DE2202796A1

DE2202796A1 - WORKING PROCEDURE FOR A FOUR-STROKE COMBUSTION ENGINE WITH EXTERNAL TIME-POINT IGNITION AND SHIFT CHARGING

Info

Publication number: DE2202796A1
Application number: DE19722202796
Authority: DE
Inventors: Werner Traub; Wilhelm Wagner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1972-01-21
Filing date: 1972-01-21
Publication date: 1973-07-26

Description

Daimler-Benz AktiengesellschaftDaimler-Benz Aktiengesellschaft

Stuttgart-Untertürkheim Paint 8122M Stuttgart-Untertürkheim Paint 8122M

20.Jan.1972Jan 20, 1972

Arbeitsverfahren für eine mit Zeitpunktfremdzündung und Schichtladung arbeitende ViertaktbrennkraftmaschineWorking method for a four-stroke internal combustion engine operating with spark ignition and stratified charge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Arbeitsverfahren für eine mit Zeitpunktfremdzündung und Schichtladung arbeitende Viertaktbrennkraftmaschine, bei dem zunächst der angesaugten Verbrennungsluft durch eine Einspritzdüse Kraftstoff zur Bildung eines an Kraftstoff armen, nicht zur Selbstzündung ausreichenden möglichst gleichmäßigen Gemische zugeführt wird und während des Verdichtungshubes durch eine zweite Einspritzdüse von einer üblichen Kolbeneinsprit zpumpe her weiterer Kraftstoff zur Sicherstellung eines fetten Gemischs an der Zündkerze in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, sowie auf eine Brennkraftmaschine zum Durchführen dieses Verfahrens.The invention relates to a working method for a four-stroke internal combustion engine operating with spark ignition and stratified charge, in which initially the combustion air is sucked in through an injection nozzle to form a fuel Low-fuel, not sufficient for self-ignition mixtures as uniform as possible is supplied and during the compression stroke through a second injection nozzle from a conventional piston injection pump, further fuel to ensure a rich mixture is injected at the spark plug into the combustion chamber, as well as on an internal combustion engine to carry out this procedure.

Es ist bekannt, daß der Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen für eine gegebene Leistung mit steigendem Verdichtungsverhältnis sinkt. Anderseits neigen gemischverdichtende Brennkraftmaschinen mit zunehmender Verdichtung zum sogenannten "Klopfen", welches mit einem Leistungsverlust und damit einem Wiederansteigen des spezifischen Kraftstoffverbrauchs verbunden ist und weitere Schäden herbeiführen kann. Während man die Klopfgrenze der Verdichtung im allgemeinen nur mit Spezialkraftstoffen heraufsetzen kann, die teurer als Normalkraftstoffe sind und wegen der Zusätze auch zu gesundheitsschädlicheren Abgasen als Normalkraftstoffe führen, sind in letzter Zeit für die betroffenen Viertaktbrennkraftmaschinen auch schon eine Reihe von Arbeitsverfahren mit sogenannter "Schichtladung¹¹ bekannt geworden, mit der sich die Klopfgrenze auch unter Verwendung von Normalkraft-It is known that the fuel consumption of internal combustion engines for a given output decreases as the compression ratio increases. On the other hand, with increasing compression, mixture-compressing internal combustion engines tend to so-called "knocking", which is associated with a loss of power and thus a renewed increase in the specific fuel consumption and can cause further damage. While the knock limit of compression can generally only be increased with special fuels, which are more expensive than normal fuels and, because of the additives, also lead to more harmful exhaust gases than normal fuels, a number of work processes with so-called "stratified charge ^{11" have recently been used for the four-stroke internal combustion engines concerned} became known, with which the knock limit can also be determined using normal force

