Brennkraftmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit unterteiltem Brenn- raum.
Erfindungsgemäss ist am Ende des Kom pressionshubes ein Teil des Brennraumes, in welchen Brennstoff eingeführt wird, von dem übrigen Brennraum nach Art einer Vorkam mer derart abgeteilt, dass zwischen dem ab geteilten Brennraum und dem übrigen Brenn- raum eine Drosselverbindung verbleibt, durch welche sich der in den abgeteilten Brenn- raum eingeführte Brennstoff bezw. das in diesem entstehende Brennstoffluftgemisch auf den übrigen Brennraum verteilen kann, dass dagegen während des übrigen Teils des Kolbenhubes eine geringere Drosselwirkung als am Ende des Kompressionshubes zwischen dem abgeteilten Brennraum und dem übri gen Brennraum entsteht.
Der abgeteilte Brennraum kann so aus gebildet sein, dass er während des grösseren Teils des Kolbenhubes in mindestens nahezu ungedrosselter Verbindung mit dem übrigen Brennraum steht. Der übrige Brennraum kann ferner mit dem Hubraum ständig in minde stens nahezu ungedrosselter Verbindung stehen.
Bevorzugt ist eine Gesamtanordnung der art, dass am Ende des Verdichtungshubes ein ringförmiger Drosselspalt als Drosselverbin dung zwischen dem übrigen Brennraum und dem von diesem abgeteilten Brennraum ver bleibt, so dass sich der in dem abgeteilten Brennraum eingeführte Brennstoff bezw. das in diesem entstehende Brennstoffluftgemisch auf den übrigen Brennraum gleichmässig ver teilen kann.
Der ringförmige Drosselspalt kann einen angenähert senkrecht zur Zylin derachse gerichteten Durchtritt freigeben; er kann aber auch so ausgebildet sein, dass ein Durchtritt schief zur Zylinderachse ermög licht wird.
Der Überströmquerschnitt zwischen dem abgeteilten Brennraum und dem übrigen Brennraum kann auch so ausgebildet sein, dass der abgeteilte Brennraum dann, wenn der Kolben keine Drosselwirkung ausübt, ent weder völlig ungedrosselt oder mehr oder weniger schwach gedrosselt mit dem übrigen Brennraum in Verbindung steht, wobei die Drosselung durch den sich seiner Totpunkt lage nähernden Kolben verstärkt wird.
Zweckmässigerweise wird der Brennstoff ausschliesslich in den abgeteilten Brennraum eingeführt, insbesondere mittels einer Ein spritzdüse eingespritzt; doch kann die Erfin dung auch bei solchen Maschinen angewen det werden, bei denen auch der übrige Brenn- raum unmittelbar mit Brennstoff beschickt wird. Jedoch soll in der nachstehenden Be schreibung als der #den Brennstoff aufneh mende abgeteilte Brennraum" derjenige Teil raum bezeichnet werden, aus welchem der Brennraum durch die Drosselverbindung auf den übrigen Brennraum verteilt wird. Der Brennstoff wird hierbei zweckmässigerweise in diesen abgeteilten Brennraum in Richtung auf die Mündungsöffnung desselben einge spritzt.
Die Unterteilung des Brennraumes bezw. die Drosselung der Teilräume erfolgt zweckmässig durch den Kolben selbst.
Es hat sieh als vorteilhaft erwiesen, den Brennstoff derart in den Einspritzraum ein zuspritzen, dass er auf eine Prallfläche, ins besondere am Kolbenboden, auftrifft und da durch über den ringförmigen Drosselspalt auf den übrigen Brennraum verteilt wird. In besonders einfacher und zweckmässiger Weise kann der ringförmige Drosselspalt durch die Mündungswandung des den Brennstoff auf nehmenden, abgeteilten Brennraumes und den sich der Mündungswandung im Kolbentot punkt nähernden Kolbenboden gebildet wer den.
Besonders vorteilthaft ist es ferner, wenn der übrige Brennraum mindestens teilweise durch eine Mulde im Kolbenboden gebildet wird, so da.ss sich der aus dem Ringspalt aus tretende Brennstoff bezw. das aus ihm aus tretende Brennstoffluftgemisch möglichst frei in der Mulde entfalten kann, ohne auf die Zylinderwandung aufzutreffen.
Zur gleich- mässigen Verteilung des Brennstoffes auf den übrigen Brennraum können der den Brennstoff aufnehmende, abgeteilte Brenn- raum und die Kolbenmulde mindestens an genähert gleichmittig zum Zylinderraum an geordnet sein, wobei der Brennstoff minde stens angenähert in Richtung der Zylinder achse eingespritzt wird. Die Kolbenmulde er streckt sich zweckmässig mit Ausnahmeeines äussern ringförmigen Kolbenrandes nahezu über den gesamten Kolbenboden.
