the injector and spark plug in the direction of flow the charge air arranged one behind the other at such a distance and injection point, Injection law and ignition timing coordinated so that the ignition timing only part of the combustion chamber, especially in the vicinity of the spark plug, is filled with an ignitable mixture and the further supply of fuel is still takes place after initiation of the combustion. That means, dar, with internal mixture formation according to the invention the ignition during the injection process: b.zw. before the end of the same he follows.

Ferner kann der weiteren Erfindung gemäß d:.urch trapezförm-ige Ausbildung der Steuerkanten b:zw. geeignete sonstige Wahl des Steuerkana@lquerschnitts im Einlaßschieber während des Einströmvorgangs eine veränderliche Dichte der Ladungsluft oder veränderliche Konzentration des Kraftstromgemni.sches und damit eine Ladungsschichtung erreicht werden, so daß die Kraftstoffkonzentration von außen nach innen abnimmt.Furthermore, according to the further invention, by means of a trapezoidal design the control edges b: betw. other suitable choice of the control channel cross-section in the inlet slide a variable density of the charge air or variable during the inflow process Concentration of the Kraftstromgemni.sches and thus a charge stratification achieved so that the fuel concentration decreases from the outside to the inside.

Um zu erreichen. daß -Motorgehäuse und Zylinder von Steuerantrieben frei bleiben, -wird der -weiteren Erfindung gemäß vorgeschlagen. die Steuerorgane für einen oder mehrere hintereinanderliegende Zylinder durch eine von der Kurbelwelle aus angetriebene Kette anzutreiben, wobei der Antrieb der Zusatzgeräte, wie Einspritzpumpe, Zündapparat usw., durch die gleiche Kette erfolgen kann.To achieve. that -Motor housing and cylinders of timing drives remain free is proposed according to the further invention. the tax organs for one or more cylinders in a row by one of the crankshaft driven by a driven chain, whereby the drive of the additional devices, such as injection pump, Igniter, etc., can be done through the same chain.

Abb. i zeigt das Schema der Anordnung bei einem scheibenförmigen Verbrennungsraum. Der je nach der Taktzahl, nach der der Motor arbeitet, mit 172 oder 1/.i der Kurbelwellendrehzahl umlaufende Schieber z ist in seiner Lage zu dem Verbrennungsraum i so angeordnet, daß die Frischgase oder Frischluft tangential in den Zylinder eintreten und dort eine um die Zylinderachse kreisende Luftbewe-Clung erzeugen, deren Energie so groß ist, daß die Luftbewegung auch nach dem Aufwärtsgang des Kolbens beim Einsetzen der Verbrennung noch vorhanden ist. Der Einlaßschieber trägt gleichzeitig den Steuernocken für die Betätigung der beliebig angeordneten Auslaßv entile.Fig. I shows the scheme of the arrangement in a disc-shaped combustion chamber. Depending on the number of times the engine is working, this is 172 or 1 / .i of the crankshaft speed rotating slide z is so arranged in its position in relation to combustion chamber i that the fresh gases or fresh air enter the cylinder tangentially and there generate an air movement circling around the cylinder axis, the energy of which is so great is that the air movement continues even after the piston has moved upward on insertion combustion is still present. The inlet slide also carries the control cam for the actuation of any arranged outlet valves.

Der Eindaßschieber ist in an sich bekannter Weise gegen den Verbrennungsraum abgedichtet und nimmt den Verbrennungsdruck in seiner Lagerung auf. Der «.\7ockengrundkreis des Ausdaßnockens ist dabei. so groß gehalten, daß die Steuerwalze mit ocken eine solche Biegefestigdieit erhält, daß der Verbrennungsdruck ohne D.urchbie-ung des Steuerorgans von den Lagern aufgenommen werden kann. Der Antrieb des Steuerteils erfolgt hierbei getrennt durch eine Kette, die von .der Kurbelwelle angetrieben wird und auch die Zubehöraggregate, wie Einspritzpumpe und Zündapparat, mit antreibt. Dadurch ergibt sich ein sehr einfaches Motorgehäuse, auch bei einem Reihenmotor, wobei bei letzterem die einzelnen Steuerwalzen durch geeignete Kupplungen, wie das Schema -,'£bb. z zeigt, verhunden werden.The inlet slide is in a manner known per se against the combustion chamber sealed and absorbs the combustion pressure in its storage. The «. \ 7ockengrundkreis of the Ausdaßnockens is included. kept so large that the control roller with an ocken such flexural strength is obtained that the combustion pressure without deflection of the Control organ can be absorbed by the camps. The drive of the control part takes place separately by a chain that is driven by the crankshaft and also drives the accessory units, such as the injection pump and ignition device. This results in a very simple motor housing, even with an in-line motor, with the latter, the individual control rollers by suitable couplings, such as Scheme -, '£ bb. z shows to be married.

