DD287080A5 - COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Abstract
Ein Verbrennungsmotor weist ein Paar erste und zweite Zylinder auf, die mit einem Verbrennungsraum in Verbindung stehen, wobei der erste Zylinder ein groeszeres Hubvolumen als der zweite Zylinder aufweist. In den Zylindern sind erste und zweite Kolben vorgesehen. In dem ersten Zylinder ist ein Einlaszkanal zur Lieferung einer Ladung ungedrosselten Kraftstoffes vorgesehen, waehrend ein Kraftstoff-Einspritzventil mit Hilfe einer Steuereinrichtung gesteuert wird, um eine Kraftstoffladung in den zweiten Zylinder sobald wie moeglich nach dem Beginn eines Ansaughubes des zweiten Kolbens zu liefern. Die Bewegung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches aus dem zweiten Zylinder in den Verbrennungsraum wird verhindert, bis sich der zweite Kolben an oder in der Naehe seiner inneren Totpunktposition befindet. Der zweite Kolben kann als Vorsprung auf dem Oberteil des ersten Kolbens ausgebildet sein und stellt mit dem zweiten Zylinder eine Ausdehnung des ersten Zylinders dar. Der Motor kann ein Motor mit Kompressionszuendung sein, in welchem die Zuendung in dem Verbrennungsraum selbsttaetig stattfindet, oder es kann alternativ in dem Verbrennungsraum eine Zuendeinrichtung mit Katalysator oder heiszer Oberflaeche vorgesehen sein. Fig. 1{Verbrennungsmotor; Zylinder; Kolben; Einlaszkanal; Kraftstoff; Kraftstoff-Einspritzventil; Steuereinrichtung; Kraftstoffladung; Ansaughub; Kraftstoff-/Luft-Gemisch; Totpunktposition; Kompressionszuendung; Verbrennungsraum; Zuendeinrichtung}An internal combustion engine has a pair of first and second cylinders communicating with a combustion chamber, the first cylinder having a larger displacement than the second cylinder. In the cylinders, first and second pistons are provided. In the first cylinder, an intake passage is provided for supplying a charge of unthrottled fuel, while a fuel injection valve is controlled by means of a controller to supply a fuel charge to the second cylinder as soon as possible after the start of a suction stroke of the second piston. The movement of the fuel / air mixture from the second cylinder into the combustion chamber is prevented until the second piston is at or near its inward dead center position. The second piston may be formed as a projection on the top of the first piston and is an extension of the first cylinder with the second cylinder. The engine may be a compression-ignition engine in which the ignition takes place automatically in the combustion chamber, or alternatively in the combustion chamber a Zuendeinrichtung be provided with a catalyst or hot surface. Fig. 1 {internal combustion engine; Cylinder; Piston; Einlaszkanal; Fuel; Fuel injection valve; Control means; Fuel charge; intake stroke; Fuel / air mixture; dead center; compression-; Combustion chamber; ignition device}
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
-3- 287 080 Charakteristik dos bekannten Standes der Technik-3- 287 080 characteristic of the known state of the art
Ein Verbrennungsmotorsystem kann in eine Anzahl zueinander in Beziehung stehender Untersysteme unterteilt werden, welche zusammen im Betrieb sind, um eine gewünschte Leistung in bezug auf die Geschwindigkeit, die Ausgangsleistung, den Kraftstoffverbrauch und die Abgasemission des Motorsystems zu ermöglichen. Diese Unterteilungen sind die folgenden:An internal combustion engine system may be subdivided into a number of interrelated subsystems that operate together to provide desired performance in terms of speed, output, fuel consumption and exhaust emissions of the engine system. These subdivisions are the following:
a) Zündeinrichtunga) Ignition device
b) Handhabung des Kraftstoffeinlassesb) Handling the fuel inlet
c) Handhabung des Gasstromes innerhalb der Motorzylinder und des Verbrennungsraumes. Das Dieselmotorsystem weist zusätzlich dazu die folgenden Untersysteme auf:c) Handling of the gas flow within the engine cylinder and the combustion chamber. The diesel engine system additionally has the following subsystems:
d) Segregationsmechanismend) segregation mechanisms
e) Mischen des Kraftstoffes und der Luft in einem Verbrennungsraum.e) mixing the fuel and the air in a combustion chamber.
Die Segregation ist der Ausdruck, der dazu verwendet wird, den Ausschluß des Kraftstoffes aus dem Verbrennungsraum des Motors während der Ansaug- und Kompressionshübe des Motors zu beschreiben, um eine Frühzündung zu verhindern, wenn sich in dem Verbrennungsraum eine ständig betriebsfähige Zündeinrichtung befindet. Die Segregation verleiht den Vorteil eines beträchtlichen Wirkungsgrades in einem Verbrennungsmotor aus den folgenden Gründen: (i) Das Motorkompressionsverhältnis kann ohne Bezug auf den verwendeten Kraftstoff ausgewählt werden, da die Selbstzündung durch die Kompression verhindert werden kann,Segregation is the term used to describe the exclusion of fuel from the combustion chamber of the engine during the intake and compression strokes of the engine to prevent pre-ignition when there is a permanently operable ignition device in the combustion chamber. Segregation gives the advantage of considerable efficiency in an internal combustion engine for the following reasons: (i) the engine compression ratio can be selected without reference to the fuel used, since compression by compression can be prevented;
