DE2704721A1 - IC engine with two spark plugs per cylinder - has distance from spark plug electrodes proportional to distance from piston at certain crank angle - Google Patents
IC engine with two spark plugs per cylinder - has distance from spark plug electrodes proportional to distance from piston at certain crank angleInfo
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Abstract
Description
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4. Feb. 1977 P 11 31ΟFeb. 4, 1977 P 11 31Ο
Nissan Motor Company, LimitedNissan Motor Company, Limited
No. 2, Takara-Eiachi, Kanagawa-ku, Yokohama City, JapanNo. 2, Takara-Eiachi, Kanagawa-ku, Yokohama City, Japan
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, bei welcher jede Brennkammer mit zwei Zündkerzen ausgestattet ist und die ein Abgasrückführungssystem aufweist.The invention relates to an internal combustion engine in which each combustion chamber is equipped with two spark plugs and the has an exhaust gas recirculation system.
Zur Vermeidung der Ausbildung von Stickoxyden (NOx) während des Betriebes einer Brennkraftmaschine ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, daß dadurch gekennzeichnet ist, daßA method is already available for avoiding the formation of nitrogen oxides (NOx) during the operation of an internal combustion engine has been proposed that is characterized in that
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das Abgas in großer Menge zu den Brennkammern zurückgeleitet wird und daß jede Brennkammer mit zwei Zündkerzen ausgestattet ist, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind und gleichzeitig Zündfunken erzeugen. Bei diesem Verfahren beträgt die maximale zurückgeleitete Abgasmenge etwa 25 bis 45 % des in die Brennkammern eingesaugten Luftvolumens des frischen Luft-Kraftstoff-Gemisches. Die Rückführung einer solch großen Abgasmenge führt zu einer wirksamen Absenkung der maximalen Verbrennungstemperatur und damit zur Unterdrückung der NOx-Ausbildung, bewirkt jedoch gleichzeitig eine instabile Verbrennung. Für jede Brennkammer sind deshalb zwei gleichzeitig arbeitende Zündkerzen vorgesehen, damit nicht nur die Zündung des verdünnten Luft-Kraftstoff-Gemisches gewährleistet wird, sondern auch eine schnelle vollständige Verbrennung erzielt wird. Da jeder der beiden entfernt zueinander angeordneten Elektrodenspalte als Ausgangspunkt für die Flamnenausbreitung innerhalb der Brennkammer dient, kann die Ausbreitung der Flamme oder eine vollständige Verbrennung dadurch erzielt werden, daß die Ausbreitungsentfernung wesentlich verkleinert wird. Im idealen Fall können sich die an den beiden Zündpunkten entwickelnden Flammen über den gesamten Bereich der Brennkammer nahezu in der Hälfte der Zeit ausbreiten, die zur vollständigen Flammenausbreitung in der gleichen Brennkammer benötigt wird, wenn eine einzige Zündkerze Verwendung findet, Die Anordnung der beiden Zündkerzen ist für dieses Verfahren von größter Bedeutung. Eine Verkürzung der Flammenausbreitungszeit, die Erzielung einer stabilen Verbrennung und die Vermeidung eines erheblichen Anstieges des Kraftstoffverbrauches können nur dann befriedigend erreicht werden, wenn die beiden Zündkerzen in der Brennkammer an optimalen Stellen angeordnet sind.the exhaust gas is returned to the combustion chambers in large quantities and that each combustion chamber is equipped with two spark plugs which are arranged at a certain distance from one another and generate ignition sparks at the same time. With this method, the maximum amount of exhaust gas that can be returned is about 25 to 45% of the air volume of the fresh air-fuel mixture sucked into the combustion chambers. The repatriation Such a large amount of exhaust gas leads to an effective lowering of the maximum combustion temperature and thus to Suppression of the NOx formation, however, at the same time an unstable combustion. Two simultaneously working spark plugs are therefore provided for each combustion chamber not just the ignition of the diluted air-fuel mixture is ensured, but also a quick complete combustion is achieved. Because each of the two is distant from each other arranged electrode column serves as a starting point for the flame propagation within the combustion chamber, the Spread of the flame or complete combustion can be achieved by making the spread distance substantial is reduced. In the ideal case, the flames developing at the two ignition points can spread over the entire area the combustion chamber in almost half the time it takes for the flame to spread completely in the same combustion chamber needed when using a single spark plug, the placement of the two spark plugs is essential for this procedure of highest importance. A shortening of the flame propagation time, the achievement of a stable combustion and the avoidance a significant increase in fuel consumption can only be achieved satisfactorily if the two spark plugs are arranged in the combustion chamber at optimal locations are.