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stoff heraufsetzen läßt. Die Schichtladung erfordert eine Zuführung des Kraftstoffs in zwei Teilmengen, von denen die erste beispielsweise in Form eines angesaugten Gemische von Kraftstoff und Verbrennungsluft in den Arbeitszylinder gelangt oder durch eine Einspritzdüse in den Arbeitszylinder während des Saughubes eingespritzt wird, während die zweite Teilmenge während des Verdichtungshubes so eingespritzt wird, daß zum Zündzeitpunkt ein genügend fettes zündfähiges Gemisch an der Zündkerze gewährleistet wird. Dadurch, daß die zuerst zugeführte Teilmenge nur zur Bildung eines sehr mageren, nicht von selbst zündfähigen Gemischs führen kann, bleiben vorzeitige SelbstZündungen, die das Klopfen verursachen, ausgeschlossen. Erfolgt die Zuführung der ersten Teilmenge in Form eines durch einen üblichen Vergaser erzeugten Gemisches, dann besteht noch der Mangel, daß es nur schwer möglich ist, das angestrebte magere Gemisch bei allen unterschiedlichen kritischen Belastungszuständen der Brennkraftmaschine hinreichend genau zu gewährleisten. Durch die deutsche Patentschrift 926 278 ist es demgegenüber auch schon bekannt, auch die erste Teilmenge des Kraftstoffs durch eine Einspritzdüse einzuspritzen, die auch dieselbe Düse wie die Düse zum Einspritzen der zweiten Teilmenge an Kraftstoff sein kann. Wenn diese Patentschrift auch keine Angaben über die zu diesen Einspritzungen verwendeten Einspritzpumpen enthält, so sind im Zusammenhang mit einer geteilten Einspritzung zur Vermeidung des Klopfens bisher doch nur übliche Kolbeneinspritzpumpen bekannt geworden, die unter sehr hohen Drücken von etwa 200 und mehr atü Abspritzdruck arbeiten und bei Verwendung nur einer Pumpe beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1 032 024 einen Doppelnocken aufweisen müssen. Sowohl der Einsatz von zwei Hochdruck-Einspritζsystemen als auch der Einsatz von Kolbeneinspritzpumpen mit Doppelnocken ist sehr aufwendig, wobei bei Verwendung der Einspritzpumpe mit Doppelnocken noch der Nachteil einer ebenfalls nur schwierigen Verwirklichung der angestrebten Regelbarkeit hinzukommt.can raise fabric. Stratified charge requires a feed of the fuel in two sub-quantities, the first of which, for example in the form of an aspirated mixture of fuel and combustion air enters or passes through the working cylinder an injection nozzle in the working cylinder during the suction stroke is injected, while the second part is injected during the compression stroke that at the ignition point A sufficient rich, ignitable mixture is guaranteed at the spark plug. The fact that the first subset supplied only for The formation of a very lean mixture that cannot ignite by itself can lead to premature self-ignitions, which cause the Cause knocking, impossible. If the first part in the form of a mixture produced by a conventional carburetor, then there is still the shortcoming that it is only It is difficult to achieve the desired lean mixture in all different critical load conditions of the internal combustion engine to ensure sufficiently accurate. By the German In contrast, it is already known in patent specification 926 278 to also inject the first partial quantity of the fuel through an injection nozzle which also has the same nozzle as the nozzle for Injecting the second partial amount of fuel can be. Even if this patent specification does not provide any information about these injections Injection pumps used are associated with split injection to avoid the Knock so far only conventional piston injection pumps have become known, which operate at very high pressures of about 200 and more atü Injection pressure work and if only one pump is used, for example, according to German patent specification 1 032 024 one Must have double cams. Both the use of two high-pressure injection systems and the use of piston injection pumps with double cams is very expensive, although there is still the disadvantage when using the injection pump with double cams A likewise difficult realization of the desired controllability is added.

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.Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Arbeitsverfahren zur Erlangung einer Schichtladung unter gegeilter Einspritzung so zu vervollkommnen, daß sich die Schichtladung trotz Einhaltung einer sehr genauen Regelbarkeit der zuerst eingespritzten Teilmenge an Kraftstoff auf einfachere Weise als bisher ergibt.The invention is based on the object mentioned above Working procedure for obtaining a shift charge under divided To perfect the injection so that the stratified charge is first despite compliance with a very precise controllability of the first injected partial amount of fuel results in a simpler way than before.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftstoff zur Bildung des armen, nicht zur Selbstzündung ausreichenden Gemisches über eine an sich bekannte, elektronisch gesteuerte und damit zugleich die Gesamteinspritzmenge bestimmende Zahnrad- oder Flügelradpumpe eines Abspritzdruckes von nur etwa 10 bis 15 atü in den Einlaßkanal und der restliche Kraftstoff über die Kolbeneinspritzpumpe mit einer konstanten Zündmenge eingespritzt wird.The object set is achieved according to the invention in that the fuel for the formation of the poor, not for auto-ignition sufficient mixture via a known, electronically controlled and thus at the same time the total injection quantity determining gear or impeller pump of an injection pressure of only about 10 to 15 atmospheres in the inlet channel and the remaining fuel via the piston injection pump with a constant ignition quantity is injected.