(ii) bei Teillast kann der Kraftstoffeinlaß ohne eine absichtliche Verringerung des Lufteinlasses reduziert werden, (iii) bei Teillast besteht außerdem nicht die Notwendigkeit für irgendeine mechanische Beeinflussung in dem Luftstrom während der Luftansaugung, wie es beispielsweise durch ein Drosselventil bewirkt wird, welches zu Förderverlusten führt. Der Dieselmotor ist der einzige Verbrennungsmotor, der überall verfügbar ist, welcher bei seiner Arbeitsweise die Segregation verwendet. Während des Betriebes wird Luft in einen Zylinder des Motors gesaugt und auf ein hohes Volumunverhältnis (14:1 bis 25:1) komprimiert, im Ergebnis dessen die Luft auf eine hohe Temperatur zwischen 3000C und 400"C erwärmt wird. Der Kraftstoff wird solange nicht in den Zylinder eingespritzt, bis das Ende des Kompressionshubes erreicht ist. Wegen der hohen Temperatur der Luft zündet der Kraftstoff selbst. Die Verbrennung findet jedoch nicht sofort beim Einspritzen des Kraftstoffs statt. Der Kraftstoff tritt in Form von Flüssigkeitströpfchen in den Zylinder. Diese müssen sich mit der Luft in dem Zylinder innig vermischen und verdampfen, bevor sie sich entzünden können, um den Verbrennungsvorgang einzuleiten. Diese Eigenverzögerung bei der Verbrennung macht den Verbrennungsprozeß zu einem relativ langsamen Prozeß, welcher die wirkungsvolle Arbeitsweise des Dieselmotors auf relativ niedrige Geschwindigkeiten begrenzt. Die Segregation, die sich auf das Obige bezieht, wird in dem Dieselmotor mechanisch durch die Kraftstoffeinspritzpumpe hervorgerufen, deren Einspritzdüse den Kraftstoff βυέ dem Zylinder oder dem Verbrennungsraum mechanisch trennt, und zwar bis zu dem Augenblick der Einspritzung.(ii) at partial load, the fuel inlet may be reduced without intentional reduction of the air inlet; (iii) at partial load there is also no need for any mechanical interference in the airflow during the air intake, such as that caused by a throttle valve resulting in delivery losses leads. The diesel engine is the only combustion engine available anywhere that uses segregation in its operation. During operation, air is drawn into a cylinder of the engine and compressed to a high volumetric ratio (14: 1 to 25: 1), as a result of which the air is heated to a high temperature between 300 ° C. and 400 ° C. The fuel becomes Because of the high temperature of the air, the fuel ignites itself, but the combustion does not take place immediately upon injection of the fuel, the fuel enters the cylinder in the form of liquid droplets must intimately mix and vaporize with the air in the cylinder before they can ignite to initiate the combustion process.This inherent delay in combustion makes the combustion process a relatively slow process which limits the efficient operation of the diesel engine to relatively low speeds. The segregation, which refers to the above, is in the Mechanically caused by the fuel injection pump whose injection nozzle mechanically separates the fuel from the cylinder or the combustion chamber until the moment of injection.
wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verbrennungsmotor umfaßt:the object is achieved in that the internal combustion engine comprises:
mindestens ein P->ar erste und zweite Zylinder, die mit einem Verbrennungsraum in Verbindung stehen, wobei der genannteerste Zylinder ein größeres Hubvolumen als der genannte zweite Zylinder aufweist, ein erste Mittel zur Lieferung einer Ladung,die im wesentlichen aus Luft besteht, in den genannten ersten Zylinder,at least one first and second cylinders communicating with a combustion space, said first cylinder having a larger displacement than said second cylinder, first means for providing a charge consisting essentially of air into the engine said first cylinder,
ein zweites Mittel zur Lieferung einer Ladung flüssigen Kraftstoffs in den genannten zweiten Zylinder,entsprechende erste und zweite Kolben, die in den genannten Zylindern beweglich sind,eine ständig betriebsbereite Zündeinrichtung in dem genannten Verbrennungsraum,eine Steuereinrichtung zur Steuerung des genannten zweiten Mittels, um mit der Verteilung der genannten Kraftstoffladung inden genannten zweiten Zylinder während der Bewegung des genannten zweiten Kolbens zwischen einer ersten Position, inwelcher sich der genannte Kolben am Beginn seines Ansaughubes befindet, und einer zweiten Position, in welcher sich dergenannte Kolben nicht weniger als 10° Bewegungswinkel vom Ende seines Kompressionshubes entfernt befindet, zu beginnenund die Lieferung der genannten Kraftstoff ladung zu beenden, wenn der genannte zweite Kolben eine dritte Position erreicht, dienicht später als die innere Totpunktposition des Kolbens am Ende des Kompressionshubas liegt,und Mittel zur verzögernden Bewegung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches aus dem genannten zweiten Zylinder in den genanntena second means for supplying a charge of liquid fuel into said second cylinder, corresponding first and second pistons movable in said cylinders, a continuously operating ignition device in said combustion chamber, control means for controlling said second means to communicate with said second means Distributing said fuel charge in said second cylinder during movement of said second piston between a first position in which said piston is at the beginning of its intake stroke and a second position at which said piston is not less than 10 ° travel angle from the end of its Compression stroke is to start and stop the supply of said fuel charge when said second piston reaches a third position which is not later than the internal dead center position of the piston at the end of the compression stroke, and means for delay Be movement of the fuel / air mixture from said second cylinder in said
im wesentlichen 80% seiner Kompressionshublänge beendet hat, und Mittel zum Auslösen einer Wirbelbewegung in der Luft,die aus dem genannten ersten Zylinder in den genannten Verbrennungsraum zur Unterstützung einer schnellen Vermischung indem genannten Verbrennungsraum des Kraftstoff-/Luft-Gemisches aus dem genannten zweiten Zylinder und Luft aus demgenannten ersten Zylinder während der Verbrennung geliefert wi- <has substantially completed 80% of its compression stroke length, and means for inducing a swirling motion in the air coming from said first cylinder into said combustion space to promote rapid mixing in said combustion space of the fuel / air mixture from said second cylinder and Air supplied from said first cylinder during combustion
größeres Hubvolumen als der genannte zweite Zylinder aufweist, erste Mittel zur Lieferung einer Ladung, die im wesentlichenaus Luft besteht, in den genannten ersten Zylinder,has a larger displacement than said second cylinder, first means for delivering a charge consisting essentially of air into said first cylinder,
zweite Mittel zur Lieferung einer Ladung flüssigen Kraftstoffs in den genannten zweiten Zylinder,entsprechende erste und zweite Kolben, die in den genannton Zylindern beweglich sind,second means for delivering a charge of liquid fuel into said second cylinder, corresponding first and second pistons movable in the genannton cylinders,