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Dia Erfindung ist deshalb darauf gerichtet, ein Verbrennungssystem mit einer Brannkraftmaschine und mit in den Zylindern hin- und herbewegbar gelagerten Kolben zu schaffen, wobei in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine zwei Zündkerzen angeordnet sind und die Brennkraftmaschine mit einem Abgasrückführungssystem ausgestattet ist und wobei die beiden Zündkerzen derart optimal angeordnet sind, daß eine stabile Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches erzielt wird, welches durch eine große Abgasmenge verdünnt ist, um dB Ausbildung von NOx-Bestandteilen zu unterdrücken und einen ungünstigen Einfluß auf die Leistung der Brennkraftmaschine auf einem Minimum zu halten.The invention is therefore directed to a combustion system with an internal combustion engine and with in the cylinders To create reciprocating pistons, with two spark plugs arranged in each combustion chamber of the internal combustion engine are and the internal combustion engine is equipped with an exhaust gas recirculation system and the two spark plugs are so optimally arranged that a stable combustion of an air-fuel mixture is achieved, which by a large amount of exhaust gas is diluted by dB formation of NOx components to suppress and an unfavorable influence on the performance of the internal combustion engine to a minimum keep.
Die Erfindung ist ferner darauf gerichtet, ein Verbrennungssystem der vorbeschriebenen Art derart auszugestalten, daß trotz der rückgeführten großen Abgasmenge ein guter wirtschaftlicher Kraftstoffverbrauch erzielt wird. Schließlich ist die Erfindung darauf gerichtet, ein Verbrennungssystem der vorgenannten Art zu schaffen, bei welchem die Einlaß- und Auslaßventile jeder Brennkammer derart angeordnet sind, daß eine optimale Anordnung der beiden Zündkerzen ermöglicht wird.The invention is also aimed at designing a combustion system of the type described above in such a way that despite the large amount of recirculated exhaust gas, a good, economical one Fuel consumption is achieved. After all, that is Invention directed to a combustion system of the foregoing To create way in which the intake and exhaust valves of each combustion chamber are arranged such that one optimal arrangement of the two spark plugs is made possible.
Gemäß der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche mit hin- und herbewegbar gelagerten Kolben und einem Abgasrückführungssystem ausgestattet ist, das derart ausgelegt ist, daß es einen Teil des Abgases aus der Abgasleitung zu jeder Brennkammer zurückleitet, wobei die zurückgeleitete Abgasströmung in Abhängigkeit von der in jede Brennkammer eingeleiteten Luftströmung gesteuert wird. Jede Brennkammer der Brennkraftmaschine weist ein veränderliches Volumen zylindrischer Gestalt auf, welches in einer Zylinderbohrung zwischen der oberen Kolbenbodenfläche des Kolbens und einer Wandfläche desAccording to the invention, an internal combustion engine is proposed, which is equipped with reciprocating pistons and an exhaust gas recirculation system designed in this way is that it recirculates a portion of the exhaust gas from the exhaust line to each combustion chamber, the recirculated exhaust gas flow is controlled as a function of the air flow introduced into each combustion chamber. Each combustion chamber of the internal combustion engine has a variable volume cylindrical Shape, which in a cylinder bore between the upper piston crown surface of the piston and a wall surface of the
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Zylinderkopfes angeordnet ist, sowie eine Aussparung, dia in der Bodenfläche des Zylinderkopfes angeordnet ist und deren Volumen größer als das zylindrische Volumen ist, wenn sich der Kolben in seiner oberen Totpunktstellung befindet. Jede Brennkammer ist mit einem Einlaßventil, einem Auslaßventil und zwei Zündkerzen ausgestattet, die im wesentlichen gleichzeitig Zündfunken erzeugen. Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verbrennungssystams besteht darin, daß die Elektrodenspalte der beiden Zündkerzen innerhalb der Aussparung angeordnet sind und zwar derart, daßCylinder head is arranged, as well as a recess, which is arranged in the bottom surface of the cylinder head and the Volume is greater than the cylindrical volume when the piston is in its top dead center position. Every Combustion chamber is equipped with an intake valve, an exhaust valve and two spark plugs, operating essentially simultaneously Generate spark. An essential feature of the combustion system according to the invention is that the Electrode gaps of the two spark plugs are arranged within the recess in such a way that
a) die beiden Elektrodenspalte derart angeordnet sind, daß sie entsprechend auf unterschiedlichen Seiten einer ersten Ebene liegen, in welcher die Längsachse der Zylinderbohrung angeordnet ist, daßa) the two electrode columns are arranged such that they are correspondingly on different sides of a first Lie plane in which the longitudinal axis of the cylinder bore is arranged that
b) die beiden Elektrodenspalte symmetrisch zu der Achse in einer Ebene angeordnet sind, die quer zu der Achse verläuft, daßb) the two electrode gaps are arranged symmetrically to the axis in a plane which runs transversely to the axis, that
c) das Verhältnis des Abstandes der beiden Elektrorienspalte zum Durchmesser der Zylinderbohrung im Bereich von 0,45 bis 0,67 liegt und daßc) the ratio of the distance between the two electrical gaps to the diameter of the cylinder bore in the range of 0.45 to 0.67 and that
d) das Verhältnis des Abstandes jeder der beiden Elektrodenspalte von der Kolbenbodenfläche des Kolbens zum Abstand zwischen den beiden Elektrodenspalten im Bereich von 0,45 bis 0,55 liegt, wenn der Kolben bei jedem Arbeitshub eine Stellung erreicht hat, die etwa einem Kurvenwinkel von 40 unter dem oberen Totpunkt entspricht.d) the ratio of the distance between each of the two electrode gaps from the piston crown surface of the piston to the distance between the two electrode gaps is in the range from 0.45 to 0.55 if the piston has one Has reached position which corresponds approximately to a curve angle of 40 below top dead center.
