DE1002160B

DE1002160B - Injection internal combustion engine

Info

Publication number: DE1002160B
Application number: DEF12604A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Franke
Original assignee: KURT FRANKE DR ING
Current assignee: KURT FRANKE DR ING
Priority date: 1953-08-14
Filing date: 1953-08-14
Publication date: 1957-02-07

Description

Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung befaßt sich mit einer luftverdichtenden, selbstzündenden Einspritzbrennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf angeordneten Vorkammer, die über eine Austrittsöffnung mit dem Arbeitszylinder in Verbindung steht. Bei solchen Einspritzbrennkraftmaschinen ist es bekannt, im Bereich der Austrittsöffnung einen Einsatz vorzusehen, der in seiner Mitte eine gegenüber der Einspritzdüse liegende Prallfläche aufweist, von welcher in Richtung auf die Vorkammerwand strahlenförmige Arme ausgehen, die Leitflächen für die in die Vorkammer einströmende Verbrennungsluft bilden. Mit Einsätzen dieser Art läßt sich jedoch das Problem der Aufbereitung von Brennstoff-Luft-Gemisch nicht in befriedigender Weise lösen. Die Ursache liegt hauptsächlich darin, daß die Durchlässe der bekannten Einsatzkörper nur eine geringe Anzahl enger Bohrungen oder Durchbrüche aufweisen, so daß der zum Luftdurchgang frei gelassene Querschnitt nur sehr gering ist im Verhältnis zu der Gesamtfläche. Die Luftströmung unterliegt durch diesen engen Querschnitt einer derart starken Drosselung, daß in der Vorkammer nur eine ungenügende Wirbelung und somit auch unzureichende Gemischaufbereitung stattfindet. Außerdem ist auch die thermische Beanspruchung eines Einsatzes mit derart großem Durchflußwiderstand zwischen Vorkammer und Arbeitsraum außerordentlich groß und unerwünscht.Injection internal combustion engine The invention is concerned with an air-compressing, self-igniting internal combustion engine with one arranged in the cylinder head Antechamber, which is connected to the working cylinder via an outlet opening stands. In such internal combustion engines, it is known in the area of the outlet opening to provide an insert which is located in its center opposite the injection nozzle Has baffle, from which in the direction of the antechamber wall radial Arms go out, the guide surfaces for the combustion air flowing into the antechamber form. With inserts of this type, however, the problem of processing Failure to dissolve the fuel-air mixture in a satisfactory manner. The cause lies mainly in that the passages of the known insert body are narrower only a small number Have bores or breakthroughs, so that the air left free Cross section is very small in relation to the total area. The air flow is subject to such a strong throttling due to this narrow cross-section that in the prechamber only an inadequate turbulence and thus also inadequate mixture preparation takes place. In addition, the thermal stress on an insert is also included Such a large flow resistance between the antechamber and the working space is extraordinary big and undesirable.

Hier setzt nun die Erfindung ein und schafft Abhilfe in der Weise, daß erfindungsgemäß der Gesamtquerschnitt der Prallfläche und der Arme des Einsatzes kleiner ist als der Gesamtquerschnitt der Luftdurchlaßöffnungen zwischen den Armen, welch letztere mit leitschaufelförmigen, zur Zylinderachse schräg liegenden Querschnitten versehen sind, so daß der in die Vorkammer einströmenden Luft eine an sich bekannte Drehbewegung um die Vorkammerachse erteilt wird. Bei dieser erfinderischen Ausbildung des Einsatzes tritt die Verbrennungsluft aus dem Arbeitszylinder im wesentlichen ungehindert, d. h. ohne nennenswerten Strömungswiderstand zwischen den Armen des Einsatzes in die Vorkammer ein und wird durch die leitschaufelförmige, zur Zylinderachse schräg liegende Querschnittsform der Arme in sehr starke Verwirbelung versetzt. Der zerstäubte Brennstoff wird durch den starken Luftwirbel vollständig erfaßt und auf den ganzen Brennraum verteilt. Dadurch wird eine wirksame thermische Gemischaufbereitung erreicht und somit auch eine einwan.dfTeie Verbrennung sichergestellt.This is where the invention comes in and provides a remedy in the manner that according to the invention the total cross section of the baffle and the arms of the insert is smaller than the total cross-section of the air passage openings between the arms, the latter with guide vane-shaped cross-sections inclined to the cylinder axis are provided, so that the air flowing into the antechamber is a known per se Rotational movement around the antechamber axis is granted. With this inventive training After the insert, the combustion air essentially emerges from the working cylinder unhindered, d. H. without significant flow resistance between the arms of the Insert into the antechamber and becomes the cylinder axis through the guide vane-shaped inclined cross-sectional shape of the arms in very strong turbulence. The atomized fuel is completely captured by the strong air vortex and distributed over the entire combustion chamber. This creates an effective thermal mixture preparation achieved and thus also ensured an obtrusive incineration.