Dadurch, daß für die Einspritzung der ersten Teilmenge an Kraftstoff statt einer teuren Kolbeneinspritzpumpe eine einfachere und billigere Zahnrad- oder Flügelradpumpe verwendet wird, die heute durch ihre bereits bekannte Verwendung zur einzigen Einspritzung bei elektronischer Regelung in Abhängigkeit von der Belastung und der Drehzahl der Brennkraftmaschine preisgünstig zur Verfügung steht, ist es zugleich möglich geworden, die zur Einspritzung der zweiten Teilmenge erforderliche Kolbeneinspritzpumpe dadurch erheblich zu vereinfachen und zu verbilligen, daß auf deren Regelbarkeit verzichtet wird.The fact that for the injection of the first partial amount of fuel instead of an expensive piston injection pump a simpler one and cheaper gear or impeller pump is used, which today is the only one due to its already known use Injection with electronic control depending on the load and the speed of the internal combustion engine is available, it has also become possible to use the piston injection pump required to inject the second partial quantity to simplify and to make it cheaper by doing away with their controllability.

Eine besonders gleichmäßige Mischung der zuerst eingespritzten Teilmenge an Kraftstoff ergibt sich gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung dann, wenn die erste Einspritzung über annähernd den ganzen Saughub der Brennkraftmaschine und/oder vor das Einlaßventil erfolgt.A particularly uniform mixture of the partial amount of fuel injected first results in accordance with preferred embodiments of the invention when the first injection takes place over almost the entire intake stroke of the internal combustion engine and / or before the inlet valve takes place.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens bestimmte Brennkraftmaschine, die erfindungsgemäß für die Belieferung der einen EinspritzdüseThe invention also extends to an internal combustion engine intended to carry out the aforementioned method, which according to the invention for the delivery of one injection nozzle

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eine an sich bekannte elektronisch drehzahl- und lastabhängig gesteuerte Zahnrad- oder Flügelradpumpe mit einem Abspritzdruck von höchstens etwa 10 bis 15 atü und für die Belieferung der zweiten Einspritzdüse eine ebenfalls an sich bekannte, jedoch in ihrer Fördermenge ungeregelte und entsprechend vereinfachte Hochdruck-Kolbeneinspritzpumpe aufweist.a known electronically speed- and load-dependent gear or impeller pump with an injection pressure of at most about 10 to 15 atmospheres and for supplying the second injection nozzle a likewise known per se, however has uncontrolled and correspondingly simplified high-pressure piston injection pump in its delivery rate.

In der Zeichnung, die eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in einem schematisch gehaltenen Teilschnitt darstellt, ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht.In the drawing, which shows an internal combustion engine according to the invention in a schematic partial section, is exemplifies the invention.

Die dargestellte Brennkraftmaschine weist einen Arbeitszylinder 1 auf, in dem ein Arbeitskolben 2 verschiebbar gelagert ist, der über eine übliche Pleuelstange 3 auf eine Kurbelwelle 4 der Brennkraftmaschine einwirkt. Im Zylinderkopf 5 der im Viertaktverfahren arbeitenden, gemischansaugenden Brennkraftmaschine ist je ein Einlaßventil 6 und Auslaßventil 7 angeordnet. Eine erste Einspritzdüse 8 ragt in den zum Einlaßventil 6 führenden Einlaßkanal 9 hinein, während eine zweite Einspritzdüse 10 unmittelbar in den Brennraum 11 hineinragt, durch welche Kraftstoff in nachstehend noch erläuterter Weise so in den Brennraum 11 eingespritzt werden kann, daß zum Zeitpunkt der Zündung einer ebenfalls in den Brennraum 11 hineinragenden Zündkerze 12 vor dieser ein fettes zündfähiges Gemisch entsteht.The internal combustion engine shown has a working cylinder 1 in which a working piston 2 is slidably mounted, via a conventional connecting rod 3 on a crankshaft 4 of the Internal combustion engine acts. In the cylinder head 5 of the four-stroke, mixture-sucking internal combustion engine an inlet valve 6 and an outlet valve 7 are arranged. A first injection nozzle 8 protrudes into the one leading to the inlet valve 6 Intake channel 9 into it, while a second injection nozzle 10 protrudes directly into the combustion chamber 11, through which fuel can be injected into the combustion chamber 11 in a manner to be explained below in such a way that, at the time of ignition, a spark plug 12 also protruding into the combustion chamber 11 is in front of it a rich, flammable mixture is created.