Der von der Aussparung gebildete Abschnitt der Brennkammer ist vorzugsweise vollständig in einer imaginären und axialen Verlängerung der Zylinderbohrung aufgenommen und besitzt eine ein-The section of the combustion chamber formed by the recess is preferably completely in an imaginary and axial extension the cylinder bore and has a single
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facha symmetrische Form gegenüber der Zylinderbohrungsachsa. Im einzelnen ist die Kontur der Aussparung vorzugsweise von einer Rotationsfläche in Bezug auf die Achse der Zylinderbohrung gebildet,und der Querschnitt der Aussparung nimmt grundsätzlich nicht mit dem Abstand von der oberen Kolbenbodanflache des Kolbens zu.fold symmetrical shape with respect to the cylinder bore axis. In detail, the contour of the recess is preferably of a surface of revolution with respect to the axis of the cylinder bore formed, and the cross section of the recess does not increase in principle with the distance from the upper piston crown of the piston.
Vorzugsweise sind das Einlaß- und das Auslaßventil entsprechend auf verschiedenen Seiten einer zweiten Ebene angeordnet, welche parallel zu der Bohrungsachse verläuft und in der eine die beiden Elektrodenspalte miteinander verbindende Linie liegt.Preferably, the inlet and outlet valves are respectively arranged on different sides of a second plane, which runs parallel to the bore axis and in which a line connecting the two electrode gaps lies.
Gemäß der Erfindung wird also in vorteilhafter Weise eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die mit hin- und harbewegbar gelagerten Kolben und einem Abgasrückführungssys tem ausgestattet ist, damit die Ausbildung von NOx-Bastandteilen vermieden wird. Jede Brennkammer dieser Brennkraftmaschine weist eine in der Bodenfläche des Zylindarkopfes angeordnete Aussparung einfacher Form auf, z.3. eine halbkugalförmige Aussparung, und ist mit zwei Zündkerzen ausgestattet, die gleichzeitig arbeiten. Die Elektrodenspalte der beiden Zündkerzen sind in der Aussparung angeordnet, so daß das Verhältnis des Abstandes zwischen ihnen zum Durchmesser der Zylinderbohrung 0,45 bis 0,67 beträgt und daß der Abstand jedes Elektrodenspaltes von der Kolbenbodenfläche annähernd dem halben Abstand zwischen den beiden Elektrodenabständen entspricht, wenn die Kolbenstellung 40° Kurvenwinkel hinter "dem oberen Totpunkt ist.According to the invention, an internal combustion engine is therefore proposed in an advantageous manner, which can be moved back and forth with piston bearings and an exhaust gas recirculation system is to avoid the formation of NOx bastand parts will. Each combustion chamber of this internal combustion engine has one in the bottom surface of the cylinder head arranged recess simple shape, z.3. a hemispherical recess, and is equipped with two spark plugs that work at the same time. The electrode gaps of the two spark plugs are in the Recess arranged so that the ratio of the distance between them to the diameter of the cylinder bore 0.45 to 0.67 and that the distance of each electrode gap from the piston crown surface is approximately half the distance between the two Electrode spacing corresponds to when the piston position is 40 ° curve angle behind "top dead center".
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergaben sich aus dar nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:Further features, details and advantages of the invention emerged from the following description of exemplary embodiments based on the drawing. Show in it:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung;Fig. 1 is a schematic plan view of an internal combustion engine according to the invention;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Brennkammer des in der Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ;FIG. 2 shows a cross section through a combustion chamber of the exemplary embodiment according to the invention shown in FIG. 1 ;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2, wobei der Schnitt zum Teil entlang dem Winkel QL gemäß Fig. 2 verläuft;3 is a sectional view taken along the line 3-3 of FIG. 2, the section running in part along the angle QL according to FIG. 2;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 nach Fig. 2;Figure 4 is a sectional view taken along line 4-4 of Figure 2;
Fig. 5 ein Diagramm, in welchem der Kraftstoffverbrauch dar in der Fig. 1 dargestallten Brennkraftmaschine über dem Abstand zwischen den beiden Elektrodenspalten der Zündkerzen jeder Brennkammer aufgetragen ist;Fig. 5 is a diagram in which the fuel consumption Internal combustion engine shown in FIG. 1 the distance between the two electrode columns of the Spark plugs of each combustion chamber is applied;
Fig. 6 einen Querschnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Brannkammern eines anderen Ausführungsbaispiels gemäß der Erfindung;6 shows a cross section through two adjacent firing chambers of another embodiment according to the invention;
Fig. 7 eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 nach Fig. und7 is a sectional view taken along line 7-7 of FIGS
Fig. 8 und 9 Querschnitte durch zwei verschiedene Brennkammern von v/eiteren Ausführungsbeispielen.8 and 9 cross sections through two different combustion chambers of other exemplary embodiments.