genannten zweiten Zylinder während der Bewegung des genannten zweiten Kolbens zwischen einer ersten Position, in welchersich der genannte Kolben am Beginn seines Ansaughubes befindet, und einer /weiten Position, in welcher sich der genanntesaid second cylinder during movement of said second piston between a first position, in which said piston is at the beginning of its suction stroke, and a / wide position, in which said
Kolben nicht weniger als 10° Bewegungswinke! vom Ende seines Kompressionshubes befindet, zu beginnen und die Lieferung der genannten Kraftstoffladung zu beenden, wenn der genannte zweite Kolben eine dritte Position erreicht, die nicht später als die innere Totpunktposition des Kolbens am Ende des Kompressionshubes liegt, und Mittel zur verzögernden Bewegung des Kraftstoff-/Luft-Gemisches aus dem genannten zweiten Zylinder in den genannten Verbrennungsraum, bevor der genannte zweite Kolben eine vierte Position erreicht, in welcher der genannte Kolben im wesentlichen 80% seiner Kompressionshublänge beendet hat, und Mittel zum Auslösen einer Wirbelbewegung in der Luft, die aus dem genannten ersten Zylinder in den genannton Verbrennungsraum zur Unterstützung einer schnellen Vermischung in dem genannten Verbrennungsraum des Kraftstoff-/Luft-Gemisches aus dem genannten zweiten Zylinder und Luft aus dem genannten ersten Zylinder während der Verbrennung geliefert wird.Pistons not less than 10 ° movement angle! from the end of its compression stroke, to begin and terminate delivery of said fuel charge when said second piston reaches a third position not later than the internal dead center position of the piston at the end of the compression stroke, and means for retarding fuel flow. / Air mixture from said second cylinder into said combustion space before said second piston reaches a fourth position in which said piston has substantially 80% of its compression stroke length terminated, and means for inducing a swirling motion in the air resulting from said first cylinder is supplied into the genannton combustion chamber for assisting rapid mixing in said combustion space of the fuel / air mixture from said second cylinder and air from said first cylinder during combustion.
Ein Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung stützt sich auf die Bewegung der Gase zwischen zwei Zylindern mit ungleichem Hubvolumen, die durch einen gemeinsamen Verbrennungsraum miteinander verbunden sind, in welchem die Zündung stattfindet, um die Segregation zu fördern. Es Ist festgelegt worden, daß dann, wenn sich beide Kolben des Motors zu ihren inneren Totpunktpositionen hin bewegen, das Gas aus dem größeren Zylinder durch den Verbrennungsraum und in den kleineren Zylinder während des größten Teils des Kompressionshubes strömt. Der Kraftstoff wird während des Ansaughubes des kleineren Zylinders und/oder eines Teils des Kompressionshubes in den kleineren Zy linder eingeleitet, und zwar bis zu einer Kolbenposition, bei welcher der Gasstrom umkehrt und der Inhalt des kleineren Zylinders in den Verbrennungsraum eintritt. Der flüssige Kraftstoff kann in den kleineren Zylinder eingeleitet werden, beginnend bei irgendeinem Teil oder der gesamten Hubbewegung des Kolbens des zweiten Zylinders aus der inneren Totpunkt- (IOC·) Position des zweiten Kolbens am Beginn des Ansaughubes bis zu nicht weniger als 10% vor der inneren Totpunktposition am Ende des Kompressionshubes, über den ganzen Bereich der Kraftstoffübernahmezustände von Vollast bis Leerlauf und nicht später als bei der inneren Totpunktposition am Ende des Kompressionshubes endend.An internal combustion engine according to the present invention relies on the movement of the gases between two cylinders of unequal displacement connected by a common combustion chamber in which the ignition takes place to promote segregation. It has been determined that as both pistons of the engine move toward their internal dead center positions, the gas flows from the larger cylinder through the combustion chamber and into the smaller cylinder during most of the compression stroke. The fuel is introduced during the intake stroke of the smaller cylinder and / or a portion of the compression stroke in the smaller cylinder Zy, up to a piston position at which the gas flow reverses and the contents of the smaller cylinder enters the combustion chamber. The liquid fuel may be introduced into the smaller cylinder, starting at any part or the total stroke of the piston of the second cylinder from the inner dead center (IOC ·) position of the second piston at the beginning of the intake stroke up to not less than 10% before internal dead center position at the end of the compression stroke, ending over the full range of fuel takeover states from full load to idle and no later than at the inner dead center position at the end of the compression stroke.
Die Einleitung des flüssigen Kraftstoffes in den kleineren Zylinder während eines vorgewählten Teils des Zyklus vor der Zündung ermöglicht es, den Kraftstoff rechtzeitig in dem kleineren Zylinder in Gas zu verdampfen, so daß dann, wenn es in den Verbrennungsraum eintritt, um entzündet zu werden, der folgende Verbrennungsprozeß gasförmigen Kraftstoff enthält und viel schneller erfolgt im Vergleich mit dem Verbrennungsprozeß im Dieselmotor. Die« ermöglicht es, den Motor nach der vorliegenden Erfindung bei viel höheren Geschwindigkeiten zu betreiben, als es mit dem Dieselmotor möglich ist. Im wesentlichen kombiniert der Motor nach der vorliegenden Erfindung den Wirkungsgrad des Dieselmotors als eines Segregationsmotors mit dem Vermögen des Schnellaufs eines Benzinmotors.The introduction of the liquid fuel into the smaller cylinder during a preselected part of the pre-ignition cycle allows the fuel to be vaporized in time in the smaller cylinder in gas so that when it enters the combustion chamber to be ignited, the Following combustion process contains gaseous fuel and takes place much faster compared to the combustion process in the diesel engine. The "allows the engine according to the present invention to operate at much higher speeds than is possible with the diesel engine. In essence, the engine according to the present invention combines the efficiency of the diesel engine as a segregation engine with the ability of fast running a gasoline engine.