Die Einspritzdüse 8 wird von einer Zahnrad- oder Flügelradpumpe 13 her mit Kraftstoff unter einem höchstens etwa 10 bis 15 atü betragenden Druck in einer von der Drehzahl und der Belastung der Brennkraftmaschine abhängigen Menge während annähernd des ganzen dargestellten Ansaughubes so beliefert, daß im Arbeitszylinder ein sehr gleichmäßiges, jedoch so arm eingestelltes Kraftstoff-Luftgemisch entsteht, daß eine Selbstzündung des über die Einspritzdüse 8 eingespritzten Kraftstoffs ausgeschlossen ist. Die Einspritzdüse 10 wird von einer Kolbeneinspritz-The injection nozzle 8 is supplied with fuel from a gear or impeller pump 13 under a maximum of about 10 to 15 atü amount of pressure in an amount dependent on the speed and the load of the internal combustion engine during approximately the The entire intake stroke shown is supplied in such a way that a very even, but poorly set one in the working cylinder The fuel-air mixture arises so that self-ignition of the fuel injected via the injection nozzle 8 is excluded. The injection nozzle 10 is of a piston injection

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pumpe m her jeweils kurz vor Erreichen des oberen Verdichtungshubes der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff beliefert, der beispielsweise durch das vorgenannte, durch übliche Maßnahmen im Brennraum 11 rotierende Gemisch derart der Zündkerze 12 vorgelagert wird, daß in deren Bereich zum Zeitpunkt der Zündung stets ein genügend fettes zündfähiges Gemisch entsteht. Die durch die Einspritzdüse 10 eingespritzte Zündmenge an Kraftstoff kann unabhängig von den Drehzahl- und Belastungszuständen der Brennkraftmaschine stets gleich groß gewählt werden, womit die Kolbeneinspritzpumpe 14 keiner Regelbarkeit mehr bedarf und außerordentlich einfach ausgeführt sein kann. Es genügt, die Über die Einspritzpumpe 8 in den Einlaßkanal 9 eingespritzte Kraftstoff menge durch eine entsprechende elektronische Steuerung der Zahnrad- oder Flügelradpumpe 13 derart drehzahl- und lastabhängig zu regeln, daß unter Berücksichtigung der zusätzlichen, in konstanter Menge eingespritzten Zündmenge an Kraftstoff stets die optimale Gesamtkraftstoffmenge eingespritzt wird. Es ist lediglich darauf zu achten» daß die Zündmenge so groß bemessen wird, daß die über die Einspritzdüse 8 eingespritzte Kraftstoffmenge unter keinen Umständen schon von sich aus ein so fettes Kraftstoff-Luftgemisch erzeugen kann, daß eine Selbstzündung dieses durch die Einspritzdüse 8 eingespritzten Kraftstoffs möglich ist.pump m here shortly before reaching the upper compression stroke the internal combustion engine is supplied with fuel, for example by the aforementioned, by usual measures in the Combustion chamber 11 rotating mixture is upstream of the spark plug 12 in such a way that in its area at the time of ignition a sufficiently rich flammable mixture is always produced. the The ignition quantity of fuel injected by the injection nozzle 10 can be independent of the speed and load conditions the internal combustion engine can always be selected to be the same size, so that the piston injection pump 14 no longer requires controllability and can be made extremely simple. It is sufficient that the injected into the inlet channel 9 via the injection pump 8 Fuel quantity through a corresponding electronic control the gear or impeller pump 13 to regulate speed and load dependent so that taking into account the additional, The optimum total amount of fuel is always injected in a constant amount of ignition amount of fuel injected. It is just it must be ensured that the ignition quantity is dimensioned so large that the fuel quantity injected via the injection nozzle 8 Under no circumstances can the fuel-air mixture itself produce such a rich fuel-air mixture that auto-ignition will cause this fuel injected through the injection nozzle 8 is possible.