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Die in der Fig. 1 dargestellte 4-Zylinder-Brennkraftma3chine 10 ist mit einem Vergaser 12 ausgestattet, der die entsprechenden Motorzylinder über einen Ansaugkanal 14, eine Ansaugleitung 1-5 und Einlasse 18 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zuleitet. Für jede Brennkammer eines jeden Zylinders der Brennkraftmaschine sind ein Einlaßventil 20, ein Auslaßventil 22 und zwei Zündkerzen 2 4A und 24B vorgesehen. Das Abgassystem der Brennkraftmaschine 10 weist Auslässe 26, eine Auslaßleitung 28 und ein Auspuffrohr 30 auf. Die Auslaßleitung 28 ist über eine Abgasrückführungsleitung 32 entweder an den Ansaugkanal 14 an einer stromab gelegenen Stelle des Vergasers 12 oder an die Ansaugleitung 15 angeschlossen. In der Abgasrückführungsleitung 32 ist ein Steuerventil 34 vorgaa^hen, weiches den Volumenstrom des Abgases durch die Abgasrückführungsleitung 32 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 steuert. •lit dem arfindungsgemäßen Motorsystem wird ein sehr hoher Abgasrückführungsgrad erreicht. In Zahlen ausgedrückt bedeutet dies, daß das rückgeführte Abgas etwa 25 bis 45 % der in die Brennkammern eingeleiteten Luft beträgt, wenn die maximale Abgasnenge durch das Steuerventil während eines unveränderten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 10 in einem mittleren Geschwindigkeitsbereich zurückgeleitet wird. Infolgedessen wird keine zusätzliche Einrichtung benötigt, durch welche die Emission von NOx in die Atmosphäre verhindert wird. In der Abgasleitung kann wahlweise entweder ein thermischer Reaktor oder ein katalytischer Konverter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, durch welchen die Kohlenmonoxyde und Kohlenwasserstoffe aus dem Abgas entfernt werden.The 4-cylinder internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is equipped with a carburetor 12 which has the corresponding Engine cylinder via an intake duct 14, an intake line 1-5 and inlets 18 an air-fuel mixture is fed. For each combustion chamber of each cylinder of the internal combustion engine, there are an intake valve 20, an exhaust valve 22 and two Spark plugs 2 4A and 24B are provided. The exhaust system of the internal combustion engine 10 has outlets 26, an outlet conduit 28 and an exhaust pipe 30. The outlet line 28 is via an exhaust gas recirculation line 32 either to the intake duct 14 at a downstream point of the carburetor 12 or to the Suction line 15 connected. In the exhaust gas recirculation line 32 is a control valve 34 vorgaa ^ hen, soft the volume flow of the exhaust gas through the exhaust gas recirculation line 32 as a function of the operating state of the internal combustion engine 10 controls. • The engine system according to the invention has a very high degree of exhaust gas recirculation achieved. Expressed in numbers this means that the recirculated exhaust gas is about 25 to 45% of that in the combustion chambers introduced air is when the maximum amount of exhaust gas through the control valve during an unchanged operating state the internal combustion engine 10 is returned in a medium speed range. As a result, will no additional device is required by which the emission of NOx into the atmosphere is prevented. In the exhaust pipe either a thermal reactor or a catalytic converter (not shown) can optionally be provided, through which the carbon monoxide and hydrocarbons are removed from the exhaust gas.