Eine Anzahl von Merkmalen bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung trägt zur wirksamen Segregation bei. Dazu gehören:A number of features in a preferred embodiment of the invention contribute to effective segregation. This includes:
a) eine Kombination eines Zylinders mit großem Hubvolumen, welcher nur Luft enthält (oder Luft mit einer solchen kleinen Menge Kraftstoff, daß es durch das Zündmittel in dem Verbrennungsraum nicht entzündbar ist, wobei die obere Grenze eines beliebigen derartigen Kraftstoff-/Luft-Mischverhältnlsses unterhalb der unteren (mager) Entflammbarkeitsgrenze für eine derartige Mischung liegt) mit einem Zylinder kleineren Hubvolumens, in welchem der Kraftstoff eingeleitet wird. Die beiden Zylinder sind mittels eines gemeinsamen Verbrennungsraumes miteinander verbunden.a) a combination of a cylinder with a large displacement, which contains only air (or air with such a small amount of fuel that it is not ignitable by the ignition means in the combustion chamber, the upper limit of any such fuel / air mixture ratio below the lower (lean) flammability limit for such a mixture) with a cylinder of smaller stroke volume in which the fuel is introduced. The two cylinders are connected to each other by means of a common combustion chamber.
b) Die Einleitung des Kraftstoffs in den kleineren Zylinder in der flüssigen Form kühlt die Gase in dem kleineren Zylinder durch Verdampfung ab, so daß sich dort der Druck in bezug auf den Druck in dem größeren Zylinder bei beliebig vorgegebenen 'Kolbenpositionen während des Kompressionshubes bis in den Endbereich des Kompressionshubes verringert. Dies fördert auf wirksame Weise einen Gasstrom aus dem größeren Zylinder durch den Verbrennungsraum in den kleineren Zylinder.b) The introduction of the fuel into the smaller cylinder in the liquid form cools the gases in the smaller cylinder by evaporation, so that there the pressure with respect to the pressure in the larger cylinder at any given piston positions during the compression stroke up to reduces the end of the compression stroke. This effectively promotes gas flow from the larger cylinder through the combustion chamber into the smaller cylinder.
c) Ein frei wählbares Merkmal besteht darin, daß der Phasenunterschied zwischen den Positionen der Kolben in den größeren und kleineren Zylindern ausgewählt werden kann, um den Kurbelwinkel einzustellen, bei welchem die Inhalte des kleineren Zylinders in den Verbrennungsraum eintreten, um die Zündung und den Verbrennungsprozeß auszulösen.c) A freely selectable feature is that the phase difference between the positions of the pistons in the larger and smaller cylinders can be selected to adjust the crank angle at which the contents of the smaller cylinder enter the combustion chamber to ignite and burn trigger.
d) Der Verbrennungsraum steht mit dem kleineren Zylinder über eine öffnung in Verbindung, welche den Gasstrom in den kleineren Zylinder während des Ansaughubes beschränkt; damit wird auf den Druck in dem kleineren Zylinder zu Beginn ctes Kompressionshubes eingewirkt, um den Druck auf einem geringeren Wert zu halten als den Druck in dem größeren Zylinder.d) the combustion chamber communicates with the smaller cylinder via an opening which confines gas flow into the smaller cylinder during the intake stroke; this acts on the pressure in the smaller cylinder at the beginning of the compression stroke to maintain the pressure at a lower value than the pressure in the larger cylinder.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend weiter an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigenThe present invention will be further described below by way of example with reference to the accompanying drawings. Show in it
Erfindung; Fig. 2: eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines Verbrennungsmotors nach der vorliegendenInvention; Fig. 2 is a view similar to Fig. 1 of a second embodiment of an internal combustion engine according to the present invention
Erfindung; Fig. 3: eine den Fig. 1 und 2 ähnliche Ansicht einer dritten Ausführungsform eines Verbrennungsmotors nach der vorliegendenInvention; Fig. 3 is a view similar to Figs. 1 and 2 of a third embodiment of an internal combustion engine according to the present invention
Erfindung, und Fig. 4: einen Schnitt durch eine modifizierte Form eines Verbrennungsraum^ für einen Verbrennungsmotor nach dervorliegenden Erfindung.4, a section through a modified form of a combustion space 1 for an internal combustion engine according to the present invention.
Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese ist ein Schnitt durch einen Teil einer bevorzugten Form eines Verbrennungsmotors ntr'.i der vorliegenden Erfindung. Zum besseren Verständnis und im Interesse einer vollständigen Beschreibung des Motors und seiner Arbeitsweise muß auf die früheren britischen Anmeldungen mit den Nummern 2155 546 und 2186913 verwiesen werden. In den beigefügten Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in den zuvor erwähnten früheren Patentbeschreibungen, um gleiche Teile zu erkennen.First, reference is made to FIG. 1. This is a section through part of a preferred form of an internal combustion engine ntr'.i of the present invention. For a better understanding and in the interests of a complete description of the engine and its operation, reference should be made to the earlier British applications Nos. 2155 546 and 2186913. In the accompanying drawings, the same reference numerals are used as in the aforementioned earlier patent specifications to identify like parts.
Der Motor der Fig. 1 besitzt ein oder mehrere Paare zusammenwirkender erster und zweiter Zylinder 12; 14, die entsprechende erste und zweite Kolben 16; 18 enthalten. Dio Zylinder 12; 14 sind durch einen Verbrennungsraum 20 in dem Motorzylinderkopf miteinander verbunden. Die beiden Zylinder werden durch einen großen Zylinder 12 gebildet, welcher eine zylindrischeThe engine of Figure 1 has one or more pairs of cooperating first and second cylinders 12; 14, the corresponding first and second pistons 16; 18 included. Dio cylinder 12; 14 are interconnected by a combustion chamber 20 in the engine cylinder head. The two cylinders are formed by a large cylinder 12 which is a cylindrical one
außermittig positioniert dargestellt ist, kann er sich in einer beliebigen Position befinden, einschließlich einer zentralen desOff-center positioned, it may be in any position, including a central one of the
selbst in seiner Süßeren Totpunktlage.even in his sweeter dead center.