Weitere Merkmale der Erfindung sind mit Ausführungsbeispielen nachstehend erläutert.Further features of the invention are given below with exemplary embodiments explained.

Fig. 1 und 2 zeigen den Einsatz als Sonderteil; Fig. 3 ist eine andere Bauform desselben, und Fig. 4 stellt den Einsatz im Zylinderkopf eingegossen dar. Im Zylinderkopf 10 einer Einspritzbrennkraftmaschine ist nach Fig. 1 ein vorkammerartiger Wirbel- oder Brennraum 12 üblicher Form und Wirkungsweise vorgesehen. Die Austrittsöffnung 14 der Vorkammer 12 mündet in den Arbeitszylinder 16 der Kraftmaschine. Die Vorkammer 12 kann zum Arbeitszylinder gleichachsig liegen oder aber versetzt bzw. schräg hierzu liegen, so wie es die jeweilige Bauart der Einspritzbrennkraftmaschine erfordert.1 and 2 show the use as a special part; Fig. 3 is another Design of the same, and Fig. 4 shows the insert cast in the cylinder head. In the cylinder head 10 of an internal combustion engine, according to FIG. 1, there is an antechamber-like one Vortex or combustion chamber 12 of the usual shape and mode of operation is provided. The outlet opening 14 of the prechamber 12 opens into the working cylinder 16 of the engine. The antechamber 12 can be coaxial with the working cylinder or offset or at an angle to it as required by the particular type of internal combustion engine.

Im Bereich der Austrittsöffnung 14, also am übergang zwischen der Vorkammer 12 und Arbeitszylinder 16, ist nun ein ringförmiger Einsatz 18 angeordnet. Dieser Einsatz ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein Sonderteil ausgeführt und in den Zylinderkopf 10 mittels Außengewinde 20eingeschraubt und in geeigneter Weise gesichert. Der Einsatz 18 besitzt vier Arme 22, die strahlenförmig verlaufen und sich in der Mitte des Einsatzes treffen, um hier eine geschlossene Prallfläche 24 zu bilden. Die Arme 22 selbst sind mit leitschaufelförmigem, zur Zylinderachse schräg liegendem Querschnittprofil versehen, wie in Fig. 1 bei einem der Arme angedeutet ist.In the area of the outlet opening 14, ie at the transition between the Prechamber 12 and working cylinder 16, an annular insert 18 is now arranged. This insert is designed as a special part in the present exemplary embodiment and screwed into the cylinder head 10 by means of external threads 20 and in a suitable manner Way secured. The insert 18 has four arms 22 which run radially and meet in the middle of the insert to create a closed baffle here 24 to form. The arms 22 themselves are vane-shaped to the cylinder axis provided inclined cross-sectional profile, as indicated in Fig. 1 for one of the arms is.

Die Einspritzdüse 26 ist an einer der Prallfläche 24 gegenüberliegenden Stelle der Vorkammer 12 angeordnet. Im vorliegenden Falle wird eine Einlochdüse verwendet, deren Einspritzstrahl geschlossen bis zur Mitte des Einsatzes 18 reicht. Hier trifft er auf die Prallfläche 24, wird durch den Aufprall fein zerrissen und in das Innere der Vorkammer 12 abgelenkt.The injection nozzle 26 is on one of the baffle 24 opposite Place of the antechamber 12 arranged. In the present case, a single-hole nozzle is used used, the injection jet of which extends closed to the middle of the insert 18. Here it hits the impact surface 24, is finely torn by the impact and deflected into the interior of the antechamber 12.

Während des Kompressionshubes strömt nun Luft zwischen den Armen 22 des Einsatzes 18 in die Kammer 12 ein. Infolge der leitschaufelförmigen Querschnittsform dieser Arme wird hier der Luftstrom in Wirbelung versetzt, nimmt den durch die Einspritzdüse feinzerstäubten Brennstoff mit und verteilt ihn auf die ganze Kammer.During the compression stroke, air now flows between the arms 22 of the insert 18 into the chamber 12. As a result of the guide vane-shaped cross-sectional shape This arm is set here in the vortex of the air flow, which takes through the injection nozzle finely atomized fuel and distributes it over the entire chamber.

Gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist der Gesamtquerschnitt der Prallfläche 23 und der Arme 22 des Einsatzes kleiner als der Gesamtquerschnitt der Luftdurchlaßöffnungen zwischen den Armen 22. Dadurch wird der wichtige Vorteil erreicht, daß die Verbrennungsluft aus dem Arbeitszylinder praktisch ungehindert, d. h. ohne wesentlichen Strömungswiderstand in die Vorkammer eintreten kann. Durch die leitschaufelförmige, zur Zylinderachse schräg liegende und den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassungsfähige Ouerschnittsform der Arme wird die in die Vorkammer eintretende Verbrennungsluft in sehr starke Verwirbelung versetzt. Der hierin zerstäubte Brennstoff wird durch den starken Luftwirbel vollständig erfaßt und auf den ganzen Brennraum verteilt. Dadurch wird eine wirksame Gemischaufbereitung erzielt und eine einwandfreie Verbrennung sichergestellt.According to the present invention, the total cross-section is the baffle 23 and arm 22 of the insert smaller than the total cross-section the air passage openings between the arms 22. This becomes the important advantage achieves that the combustion air from the working cylinder is practically unhindered, d. H. can enter the antechamber without significant flow resistance. By the vane-shaped, inclined to the cylinder axis and the respective operating conditions The adaptable cross-sectional shape of the arms becomes the one entering the antechamber Combustion air set in very strong turbulence. The fuel atomized in it is completely captured by the strong air vortex and on the entire combustion chamber distributed. As a result, an effective mixture preparation is achieved and a perfect one Incineration ensured.

Nach der Erfindung geformter Einsatz mit großem Luftdurchlaß bietet außerdem nur geringen Widerstand der Luftströmung, so daß hierdurch eine thermische Überbeanspruchung mit ihren unliebsamen Nebenerscheinungen auf keinen Fall eintritt. Außerdem kann man durch Wahl eines geeigneten Materials einer Wärmeüberbeanspruchung des Einsatzes ohne Schwierigkeiten entgegensteuern.According to the invention shaped insert with large air passage offers In addition, there is only little resistance to the flow of air, so that this results in a thermal Overuse with its unpleasant side effects does not occur under any circumstances. In addition, by choosing a suitable material, you can avoid excessive heat stress counteract the effort without difficulty.

Der Einsatz 18 mit Armen 22 kann aus dem gleichen Werkstoff wie der Zylinderkopf bestehen oder vorteilhaft aus einem besonders wärmebeständigen Material hergestellt sein, wie vorstehend bereits angedeutet wurde. Wird der gleiche Werkstoff benutzt, so kann der Einsatz mit dem Zylinderkopf aus einem Stück bestehen, also beispielsweise eingegossen sein. Bei getrennter Ausführung sind selbstverständlich auch andere Befestigungsarten für den Einsatz als in Fig. 1 gezeigt möglich. Er könnte beispielsweise zwischen Zylinderkopf und Arbeitszylinder nur eingeklemmt sein. Die Formgebung der Arme und die Anzahl derselben richtet sich nach den jeweiligen Betriebsbedingungen. Neben der leitschaufelförmigen Querschnittsform können die Arme in ihrer Länge als Leitschaufeln ausgebildet sein, wie die Fig. 3 zeigt. In diesem Beispiel ist auch der freie Durchlaß zwischen den Armen nur geringfügig größer wie die Querschnittsfläche der Arme im Gegensatz zu dein ersten Ausführungsbeispiel. wo die Arme den geringsten, mit Rücksicht auf Festigkeit und Wärmebeanspruchung noch tragbaren Querschnitt besitzen. Es ist dabei zweckmäßig, die Länge der Arme größer zu halten als die kürzeste Entfernung von der Prallfläche bis zur Austrittsöffnung der Vorkammer, um die Wirbelwirkung noch zu steigern.The insert 18 with arms 22 can be made of the same material as Cylinder head consist or advantageously made of a particularly heat-resistant material be made, as has already been indicated above. Will be the same material is used, the insert with the cylinder head can consist of one piece, that is be poured, for example. With separate execution are of course Other types of fastening for use than those shown in FIG. 1 are also possible. He could, for example, just be jammed between the cylinder head and the working cylinder be. The shape of the arms and the number of them depends on the respective Operating conditions. In addition to the guide vane-shaped cross-sectional shape, the Arms may be designed as guide vanes in their length, as shown in FIG. 3. In In this example, the free passage between the arms is only slightly larger like the cross-sectional area of the arms in contrast to your first embodiment. where the arms have the least, with regard to strength and thermal stress still have an acceptable cross-section. It is useful to adjust the length of the arms to be kept greater than the shortest distance from the impact surface to the outlet opening the antechamber to increase the vortex effect.