Aus den Fig. 2 bis 4 ist zu entnehmen, daß in jedem Zylinder dieser Brennkraftmaschine 10 ein hin- und herbewegbar gelagerter Kolben 36 angeordnet ist, der derart dimensioniert ist, daß zwischen dem Kolbenboden 36a und der Bodenfläche des Zylinder-From Figs. 2 to 4 it can be seen that in each cylinder of this internal combustion engine 10 is a reciprocating mounted Piston 36 is arranged, which is dimensioned such that between the piston head 36a and the bottom surface of the cylinder
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kopfes 38 ein dünner zylindrischer Raun als Teil einer Brennkammer 40 vorhanden ist, wenn sich der Kolben 36 in seiner oberen Totpunkts teilung befindet. Der Zylinderkopf 38 v/eist in der Bodenfläche eine Aussparung 42 auf, die den Hauptteil der Brennkammer 40 bildet: das Volumen der Aussparung 42 ist größer als der zylindrische Brennkammerteil über dem sich in seiner oberen Totpunktstellung befindlichen Kolbenboden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Aussparung 42 in etwa halbkugelförmig ausgebildet, sie kann jedoch eine davon abweichende einfache Form besitzen, wie z.B. eine dachartige Form oder eine Scheibenform. Vorzugsweise ist die Bodenfläche des Zylinderkopras 38 derart ausgesoart, daß in Bezug auf dia Längsachse 44 der Zylinderbohrung eine Drehfläche geschaffen wird. Infolgedessen weist die Aussparung 42 in jedem Querschnittsbereich einen kreisförmigen Grundriss auf. Vorzugsweise nimmt der Querschnittsbereich der Aussparung 42 nicht mit zunehmendem Abstand vom Kolbenboden 36a zu. (Natürlich besitzt die Aussparung 42 eine gewisse Profilierung, die für die Installation der Zündkerzen 24A, 24B und/oder die Ventile 20 und 22 erforderlich ist.) Außerdem befindet sich die Aussparung 42 vorzugsweise in einer imaginären axialen Verlängerung der Zylinderbohrung.head 38 a thin cylindrical space as part of a combustion chamber 40 is present when the piston 36 is in its top dead center division. The cylinder head 38 v / eist in the bottom surface a recess 42 which forms the main part of the combustion chamber 40: the volume of the recess 42 is larger than the cylindrical part of the combustion chamber above the in its top dead center located piston head. In the illustrated embodiment, the recess 42 is in FIG approximately hemispherical, but it may have a different simple shape, such as a roof-like Shape or a disc shape. Preferably, the bottom surface of the cylinder head 38 is so ausoart that in relation to dia Longitudinal axis 44 of the cylinder bore a surface of rotation is created. As a result, the recess 42 has a circular plan in each cross-sectional area. Preferably takes the cross-sectional area of the recess 42 does not increase with increasing distance from the piston head 36a. (Of course it has the recess 42 a certain profiling that is required for the installation of the spark plugs 24A, 24B and / or the valves 20 and 22 is.) In addition, the recess 42 is preferably located in an imaginary axial extension of the cylinder bore.
Die beiden Zündkerzen 2 4A und 24B sind derart in den Zylinderkopf 38 eingeschraubt, daß sich ihre Elektrodenspalte 25A und 25B innerhalb der Aussparung 42 in einem Abstand L zueinander befinden. Der Abstand L ist in Abhängigkeit von dem Durchmesser D der Zylinderbohrung derart gewählt, daß das Verhältnis L zu D im Bereich von 0,45 bis 0,67 liegt. Außerdem sind die Elektrodensoalte 25A und 25B in einer bestimmten Stellung zu der Kolbenbodenfläche 36a des Kolbens 36 angeordnet. Wenn sich der Kolben 35 bei jedem Arbeitshub in einer Stellung befindet, die durch einen Kurbelwinkel von etwa 40° nach dem oberen TotpunktThe two spark plugs 2 4A and 24B are so in the cylinder head 38 screwed in that their electrode gaps 25A and 25B are within the recess 42 at a distance L from one another are located. The distance L is selected as a function of the diameter D of the cylinder bore such that the ratio L to D ranges from 0.45 to 0.67. In addition, the electrodes are soiled 25A and 25B are arranged in a specific position relative to the piston crown surface 36a of the piston 36. If the Piston 35 is located in a position on each working stroke, which by a crank angle of about 40 ° after top dead center
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ausgedrückt werden kann, dann weist jeder Elektrodenspalt. 25A und 25B einen Abstand H von der Kolbenbodenfläche 36a des Kolbens 36 auf (wobei der Abstand H senkrecht zur Kolbenbodenfläche des Kolbens 36 geinessen ist) . Die Elektrodengpalte 25A, 25B sind derart angeordnet/ daß das Verhältnis H zu L im Bereich von 0,45 bis 0,55 liagt. Ein anderes Merkmal zur Bestimmung der Anordnung der beiden Zündkerzenabstände 25A und 25B besteht darin, daß ein Zündkerzenabstand auf jeder Seite einer Ebene liegen sollte, in welcher die Längsachse 44 der Zylinderbohrung angeordnet ist, so daß die Zündkerzenabstände symmetrisch zur Achse 44 sind.can be expressed, then each has electrode gap. 25A and 25B a distance H from the piston crown surface 36a of the piston 36 (the distance H being measured perpendicular to the piston crown surface of the piston 36). The electrode gaps 25A, 25B are arranged in such a way that the ratio H to L is in the range from 0.45 to 0.55. Another feature for determining the location of the two spark plug spacings 25A and 25B is that one spark plug spacing should be on either side of a plane in which the longitudinal axis 44 of the cylinder bore is located so that the spark plug spacings are symmetrical about axis 44.