einer geeigneten Zündeinrichtung 22, wie unten beschrieben, ausgestattet. Der Kraftstoff wird in den kleineren Zylinder 14 mita suitable ignition device 22, as described below equipped. The fuel is in the smaller cylinder 14 with
ungedrosselt, das heißt, sie wird beispielsweise nicht mit Hilfe eines Drosselklappenventils gesteuert, wie in dem Fall mitbekannten Benzinmotoren. In dem kleineren Zylinder 14 ist eine Auspufföffnung vorgesehen. Als Alternative können sichunthrottled, that is, for example, it is not controlled by means of a throttle valve, as in the case with known gasoline engines. In the smaller cylinder 14, an exhaust port is provided. As an alternative you can
gezeigt ist. Die Kanäle können durch Ventile geöffnet und geschlossen werden, beispielsweise Ablaßventile oder durch dieis shown. The channels can be opened and closed by valves, such as drain valves or through the
einen Lichtbogen erzeugen können, um den Startvorgang zu unterstützen, oder eine heiße Oberfläche, beispielsweise einecan generate an arc to assist the starting process, or a hot surface, such as a
kann ohne Kolbenringe betrieben werden, da die Luft nur aus dem größeren Zylinder zu dem kleineren Zylinder 14 ausströmt,während zwischen den beiden Zylindern eine geringe Druckdifferenz auftritt.can be operated without piston rings, since the air flows only from the larger cylinder to the smaller cylinder 14, while between the two cylinders a small pressure difference occurs.
größten Teil des Volumens in die Öffnung 40 zu verdrängen, und zwar bei oder in der Nähe des inneren Totpunktes. Derdisplace most of the volume in the opening 40, at or near the inner dead center. The
unten in näheron Einzelheiten beschrieben.Described in detail below.
übereinstimmend bewegen, das heißt, sie erreichen den inneren Totpunkt (IDC) und den äußeren Totpunkt (ODC) gleichzeitig,der Motor arbeitet jedoch mit dem zweiten Kolben 18 leicht nacheilend oder leicht voreilend bezüglich des ersten Kolbens 16.they move coincidentally, that is, they reach the inner dead center (IDC) and the outer dead center (ODC) simultaneously, but the engine is slightly lagging or slightly advanced with respect to the first piston 16 with the second piston 18.
abnimmt.decreases.
das Zündmittel verwendet, das aktiv oder dazu in der Lage ist, über den gesamten Motorzyklus oder über eine vorgewählteuse the ignition medium that is active or capable of being used over the entire engine cycle or over a preselected one
1. Ein Teil oder die gesamte Wand des Verbrennungsraumes können ausgebildet oder mit einem keramischen Material überzogen sein, das einen Wärmeisolator darstellt und sehr hohe Temperaturen während des Betriebes des Motors erreicht, um so ein heißes Oberflächenzündmittel zu bilden. Die Kraftstoff-/Luftmischung entzündet sich bei Berührung mit der heißen Keramikoberfläche.1. A part or the entire wall of the combustion chamber may be formed or coated with a ceramic material, which is a heat insulator and reaches very high temperatures during operation of the engine, so as to form a hot surface igniter. The fuel / air mixture ignites on contact with the hot ceramic surface.
2. Als eine Alternative zu dem keramischen Material kann ein Teil oder die gesamte Verbrennungsraumwand eine Metallwand sein, welche während des Betriebes des Motors auch Temperaturen erreichen kann, die für eine Zündung geeignet sind.2. As an alternative to the ceramic material, some or all of the combustion chamber wall may be a metal wall which may also reach temperatures suitable for ignition during engine operation.
3. Das Zündmittel kann in der Form eines Katalysators vorliegen, typischerweise Platin und/oder Palladium, vorzugsweise in der Form eines Films oder einer Beschichtung auf einem Teil oder, der gesamten Innenwand oder der Wände des Verbrennungsraumes.3. The ignition agent may be in the form of a catalyst, typically platinum and / or palladium, preferably in the form of a film or coating on a part or all or part of the interior wall or walls of the combustion chamber.
4. Es kann eine beliebige der oben erwähnten Kombinationen verwendet werden.4. Any of the above-mentioned combinations may be used.
5. EineKompresslonszündung.beiwelcherdieheißenGasedenVerbrennungsraumplötzlichfüllen.entzündetdenKraftstoffamEnde des Kompressionstaktes mit oder ohne die Hilfe der oben erwähnten Zündeinrichtung.5. Compressor firing. Where the hot gases suddenly fill the combustion chamber. Ignites the fuel at the end of the compression stroke with or without the aid of the above mentioned igniter.
Während eines Ansaughubes wird Luft durch den Einlaßkanal in den größeren Zylinder 12 gesaugt, und ein Teil der angesaugten Luft wird durch den Verbrennungsraum in den kleineren Zylinder 14 gesaugt. Der Kraftstoff wird außerdem über einen vorgewählten Winkel (Länge)derKoltnbewegunginden Zylinder 14 eingespritzt oder eingeleitet. Der Kraftstoff wird vor dem inneren Totpunkt am Ende des Kompressionstaktes ausreichend in den kleineren Zylinder eingeleitet, um es zu ermöglichen, daß ein wesentlicher Teil des Kraftstromes verdampft, bevor der zweite Kolben den inneren Totpunkt erreicht. Der Bewegungsbereich des zweiten Kolbens, innerhalb dessen der Beginn der Einspritzung stattfindet, erfolgt vom inneren Totpunkt des Kolbens zu Beginn des Ansaughubes bis annähernd 10° Bewegungswinkel vor dem inneren Totpunkt am Ende des Kompressionstaktes. Der bevorzugte Bereich, in welchem der Beginn der Einspritzung erfolgt, befindet sich vom innerenTotpunkt bei Beginn des Ansaughubes biszu dem Punkt, an welchem der Kolben 90% (Äquivalent zu einem Winkel der Bewegung von ungefähr 144°) seiner Kompressionshublänge vollendet hat. Die Einspritzung des Kraftstoffs endet nicht später als zum inneren Totpunkt am Ende des Kompressionshubes. L..4 Kraftstoffeinspritzung kann zu einer beliebigen Zeh innerhalb dieses Bereiches über den vorgewählten Winkel erfolgen, aber die Einspritzung erfolgt idealerweise Im Ansaughub so früh wie möglich, um dem Kraftstoff zu seiner Verdampfung soviel Zeit wie möglich zur Verfügung zu stellen. Beieiner bevorzugtenAusführungsformderErfindungerfolgt die Kraft Stoffeinspritzung sofort nach BeginndesAnsaughubes.During an intake stroke, air is drawn into the larger cylinder 12 through the intake port, and a part of the intake air is drawn into the smaller cylinder 14 through the combustion chamber. The fuel is also injected or introduced into the cylinder 14 over a preselected angle (length) of bolt travel. The fuel is sufficiently introduced into the smaller cylinder prior to the internal dead center at the end of the compression stroke to allow a substantial portion of the power flow to evaporate before the second piston reaches internal dead center. The range of movement of the second piston, within which the beginning of the injection takes place, takes place from the inner dead center of the piston at the beginning of the intake stroke to approximately 10 ° movement angle before the inner dead center at the end of the compression stroke. The preferred range in which the injection begins is from the internal dead center at the beginning of the intake stroke to the point where the piston has completed 90% (equivalent to an angle of movement of approximately 144 °) of its compression stroke length. The injection of the fuel does not end later than the internal dead center at the end of the compression stroke. L..4 Fuel injection may be to any toe within this range above the preselected angle, but ideally the injection is made as early as possible in the intake stroke to provide as much time as possible to the fuel for its vaporization. In a preferred embodiment of the invention, the force injection occurs immediately after the beginning of the suction stroke.