Abb. ? zeigt weiterhin die Anordnung von Einspritzdüse 6 und Zündkerze 5. Die Lage der Einspritzdüse, Ihre Eindringtiefe und Strahl,form des austretenden Kraftstoffstrahls sind für einen Otto-oder Mitteddruckmotor so. gewählt, daß,der rotierende Luftstrom den eingebrachten Kraftstoff in einer solchen Konzentration an die Zündkerze befördert, daß an dieser bei allen Belastungen und Drehzahlen :-in zündfäli@iges Gemisch vorhanden ist. Die Vertnischung zwischen eingespritztem Kraftstoff und der Ladungsluft geht dabei in der Weise vor sich, daß die Düse den vorbeistreichenden Luftstrom mit Kraftstoff sättigt, d. h. @d@aß das Abspritzgesetz der Düse der Dichte und Geschwindigkeit des vorbeistreichenden Luftstroms angepaßt wird. Einspritz-und Zündzeitpunkt werden dabei vorschlagsgemäß so gewählt, daß zur Verringerung der Detonationsneigung im Augenblick der Entzündung des an der Zündkerze befindilichen Kraftstoff-Luft-Gemisches noch nicht der ganze Verbrennungsraum mit zündfähigem Gemisch ausgefüllt ist.Fig. also shows the arrangement of injection nozzle 6 and spark plug 5. The location of the injection nozzle, its penetration depth and jet, shape of the exiting Fuel jets are like that for a gasoline or medium pressure engine. chosen that, the rotating air flow the introduced fuel in such a concentration promoted to the spark plug that at all loads and speeds: -in an ignitable mixture is present. The mixture between injected fuel and the charge air goes on in such a way that the nozzle sweeps past Air flow saturates with fuel, d. H. @ d @ ate the injection law of the nozzle of density and the speed of the air flow passing by is adjusted. Injection and Ignition times are selected according to the proposal so that to reduce the Tendency to detonate at the moment of ignition of the element on the spark plug Fuel-air mixture does not yet cover the entire combustion chamber with ignitable Mixture is filled.

Bei Anwendung äußerer oder innerer Gemischbildung wird vorschlagsgemäß durch trapezförmige Ausbildung der Steuerkanten des Einlaßsch,ie'bers eine mit dem Radius um die Rotationsachse veränderliche Dichte .der Ladungsluft oder veränderliche Konzentration des Kraftstoff-Luft-Gemisches und. damit eine Ladungsschichtung erreicht, wodurch die Anwendung der Füllungsregelung an Stelle der bisher üblichen Drosselregelung in gewissem Ausmaß ermöglicht wird.When using external or internal mixture formation, it is recommended by trapezoidal design of the control edges of the inlet valve, ie'bers one with the Radius around the axis of rotation variable density of the charge air or variable Concentration of the fuel-air mixture and. so that a charge stratification is achieved, whereby the use of the filling control instead of the previously usual throttle control is made possible to some extent.

Bei Anwendung eines kalottenförmigen Verbrennungsraums kann die Strömungsrichtung des Einlaßschiebers auch schräg nach abwärts gerichtet sein; der Einlaßkanal muß jedoch erfindungsgemäß tangential in den Zylinder eintreten. Ein Schema dieser Anordnung zeigt Ahb. 3.When using a dome-shaped combustion chamber, the flow direction the inlet slide also be directed obliquely downwards; the inlet port must however, according to the invention, enter the cylinder tangentially. A scheme of this arrangement shows Ahb. 3.

Die Verwendung eines Ein- und Auslaßsch:iebers ist ebenfalls möglich, sofern, dem Erfindungsgedanl;en zufolge, der Eintritt des Einlaßschieberquerschnitts eine tangentiale Einströmung in den Zylinder ergibt, wie in Abb. .l schematisch gezeigt ist.The use of an inlet and outlet valve is also possible, if, according to the inventive concept, the entry of the inlet slide cross section a tangential flow into the cylinder results, as shown schematically in Fig. 1 is shown.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme eignet sich auch für Motoren, die mit einemLadungswechselverfahren arbeiten, bei dem das Dehnungsverhältnis größer als das Verdichtungsverhältnis ausgeführt wird. Hierbei mußte bisher bei gleichbleibendem Motorhubvolumen durch Verringerung der einströmenden Ladungsmenge ein Leistungsabfall in Kauf genommen werden, um dadurch eine Senk,ung des Kraftstoffverbrauchs zu erzielen.The measure proposed according to the invention is also suitable for engines who work with a charge exchange process in which the expansion ratio is greater as the compression ratio is carried out. Here had to stay the same up to now Engine displacement caused by a reduction in the amount of charge flowing in, a drop in performance be accepted in order to achieve a reduction in fuel consumption.