Das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 22 müssen so angeordnet sein, daß keine Überdeckung mit den beiden Zündkerzen 24A und 2 4B stattfindet. Um einen genügend großen Raum für die Installation der Ventile 20 und 22 und für die im Abstand zueinander angeordneten Zündkerzen 24A und 2 4B zu schaffen, ist das Einlaßventil 20 vorzugsweise auf einer Seite einer Ebene angeordnet (die in der Fig. 2 mit der Linie 46 angedeutet ist), die parallel zur Achse 44 verläuft und in welcher die Verbindungslinie zwischen den beiden Elektrodenabständen 25A und 25B liegt, während das Auslaßventil 22 auf der anderen Seite dieser Ebene 46 angeordnet ist. In dieser Anordnung werden die Ein laß- und Auslaßventile 20 und 22 durch eine einzige Nockenwelle 50 gemäß Fig. 4 betätigt, wobei die Einlaßventile 20 und die Auslaßventile 22 derart angeordnet sind, daß eine Ebene, welche parallel zur Achse 44 verläuft und in denen die Mitten der Ven tile 20 und 22 liegen (am Umfang der Aussparung 42) weder auf der Nockenwelle 50, auf der Ebene 46 noch auf der zuerst genann ten Ebene zwischen den Elektrodenabständen 25A und 25B senkrecht steht. Durch diese Anordnung der Ventile findet keine gegenseitige Behinderung der beiden Nockenhebel 52 und 54 für das Ein- The inlet valve 20 and the outlet valve 22 must be arranged so that there is no overlap with the two spark plugs 24A and 24B. In order to provide sufficient space for the installation of the valves 20 and 22 and for the spaced apart spark plugs 24A and 24B, the inlet valve 20 is preferably arranged on one side of a plane (the one in FIG is indicated ) , which runs parallel to the axis 44 and in which the connecting line between the two electrode gaps 25A and 25B lies, while the outlet valve 22 is arranged on the other side of this plane 46. In this arrangement, the A 4 are LASS and exhaust valves 20 and 22 by a single camshaft 50 shown in FIG. Actuated, the inlet valves 20 and the exhaust valves 22 are arranged such that a plane which is parallel to the axis 44 and in which the In the middle of the valves 20 and 22 are (on the circumference of the recess 42) neither on the camshaft 50, on the plane 46 nor on the first mentioned plane between the electrode gaps 25A and 25B is perpendicular . Due to this arrangement of the valves there is no mutual hindrance of the two cam levers 52 and 54 for the
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laßventil 20 und das Auslaßventil 22 oder zwischen den beiden Nocken 56 und 58 für die beiden Ventile 20 und 22 statt.Let valve 20 and the outlet valve 22 or between the two cams 56 and 58 for the two valves 20 and 22 take place.
Während des Betriebes erzeugen die beiden Zündkerzen 24A und 2 4B nahezu gleichzeitig kurz vor den Ende jedes Kompressionshubes ihre Zündfunken. Die an den beiden Elektrodensoalten 25A, 25B eingeleitete Verbrennung sollte theoretisch in dem gesamten Volumen der Brennkammer 40 stattgefunden haben, nachdem die beiden Flammenfronten, die sich entsprechend von den beiden Elektrodansoalten 25A und 2 53 ausbreiten, aufeinandergetroffen sind. Praktisch kann jedoch solche Flammenausbreitung nicht realisiert v/erden, wia auch ir.un-jr die Elektrodimsnalte 25Λ und 25B angeordnet sein mögen, da die Flammenfronten kugelförmige Oberflächen besitzen.During operation, the two spark plugs 24A and 2 4B generate their ignition sparks almost simultaneously shortly before the end of each compression stroke. The ones on the two electrodes 25A, 25B initiated combustion should theoretically have occurred in the entire volume of the combustion chamber 40 after the two flame fronts, which propagate accordingly from the two electrodansoalts 25A and 253, met one another are. In practice, however, such flame propagation cannot be realized, as also ir.un-jr the Elektrodimsnalte 25Λ and 25B may be arranged because the flame fronts are spherical Own surfaces.