durch den Kolben 16 Luft in den Verbrennungsraum 20 geliefert; das führt zwangsläufig zu einer Wirbelbewegung innerhalb dessupplied by the piston 16 air in the combustion chamber 20; this inevitably leads to a whirling movement within the
ein, bei welcher sich eine Öffnung in die Kammer in einer Richtung öffnet, welche eine relativ große tangential Komponenteaufweist. Die Luft wandert außerdem in den Zylinder 14, um sich" in diesem Zylinder 14 mit dem LufWKraftstoff-Gemisch zuvermischen.one in which an opening in the chamber opens in a direction having a relatively large tangential component. The air also travels into the cylinder 14 to mix in this cylinder 14 with the LufWFstoffstoffgemisch.
erfolgt dies zum Ende des Kompressionstaktes. Der Eintritt der reichen Kraftstoff-/Luft-Mischung in den Verbrennungsraum istmit einem schnellen Vermischen verbundon, vorzugsweise durch geeignete Mittel und Einrichtungen, wie dies in den obenerwähnten Patentanmeldungen herausgestellt ist.this is done at the end of the compression stroke. The entry of the rich fuel / air mixture into the combustion chamber is combined with rapid mixing, preferably by suitable means and means, as pointed out in the above-referenced patent applications.
oder heißen Oberfläche bei Berührung des Kraftstoff'/Luft-Gemisches mit der Oberfläche ausgelöst. Dort, wo das Zündmitteleine Kompressionszündung ist, entzündet sich das Kraftstoff'/Luft-Gemisch in dem Verbrennungsraum selbst. Das Kraftstoff-/or hot surface upon contact of the fuel / air mixture with the surface. Where the ignition means is compression ignition, the fuel / air mixture in the combustion chamber itself ignites.
es zu reich (oder zu mager) ist. Da die Kraftstoff'/Luft-Mischung, die aus dem kleineren Zylinder 14 in den Verbrennungsraumgepreßt wird, vollständig oder teilweise verdampft wird, gibt es bei der Zündung keine Verzögerung, im Gegensatz zumit is too rich (or too lean). Since the fuel / air mixture that is forced out of the smaller cylinder 14 into the combustion chamber is completely or partially vaporized, there is no delay in ignition as opposed to
bevor sie verbrannt werden können.before they can be burned.
wird er zumindest teilweise verdampft, sobald er in den Verbrennungsraum eingeleitet wird, so daß sich die Zündverzögerungverringert. Die Verbrennung erhöht die Temperatur und fördert die Zündung der verbleibenden Gase. Wenn die Verbrennungbeginnt, erfordert die sich vollziehende chemische Reaktion zusätzlichen Sauerstoff, um diese fortzusetzen, und dies führt zueiner verstärkten Vermischungsbewegung. Bei einer katalytischen oder einer Zündung mit heißer Oberfläche wird der Kraftstoffauf einer Oberfläche des Verbrennungsraumes entzündet und der verbrennende Kraftstoff bewirkt, daß sich die Gase ausdehnenund radial nach innen bewegen, wobei eine starke Wechselwirkung mit dem Luftstrom In dem Verbrennungsraum eineleistungsfähige Mischwirkunp hervorruft.it is at least partially vaporized as soon as it is introduced into the combustion chamber, so that the ignition delay is reduced. The combustion increases the temperature and promotes the ignition of the remaining gases. As combustion commences, the chemical reaction that takes place requires additional oxygen to continue, and this results in increased mixing. In hot surface catalytic or hot-surface ignition, the fuel is ignited on a surface of the combustion chamber and the burning fuel causes the gases to expand and move radially inward, with strong interaction with the air flow in the combustion chamber producing a reactive mixing action.
ausgedehnten Kontakt mit dem Katalysator oder der heißen Oberfläche über eine zeitliche Periode, um eine schnelle undvollständige Verbrennung zu fördern. Beide Kolben werden anschließend vom inneren Totpunkt weggesteuert, so daß esmöglich ist, verbrannte Gase zu expandieren und Arbeit von den Kolben an die Motorkurbelwelle oder Kurbelwellen abzugeben.prolonged contact with the catalyst or hot surface over a period of time to promote rapid and complete combustion. Both pistons are then piloted away from internal dead center so that it is possible to expand combusted gases and deliver work from the pistons to the engine crankshaft or crankshafts.