Der vorliegende Erfindungsgedanke ermöglicht einen geringeren Abfall der Leistung mit der Drehzahl, da trotz der verkürzten Eindaßsteuerzeit im Augenblick der höchsten Kolbengeschwindigkeit ein größerer Steuerquerschnitt zur Verfügung steht als bei der Ventilsteuerung und durch die Luftströmung im Zylinder ein höherer thermodynamischer Wirkungsgrad und die Möglichkeit einer Füllungsregelung durch Ladungsschichtung zur Verfügung steht.The present inventive concept enables less waste the power with the speed, because despite the shortened one-gauge control time a larger control cross-section at the moment of the highest piston speed available than with the valve control and through the air flow in the cylinder a higher thermodynamic efficiency and the possibility of filling control is available through charge stratification.

Bei der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung können auch für die Einbringung des Kraftstoffs Einrichtungen verwendet werden, bei denen: der Kraftstoff mit Hilfe einer Einspritzpumpe, Kraftstoffleitung und besonderer Einspritzdüse bereits vor seinem Eintritt in den Brennraum thermisch und chemisch aufbereitet wird. Der Kraftstoff tritt bei diesen weihgehend in dampfförmigem Zustand aus und fordert, da eine kinetische Energie des Kraftstoffs zum Eindringen in die Ladungsluft nicht vorhanden ist, eine verhältnismäßig starke Strömung der Ladungsluft. Ist eine starke, gerichtete Strömung der Ladungsluft vorhanden, dann ermöglicht der Wegfall der normalerweise notwendigen Aufbereitungtszeit für den Kraftstoff, daß der Einspritzzeitpunkt so spät, d. h. unmittelbar vor den Zündzeitpunkt, gelegt werden kann, daß ein beliebig großes Verdichtungsverhältnis anzuwenden. ist, da eine klopfende Verbrennung dadurch vermieden wird, daß im Augenblick des Verbrennungsbeginns im übrigen Teil des Brennraums sich noch reine Luft befindet.In the internal combustion engine according to the invention can also be used for Bringing in the fuel facilities are used where: the fuel with the help of an injection pump, fuel line and special injection nozzle is thermally and chemically processed before it enters the combustion chamber. Of the Fuel mostly escapes in a vaporous state and requires there is no kinetic energy of the fuel to penetrate into the cargo air is present, a relatively strong flow of cargo air. Is a strong one directed flow of the cargo air is present, then allows the elimination of the normally necessary preparation time for the fuel that the injection time so late, d. H. immediately before the ignition point, that any can be placed use large compression ratio. is because of a knocking combustion it is avoided that at the moment of the start of combustion in the remaining part of the combustion chamber there is still clean air.

Die erforderliche starke Luftbewegung ist bei der erfindunigsgemäß vorgeschlagenen Maschine jedoch vorhanden.The required strong air movement is according to the invention proposed machine is available.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Internal or external internal combustion engine Mixture formation with directed flow of the cargo air or the fresh gas mixture, characterized by a rotary valve controlling the inflow device, which is eccentric is arranged to the cylinder so that the flow into the cylinder is tangential.

2. Combustion Kraftmaschi.ne according to claim i, characterized in that as Outlet member one or more cam-controlled valves are used.

3. Internal combustion engine according to claims i and 2, characterized in that the rotary slide control cam for that or carries the exhaust valves. d.

Internal combustion engine according to claim i or i to 3, characterized in that with internal mixture formation the fuel nozzle, in the direction of flow; of the incoming fresh scent, just before the spark plug lies, so that the formation of the macro-mix by appropriate proportionate fuel allocation to the air flowing past the fuel nozzle and thus to the spark plug in all operating states and speeds. an ignitable one at the moment of ignition Mixture is present.

Internal combustion engine according to claims i and q. or I to, 4, characterized in that with internal mixture formation the injection nozzle and spark plug one behind the other at such a distance in the direction of flow of the charge air arranged and injection timing, injection law and ignition timing on each other are coordinated so that only part of the combustion chamber, in particular, at the ignition point in the vicinity of the spark plug is filled with an ignitable mixture and the further supply of fuel takes place after the initiation of the combustion.

6. Internal combustion engine according to claim i, q. and 5 or i to 5, characterized in that @ that with internal mixture formation the ignition during the injection process or before Termination of the same takes place. j. Internal combustion engine according to claim i, q., 5 and 6 or i to 6, characterized in that by trapezoidal, z-shaped training the control edges or a suitable choice of the control channel cross-section in the inlet slide a variable density of the charge air or variable during the inflow process Concentration of the fuel mixture and thus a charge stratification achieved so that the fuel concentration decreases from the outside to the inside. B. Four-stroke internal combustion engine according to claims i to j, characterized in that the drive of the control members for one or more cylinders in a row by one of the crankshaft made of driven chain, so that the motor housing and cylinder of timing drives remain free. kg. Four-stroke internal combustion engine make claims i to 8, characterized marked, d'ass .the drive of the additional devices, such as injection pump, ignition apparatus etc., through the chain that drives the control elements.