Es wurde jedoch experimentell ermittelt, daß die Brennkraftmaschine 10 stabil läuft, selbst wann ein großer Abgasanteil zurückgeführt wird, wenn die Verbrennung in etwa 80 % oder mehr des gesamten Volumens der Brennkammer 40 stattgefunden hat, sobald der Kolben 36 bei jedem Arbeitshub eine Position erreicht, die einem Kurbelwinkel von etwa 40° nach dem oberen Totpunkt entspricht. Die vorbeschriebene Anordnung der beiden Elektrodenspalte 25A, 25B ist auf der Grundlage dieser experimentell ermittelten Ergebnisse gewählt worden. Wenn die Abstandsverhältnisse L zu D und H zu L entsprechend innerhalb der oben beschriebenen Bereiche liegen, dann treffen zwei Flammenfronten, dia sich von den beiden Elektrodenspalten 25A, 25B ausbreiten, nach dem Erreichen der Flammenfronten auf der Oberseite des Kolbenbodens 36a des Kolbens 36 zuletzt aufeinander, selbst dann, wenn die Verbrennung so langsam fortschreitet, daß der Kolben 36 eine Stellung unter dem oberen Totpunkt erreicht hat, dia einem Kurbelwinkel von etwa 40° entspricht, wenn die Flammen-However, it has been experimentally determined that the internal combustion engine 10 runs stably even when a large proportion of exhaust gas is recirculated when the combustion is around 80% or more of the entire volume of the combustion chamber 40 has taken place as soon as the piston 36 reaches a position on each working stroke, which corresponds to a crank angle of about 40 ° after top dead center. The above-described arrangement of the two electrode gaps 25A, 25B was chosen based on these experimentally determined results. If the spacing ratios L to D and H to L lie accordingly within the ranges described above, then two flame fronts meet, dia expand from the two electrode gaps 25A, 25B, after reaching the flame fronts on the top of the piston crown 36a of the piston 36 last on top of each other, even if the combustion proceeds so slowly that the piston 36 has reached a position below top dead center, which corresponds to a crank angle of about 40 ° when the flame
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fronten an der Oberseite des Kolbenbodans 36 a ankommen. (Es sei darauf hingewiesen, daß der Abstand H derart bemessen istf daß er annähernd der Hälfte des Abstandes L entspricht.) Wenn sich der Kolben 36 in dieser Position befindet, dann haben sich die Flammen annähernd in 80 % des gesamten Volumens der Brennkammer 40 ausgebreitet. Infolgedessen wird eine befriedigend stabile Verbrennung erreicht, und die Brennkraftmaschine besitzt einen hohen Wirkungsgrad.fronts arrive at the top of the piston crown 36 a. (It should be noted that the distance H is sized f that it approximately half the distance L corresponds to.) When the piston is in this position 36, then the flames have approximately 80% of the total volume of the combustion chamber 40 spread out. As a result, satisfactorily stable combustion is achieved and the internal combustion engine is highly efficient.
Es wurde ferner experimentell ermittelt, daß die oben angegebenen Bereiche für den Abstand L zwischen den beiden Elektrodenspalten 25A, 25B relativ zura Durchmesser D der Zylinderbohrung einen sehr großen Einfluß auf den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine 10 ausüben. Wie dies aus dem Diagramm gemäß Fig.5 zu entnehmen ist, wird der Kraftstoffverbrauch am wirtschaftlichsten, wenn sich jeder Elektrodenspalt 25A, 25B in einem Abstand von 0,225 * D bis 0,335 * D von der Achse 44 der Zylinderbohrung befindet.It has also been determined experimentally that the ranges given above for the distance L between the two electrode gaps 25A, 25B relative to the diameter D of the cylinder bore exert a very great influence on the fuel consumption of the internal combustion engine 10. As shown in the diagram according to FIG can be seen, the fuel consumption is the most economical, when each electrode gap 25A, 25B is at a distance of 0.225 * D to 0.335 * D from the axis 44 of the cylinder bore is located.
Durch die erfindungsgemäße Zündkerzenanordnung werden die mit: zwei Zündkerzen ausgestatteten Brennkammern maximal ausgenutzt, und es wird das Hauptziel der Erfindung, nämlich die Unterdrükkung der Ausbildung von NOx-Bestandteilen, ohne wesentliche Beeinträchtigung der MaschinenIeistung erreicht.With the spark plug arrangement according to the invention, those with: Two spark plugs equipped combustion chambers are used to the maximum, and it becomes the main object of the invention, namely the suppression the formation of NOx components without significant impairment of the machine performance.
In den Fig. 6 und 7 ist eine unterschiedliche Anordnung des Einlaßventils 20 und des Auslaßventils 22 in Bezug auf die oben beschriebene Brennkammer 40 gezeigt. Die beidenElektrodenspalte 25A und 25B sind ebenso wie bei dem in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel gewählt. Das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 22 sind entsprechend auf unterschiedlichen Seilten der Ebene 46 angeordnet, wie dies bei dem in der Fig. 2 ge-6 and 7 is a different arrangement of the inlet valve 20 and the exhaust valve 22 in relation to the combustion chamber 40 described above. The two electrode columns 25A and 25B are the same as that shown in Figs. 2-4 Embodiment chosen. The inlet valve 20 and the outlet valve 22 are correspondingly on different cables the plane 46, as is the case with the one shown in FIG.