/Luft-Gemisch in dem kleinen Zylinder 14 in den Verbrennungsraum 20 übertragen wird, wenn sich der Kolben 18 zum inneren/ Air mixture in the small cylinder 14 is transferred into the combustion chamber 20 when the piston 18 to the inner
das KraftstoftVLuft-Gemisch, das zwischen dem Kopf des Kolbens 18 und der beschichteten Kopfwand des Zylinders 14the fuel-air mixture, the between the head of the piston 18 and the coated top wall of the cylinder 14th
eingeschlossen ist, durch den engeren Teil der Öffnung 40 in den Verbrennungsraum gepreßt wird. Dies erhöht auch dieis pressed through the narrower part of the opening 40 in the combustion chamber. This also increases the
öffnung 40 verbleibt, um einen Zugang zum Verbrennungsraum für die Gase zu ermöglichen, die zwischen dem Kopf desOpening 40 remains to allow access to the combustion chamber for the gases that exist between the head of the
gesamten Umfang des Vorsprungs 100 oder über einen Teil des Umfangs erweitert werden.Whole circumference of the projection 100 or over a part of the circumference to be extended.
bewegt.emotional.
kreisförmig oder in Form eines Ellipsoids oder eine unregelmäßige Form, wie die Querschnittsform des Vorsprungs 100 seincircular or in the form of an ellipsoid or an irregular shape, such as the cross-sectional shape of the protrusion 100
der Nähe zu einem Rand des Kolbens angeordnet ist. Dies ermöglicht große Einlaß- und Auspufföffnungen, die in dem mit demis arranged close to an edge of the piston. This allows large intake and exhaust ports in the with the
größere Öffnungen, die verwendet werden müssen, um die Weitergabe der Luft von dem Einlaßventil und durch denlarger openings, which must be used to the transfer of air from the inlet valve and through the
kreisförmig (obwohl andere effektiv gekrümmte Gestaltungen verwendet werden können) mit einem Radius R|. Beidecircular (although other effectively curved shapes may be used) with a radius R |. Both
jedoch über einen Teil des Umfanges unmittelbar vor den Öffnungen 40 und 44 verringert (in der Richtung der Bewegung der Gase in dem Verbrennungsraum). Die Radien der Krümmung unmittelbar vor den Öffnungen 40 und 44 sind entsprechend Rj und R2. Die Radien R2 und R3 können gleich oder unterschiedlich sein.however, decreases over part of the circumference immediately before the openings 40 and 44 (in the direction of movement of the gases in the combustion chamber). The radii of curvature immediately before the openings 40 and 44 are corresponding to Rj and R 2 . The radii R 2 and R 3 may be the same or different.
Es wird natürlich eingeschätzt, daß beide oder nur einer der Radien R2 und R3 vom Radius Rt abweichen. Die Wirkung des Wechsels der Krümmung besteht darin, den zirkulierenden Gasstrom in dem Verbrennungsraum in bezug auf die Ströme, die durch die Öffnungen 40 und 44 in den Verbrennungsraum eintreten, zu verdrängen. Dies ermöglicht eine verbesserte Mischung der Gase und verringert irgendeine Tendenz der zirkulierenden Gase in dem Verbrennungsraum, den Eintritt der Gase durch die Öffnungen 40 und 44 zu behindern.It is of course estimated that both or only one of the radii R 2 and R 3 differ from the radius Rt. The effect of the change in curvature is to displace the circulating gas flow in the combustion space with respect to the flows entering the combustion space through the openings 40 and 44. This allows for improved mixing of the gases and reduces any tendency of the circulating gases in the combustion chamber to hinder the entry of the gases through the openings 40 and 44.
Der Hauptvorteil der oben beschriebenen Ausführungsformen eines Segregationsmotors gegenüber dem Diesel· Segregationsmotor besteht darin, daß der flüssige Kraftstoff in den kleineren Zylinder 14 viel früher eingeleitet werden kann, d. h. zu irgendeiner Zeit vom Beginn des Ansaughubes bis 10° Winkelbewegung vom inneren Totpunkt am Ende des Kompressionstaktes. Das ermöglicht es, daß der Kraftstoff viel mehr Zeit zum Verdampfen zur Verfügung hat, bevor er gezwungen wird, in den Verbrennungsraum einzutreten. Die Zündung und die Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffes erfolgen viel schneller al· bei einem flüssigen Kraftstoff bei Eliminierung der Zündverzögerung und einer längeren Verbrennungsdauer eines Dieselmotors und verleiht der vorliegenden Erfindung eine Eignung zu einer gut funktionierenden Betriebsweise mit hoher Geschwindigkeit.The main advantage of the above-described embodiments of a segregation engine over the diesel · segregation engine is that the liquid fuel can be introduced into the smaller cylinder 14 much earlier, i. H. at any time from the beginning of the intake stroke to 10 ° angular movement from the inner dead center at the end of the compression stroke. This allows the fuel to have much more time to evaporate before being forced to enter the combustion chamber. Ignition and combustion of the gaseous fuel occur much faster than with a liquid fuel with the elimination of spark retard and longer combustion time of a diesel engine, and lend the present invention suitability for high speed, well-functioning operation.
Der flüssige Kraftstoff, der während des Ansaughubes eingespritzt wird, kann bei relativ niedrigen Drücken im Vergleich mit einem Dieselmotor eingespritzt werden. Wenig flüchtige Flüssigkraftstoffe können auch vorgewärmt werden, beispielsweise durch Austauschwärme mit Motorkühlwasser oder Auspuffgasen. Die wenig flüchtigen Flüssigkraftstoffe können auch bei höheren Drücken eingespritzt werden, um eine feinere Atomisierung des Kraftstoffes zu erleichtern, welcher wiederum die Verdampfung unterstützt.The liquid fuel injected during the intake stroke can be injected at relatively low pressures compared to a diesel engine. Low volatile liquid fuels can also be preheated, for example, by heat exchange with engine cooling water or exhaust gases. The low volatility liquid fuels may also be injected at higher pressures to facilitate finer atomization of the fuel, which in turn aids vaporization.
Der Kraftstoff in Form eines Gases kann im Motor auf einer Zweifach-Kraftstoffbasis verwendet werden. Eine kleine Kraftstoffmenge in gasförmiger Form kann beim Lufteintritt in den größeren Zylinder 12 mit Luft vermischt werden (die Mischung befindet sich unter der mageren Entflammbarkeitsgrenze), während der größere/Teil des Kraftstoffes in flüssiger Form in den kleineren Zylinder 14 eingespritzt wird. Eine kleine Menge des gasförmigen Kraftstoffes kann in einer größeren Menge der Luft unbeeinflußt von dem Zündmittel in dem Verbrennungsraum verbleiben.The fuel in the form of a gas may be used in the engine on a dual fuel basis. A small amount of fuel in gaseous form may be mixed with air as the air enters the larger cylinder 12 (the mixture is below the lean flammability limit) while the greater part of the fuel is injected in liquid form into the smaller cylinder 14. A small amount of the gaseous fuel may remain in the combustion chamber in a larger amount of the air unaffected by the ignition means.