Sowohl die Kraftstoffbelieferung als auch der Antrieb der beiden genannten Pumpen von der Kurbelwelle H der Brennkraftmaschine her entsprechen üblichen Ausführungen, weshalb sich diesbezügliche nähere Erläuterungen und weitere Darstellungen erübrigen.Both the fuel supply and the drive of the two pumps mentioned from the crankshaft H of the internal combustion engine correspond to the usual designs, which is why more detailed explanations and further illustrations in this regard are unnecessary.

Das beschriebene Arbeitsverfahren kann an allen bekannten Viertaktbrennkraftmaschinen mit Zeitpunktfremdzündung beispielsweise unabhängig davon angewendet werden, wieviele Einlaß- und Auslaßventile einem Arbeitszylinder zugeordnet sind, und auch unabhängig davon, wie der Brennraum gestaltet und wo die Zündkerze angeordnet ist. So könnte der Brennraum auch vornehmlichThe working method described can, for example, be used on all known four-stroke internal combustion engines with spark ignition are used regardless of how many inlet and outlet valves are assigned to a working cylinder, and also regardless of how the combustion chamber is designed and where the spark plug is is arranged. So the combustion chamber could also primarily

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durch einen Kolbenbrennraum gebildet sein. Die Einspritzung über die Einspritzdüse 8 könnte auch nur über einen Teil des Ansaughubes des Arbeitskolbens 2 erfolgen, sofern auch dadurch noch _N eine ausreichende Gleichmäßigkeit des an Kraftstoff armen Ansaug- ' gemisches gewährleistet wird. Bei einer Ausbildung des Arbeitszylinders 1 mit zwei Einlaßkanälen 9 empfiehlt es sich im Interesse der Erzielung einer gleichmäßigen Gemischbildung ohne den überhöhten Aufwand von zwei Einspritzdüsen 8, die Einspritzdüse 8 statt in einem der beiden Einlaßkanäle 9 im Anaaugkanal unmittelbar vor dessen Verzweigung zu den beiden Einlaßkanälen vorzusehen.be formed by a piston combustion chamber. The injection via the injection nozzle 8 could also be done over only a part of the induction stroke of the working piston 2, provided also by more _N a sufficient uniformity of the low-fuel intake 'mixture is ensured. In the case of a design of the working cylinder 1 with two inlet channels 9, it is advisable, in the interest of achieving a uniform mixture formation without the excessive expense of two injection nozzles 8, to provide the injection nozzle 8 instead of in one of the two inlet channels 9 in the intake channel immediately before its branching to the two inlet channels .

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Claims

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\ 1J Working method for a spark ignition and stratified charge working four-stroke internal combustion engine, in which initially the intake combustion air is fueled through an injection nozzle to form a mixture that is poor in fuel and not sufficient for self-ignition and further during the compression stroke through a second injection nozzle from a conventional piston injection pump Fuel is injected into the combustion chamber to ensure a rich mixture at the spark plug, characterized in that that the fuel for the formation of the poor mixture, which is not sufficient for self-ignition, is via a known, electronically controlled gear or impeller pump (13) of an injection pressure, which at the same time determines the total injection quantity from only up to about 10 'to 15 atm in the inlet channel (9) and the remaining fuel via the piston injection pump is injected with a constant ignition quantity.

2. The method according to claim 1, characterized in that the first injection into the inlet channel (9) upstream of the inlet valve (6) takes place.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the first injection over approximately the entire suction stroke Internal combustion engine takes place.

4. Internal combustion engine for performing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that it for the delivery of the one injection nozzle (8) a known per se, electronically speed- and load-dependent controlled gear or impeller pump (13) with a spray pressure of at most about 10 to 15 atm and for the delivery of the second

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Injection nozzle (10) is also a known per se, but its delivery rate is uncontrolled and correspondingly simplified high-pressure piston injection pump (14).

5. Internal combustion engine according to claim 4, characterized in that that in a design of the working cylinder (1) with two inlet channels (9) the one injection nozzle (8) in the intake channel directly is provided before branching to the two inlet channels.

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