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zeigten Ausführungsbeispiel dar Fall ist. Jedoch steht eine Ebene, welche parallel zur Achse 44 verläuft und in welcher die Mitten der beiden Ventile 20 und 22 enthalten sind, senkrecht auf der Ebene 46. Wenn es sich bei der Brennkraftmaschine 10 um eine Mehrzylindermaschine handelt, wie dies gewöhnlich der Fall ist, dann fällt die Ebene 46 mit einer Ebene 47 zusammen, in welcher die Achsen 44 der in einer Reihe angeordneten Zylinder der Brennkraftmaschine liegen, und das Einlaßventil 20 und das Auslaßventil 22 sind symmetrisch zu dieser Ebene 46 (47) eines jeden Zylinders angeordnet. In diesem Fall besitzt die Brennkraftmaschine 10 zwei voneinander unabhängige und parallel zueinander angeordnete Nockenwellen 5OA bzw. 5OB, die entsprechend mit dem Einlaßventil 20 und dem Auslaßventil 22 über geeignete Stößeleinrichtungen 6OA und 6OB zusammenwirken. Diese Nockenwellenanordnung, bei welcher es sich um zwei sogenannte obenliegende Nockenwellen handelt, kann sehr gut in Verbindung mit der Zündkerzenanordnung 24A und 24B Verwendung finden, da keine nachteilige Beeinflussung des Einlaßventils 20 und des Auslaßventils 22 bzw. deren Steuerung stattfindet. Die Zündkerzen 24A und 24B können senkrecht zur Kolbenbodenfläche 36a des Kolbens 36 in den Zylinderkopf 3 8 eingeschraubt werden, ohne daß die Ventile 20, 22 stören, so daß die Anordnung der Elektrodenspalte 25Aund 25B in relativ großer Freizügigkeit gewählt werden kann.(natürlich innerhalb der vorbeschriebenen Grenzen L zu D und H zu L).shown embodiment is the case. However, there is one The plane which runs parallel to the axis 44 and in which the centers of the two valves 20 and 22 are contained, perpendicular on level 46. If it is the internal combustion engine 10 is a multi-cylinder machine, as is usually the case, then the plane 46 coincides with a plane 47, in which the axes 44 of the cylinders of the internal combustion engine arranged in a row lie, and the inlet valve 20 and the exhaust valve 22 are arranged symmetrically to this plane 46 (47) of each cylinder. In this case owns the internal combustion engine 10 has two independent and parallel camshafts 50A and 5OB, the correspondingly cooperate with the inlet valve 20 and the outlet valve 22 via suitable tappet devices 6OA and 6OB. This camshaft arrangement, in which there are two so-called overhead camshafts, can be combined very well can be used with spark plug assemblies 24A and 24B because it does not adversely affect intake valve 20 and the outlet valve 22 or the control thereof takes place. The spark plugs 24A and 24B can be perpendicular to the piston crown surface 36a of the piston 36 can be screwed into the cylinder head 38 without interfering with the valves 20, 22, so that the arrangement of the Electrode gaps 25A and 25B can be selected with a relatively large degree of freedom Limits L to D and H to L).
Falls erwünscht, kann jede Brennkammer 40 mit mehreren Einlaßventilen 20 und/oder Auslaßventilen 22 ausgestattet sein. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Brennkammer 4OA mit zwei Einlaßventilen 2OA, 2OB und einem einzigen Auslaßventil 22 ausgestattet ist. Die beiden Einlaßventile 2OA, 2OB sind auf der gleichen Seite der Ebene 46 angeordnet, währendIf desired, each combustion chamber 40 can have multiple intake valves 20 and / or exhaust valves 22 may be equipped. Fig. 8 shows an embodiment in which a combustion chamber 4OA is equipped with two inlet valves 2OA, 20B and a single outlet valve 22. The two inlet valves 20A, 20B are placed on the same side of the plane 46 while
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das Auslaßventil 22 auf der anderen Seite der Ebene 46 liegt. Bei dem in der Fig. 9 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Brennkammer 403 mit zwei Einlaßventilen 2OA, 20B ausgestattet, die beide auf der gleichen Seite der Ebene 46 angeordnet sind, sowie mit zwei Auslaßventilen 22A und 22B, die beide auf der anderen Seit« der Ebene 46 angeordnet sind. Die beiden Elektrodenspalte 25A, 25B sind bei den in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsbeispielen ebenfalls in der oben beschriebenen Weise angeordnet.the outlet valve 22 is on the other side of the plane 46. In the embodiment shown in FIG. 9 is a Combustion chamber 403 equipped with two inlet valves 2OA, 20B, which are both located on the same side of the plane 46, and with two exhaust valves 22A and 22B, both on the on the other side of level 46. The two electrode gaps 25A, 25B in the exemplary embodiments shown in FIGS. 8 and 9 are likewise in the manner described above arranged.
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