Von Fachleuten auf diesem Gebiet wird eingeschätzt, daß die in den Fig. 1 und 2 offenbarten Ausführungsformen zusammen oder getrennt in einem Motor benutzt werden können und mit irgendeiner der in den zuvor erwähnten früheren Beschreibungen erläuterten Ausführungsformen kombiniert werden können.It will be appreciated by those skilled in the art that the embodiments disclosed in FIGS. 1 and 2 may be used together or separately in a motor and combined with any of the embodiments discussed in the aforementioned earlier descriptions.
Obwohl jeder Verbrennungsraum, der sich auf das Obige bezieht, in der Weise beschrieben wird, daß er eine gekrümmte Oberfläche oder eine gekrümmte Querschnittsform aufweist, wird eingeschätzt, daß der Ausdruck .gekrümmt" solche Oberflächen enthält, die durch eine Anzahl gerader oder gekrümmter Teile oder eine Kombination beider gebildet sind, beispielsweise einen Verbrennungsraum in der Form eines Polyeders.Although each combustion chamber relating to the above is described as having a curved surface or a curved cross-sectional shape, it will be appreciated that the term "curved" includes such surfaces defined by a number of straight or curved portions a combination of both are formed, for example a combustion chamber in the form of a polyhedron.
Der Kopf des ersten Kolbens 16 oder ein Teil davon können mit keramischem Material ausgerüstet oder daraus geformt sein, welches während des Betriebes des Motors eine heiße Oberfläche bildet und dio Verbrennung unterstützt. Das keramische Material kann vorzugsweise mit katalytischem Material beschichtet sein.The head of the first piston 16 or a part thereof may be equipped with or formed of ceramic material which forms a hot surface during operation of the engine and promotes combustion. The ceramic material may preferably be coated with catalytic material.
Wenn ein Mehrfachzylinder-Motor dieser Art über den vollen Bereich des Kraftstoffbedarfs Kraftstoff aufnimmt, kann bei geringen Belastungen ein Zustand erreicht werden, wenn das KrafistoffVLuft-Verhältnis der Mischung in dem kleineren Zylinder innerhalb der Entflammbarkoitsgrttnzen absinkt, indem die Zündung der Mischung in dem kleineren Zylinder durch die Kompressionszündung hervorgerufen wird. Dies kann durch Steuerung der eingespritzten Kraftstoffmenge so vermieden werden, daß dann, wenn beispielsweise das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis der Mischung bis in den Bereich eines vorgewählten Wertes über der Entflammbarkeitsgrenze für angereicherten Kraftstoff absinkt, der Kraftstoff, der in mehrere Zylinder eingespritzt wird, bis zu einer eingestellten Menge erhöht wird, um die Mischung über der Entflammbarkeitsgrenze für angereicherten Kraftstoff zu halten, während der in die anderen Zylinder eingspritzte Kraftstoff unmittelbar verringert wird, um das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis der anderen Mischungen unter der Mager-Entflammbarkeitsgrenze wiederherzustellen. Damit ist sichergestellt, daß der Motor weiterläuft, um bei der geforderten Vollast ohne die Gefahr einer unerwünschten Zündung während des Motorzyklus zu arbeiten. Sobald der Kraftstoffbedarf des Motors derart ist, daß das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder unterhalb der Mager-Entflammbarkeitsgrenze liegen sollte, wird die in jeden Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge auf denselben Wert eingestellt, um ein solches Kraftstoff-/Luft-Verhältnis in jedem Zylinder zu schaffen. Es wird eingeschätzt, daß die umgekehrte Arbeitsweise eintritt, wenn sich das Kraftstoff-/Luft-Verhältnis der Mischung in jedem Zylinder erhöht, und zwar innerhalb einer vorgewählten Größe unterhalb der mageren Entflamrnbarkeitsgrenze. Das Obige läßt sich bei der Benutzung eines katalytischen Zündmittels anwenden, das zur Zündung von Mischungen unterhalb der Entflammbarkeitsgrenze für mageren Kraftstoff geeignet ist.When a multi-cylinder engine of this type receives fuel over the full range of fuel demand, a condition may be achieved under light loads as the fuel air-to-air ratio of the mixture in the smaller cylinder falls within the ignition limits by igniting the mixture in the smaller cylinder caused by the compression ignition. This can be avoided by controlling the amount of fuel injected so that, for example, when the fuel / air ratio of the mixture falls below the range of a preselected value above the enriched fuel flammability limit, the fuel injected into a plurality of cylinders, is increased to a set amount to keep the mixture above the enriched fuel flammability limit, while the fuel injected into the other cylinders is immediately reduced to restore the fuel / air ratio of the other mixtures below the lean flammability limit. This ensures that the engine continues to run at the required full load without the risk of unwanted ignition during the engine cycle. Once the fuel demand of the engine is such that the fuel / air ratio of the mixture in each cylinder should be below the lean flammability limit, the amount of fuel injected into each cylinder is set to the same value to such air / fuel ratio to create in each cylinder. It is estimated that the reverse operation occurs as the fuel / air ratio of the mixture in each cylinder increases, within a preselected magnitude below the lean exhaustibility limit. The above applies to the use of a catalytic igniter suitable for igniting mixtures below the lean fuel flammability limit.
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DE2745902A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING PRESSURE IN COMBUSTION ENGINE |
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Date | Code | Title | Description |
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RPI | Change in the person, name or address of the patentee (searches according to art. 11 and 12 extension act) | ||
ASS | Change of applicant or owner |
Owner name: COVENTRY UNIVERSITY, CONVENTRY Effective date: 19930120 Owner name: MERRIT, DR. DAN Effective date: 20020426 |
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IF04 | In force in the year 2004 |
Expiry date: 20090506 |