Falls erforderlich, können die Arme 22 noch mit Durchbrüchen, beispielsweise den in Fig. 3 gezeigten Schräglöchern 28, als zusätzlichen Luftleitöffnungen versehen sein.If necessary, the arms 22 can also have openings, for example the oblique holes 28 shown in Fig. 3, provided as additional air guide openings be.

Erwähnt sei noch, daß die Lage der Prallfläehe 24 gegenüber der gedachten Achse der Vorkammer nicht nur genau axial sein muß, wie Fig. 1 bis 3 zeigen. Diese Aufprallfläche kann auch außermittig oder schräg liegend sein, wenn die Einspritzdüse und Vorkammer im Hinblick auf eine besondere Brennraumform nic'_it axial zum Arbeitszylinder liegt. Ebenfalls kann die Oberfläche der Prallfläche den Betriebsbedingungen angepaßt sein, beispielsweise eben oder gewölbt verlaufen. In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes gezeigt. Die Prallfläche 24 und Arme 22 bestehen hier mit dem Zylinderkopf 10 aus einem Gußstück. Die Vorkammer 12 hat eine herzähnliche Form, und die Einspritzdüse 26 ist eine Mehrlochdüse. Von den Einspritzstrahlen ist nur der mittlere gegenüber der Prallfläche 24 gerichtet, während die übrigen Brennstoffstrahlen unmittelbar dem in Wirbelung versetzten Luftstrom'zugeführt werden. Im übrigen ist die Wirkungsweise dieser Anordnung die gleiche wie diejenige der Bauart nach Fig. 1 und 2.It should also be mentioned that the position of the impact surface 24 opposite the imaginary The axis of the prechamber must not only be exactly axial, as shown in FIGS. 1 to 3. These Impact surface can also be off-center or inclined if the injection nozzle and prechamber with regard to a special combustion chamber shape nic'_it axially to the working cylinder lies. The surface of the baffle can also be adapted to the operating conditions be, for example flat or curved. In Fig. 4 is another embodiment of the subject matter of the invention shown. The baffle 24 and arms 22 exist here with the cylinder head 10 from one casting. The antechamber 12 has a heart-like one Shape, and the injection nozzle 26 is a multi-hole nozzle. From the injection jets only the middle one is directed towards the baffle 24, while the rest Fuel jets are fed directly to the vortexed air flow. Otherwise, the operation of this arrangement is the same as that of Construction according to FIGS. 1 and 2.

Die erfindungsgemäße Einsatzausbildung kann sowohl bei Viertaktmaschinen als auch bei Zweitaktmotoren angewandt werden. Bei Zweitaktmaschinen hat der Einsatz noch eine zusätzliche Aufgabe, nämlich durch Verwirbelung des Spülluftstromes eine einwandfreie Durchspülung des Vorkammerraumes zu gewährleisten.The application training according to the invention can be used in four-stroke machines as well as with two-stroke engines. In two-stroke machines, the use an additional task, namely one by swirling the scavenging air flow to ensure perfect purging of the antechamber.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Air-compressing, self-igniting internal combustion engine with an antechamber arranged in the cylinder head, which has an outlet opening is in communication with the working cylinder and in which in the area of the outlet opening an insert is provided, the one opposite the injection nozzle in its center has lying flat or curved baffle, from which in the direction of the Voraninierwand radiate arms extend out, the guide surfaces for the in the antechamber Form inflowing combustion air, characterized in that the overall cross-section the baffle surface (24) and the arms (22) of the insert (18) is smaller than the total cross section the air passage openings between the arms (22), the latter with guide vane-shaped, to the cylinder axis inclined cross-sections are provided so that the in the Air flowing in the prechamber has a known rotary movement about the prechamber axis is granted.

2. Injection internal combustion engine according to claim 1, characterized in that that the length of the arms is greater than the shortest distance from the baffle (24) to the outlet opening (14) of the antechamber (12).

3. Injection engine according to Claim 1, characterized in that the arms (22) of the insert (18) have openings (28) are provided as additional air guide openings.

4. Injection internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the baffle surface (24) of the insert (18) is arranged eccentrically or obliquely with respect to an imaginary axis of the prechamber (12) or the outlet opening (14). Documents considered: German Patent No. 874 844; Austrian Patent No. 135,927; U.S. Patent No. 2,561,628; "Deutsche Kraftfahrtforschung", 1941, issue 53, pp. 1 to 30.