Mündet die Drosselverbindung tangential zu einer Be grenzungswand des übrigen Brennraumes ein, so wird eine besonders vorteilhafte Wirbel bewegung im übrigen Brennraum erzielt und die Durchmischung von Luft und Brennstoff in besonders wirksamer Weise unterstützt. Zweckmässig erstreckt sich ferner die Wan dung der Ausmündung des den Brennstoff aufnehmenden abgeteilten Brennraumes im obern Kolbentotpunkt in die Kolbenmulde hinein, und zwar zweckmässig gerade über der tiefsten Stelle des mindestens ange nähert ebenen Bodens der Mulde im Kolben boden.
Durch die Erfindung ist eine Maschine mit guter Verbrennung, hohem mittleren Druck, hoher Leistung und sehr niedrigem Brennstoffverbrauch (bis zu weniger als <B>150</B> g pro PS-Stunde) erzielbar. Diese Ergeb nisse lassen sieh durch folgende Umstände erklären: Infolge der nur kurzzeitigen Drosselwir kung zwischen dem den Brennstoff aufneh menden abgeteilten Brennraum und dem übrigen Brennraum bei Annäherung des Kol bens an den Kolbentotpunkt am Ende des Kompressionshubes und infolge der im übri gen verringerten oder zum Beispiel ganz auf gehobenen Drosselwirkung zwischen beiden Räumen werden die Pumpverluste des Kol bens wirksam herabgesetzt.
Die Anordnung eines durchgehend ring förmigen Drosselspaltes ermöglicht eine gleichmässige Verteilung des Brennstoffes oder Brennstoffgemisches auf den übrigen Brennraum, so dass die gesamte im Brenn- raum befindliche Luft für die Verbrennung nutzbar gemacht wird, wobei der drosselnde Ringspalt einen für die wirksame Zerstäu- bung ausreichenden Überdruck im Einspritz- raum sicherstellt.
Durch Anwendung einer Kolbenmulde kann ferner einerseits verhin dert werden, dass der Brennstoff auf die kalte Zylinderwandung auftrifft und da durch Ablagerungen und ein rauchender Auspuff hervorgerufen wird, und anderseits kann dadurch eine vorteilhafte Wirbelung im übrigen Brennraum erzeugt werden, indem die über dem äussern Kolbenrand verdrängte Luft eine Wirbelbewegung über der Kolben mulde ausführt, welche von dem durch den Ringspalt austretenden Kammerinhalt noch unterstützt werden kann.
Dadurch, dass die Hauptdrosselung erst in dem zum Beispiel ringförmigen Drosselspalt erfolgt, ist des weiteren bei einer axial durch den abgeteilten Brennraum gegen den Kol benboden erfolgenden Brennstoffeinspritzung der Vorteil erzielbar, dass sich die Wirkung des brennenden Strahls auf den Kolbenboden auf eine verhältnismässig grosse Fläche ver teilen kann. Hierdurch wird der Kolben durch den auftreffenden Strahl thermisch verhältnismässig wenig belastet, insbesondere auch deswegen, weil zwischen der auf den Kolbenboden auftreffenden Flamme des Brennstoffgemisches und dem übrigen Brenn raum noch eine starke Drosselung vorhanden ist und infolgedessen die Flamme noch unter Luftmangel steht.
Die Flamme ist daher bei ihrem Auftreffen auf dem Kolbenboden im obern Totpunkt weniger heiss als bei solchen bekannten Maschinen, bei denen der Brenn stoff erst nach dem Durchtritt durch eine enge Drosselverbindung innerhalb des Haupt- brennraumes auf den Kolben, zum Beispiel auf am Kolben befindliche Ansätze, auftrifft.
Auch das Startvermögen der Maschine lässt sich verbessern, wenn die in den abge teilten Brennraum hineinströmende Luft während des Verdichtungshubes nur verhält nismässig wenig gedrosselt wird. Infolge der verringerten Drosselung werden auch die Abkühlungsverluste der in den abgeteilten Brennraum einströmenden Luft verringert, so dass der in diesen abgeteilten Brennraum eingespritzte Brennstoff heissere Luft vorfin det.
Wird der Brennstoff überdies derart eingespritzt, dass er auf eine Prallfläche, zum Beispiel am Kolben, auftrifft und von dieser noch in flüssigem Zustande in den übrigen Brennraum abgelenkt wird, so werden auch die bis in diesen übrigen Brennraum, zum Beispiel den Hauptbrennraum, gelangenden Brennstoffteilchen das Anlassen der Ma schine erleichtern, weil die verdichtete Luft, sofern der übrige Brennraum oder Haupt- brennraum mit dem Hubraum in ungedros- selter Verbindung steht,
eine noch höhere Temperatur als im abgeteilten Brennraum besitzt.
Der Abstand der Düsenmündung vom Kolbenboden ist zweckmässigerweise so- gross zu wählen, dass sich der Brennstoff bei sei nem Auftreffen auf den Kolbenboden in bereits zur Zündung vorbereitetem und teil weise brennendem Zustande befindet, ander seits aber noch die angestrebte wirksame Prallwirkung des Brennstoffstrahls an der Prallfläche, zum Beispiel am Kolbenboden, entsteht. Günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Entfernung zwischen der Ein spritzdüsenmündung und dem Kolbenboden angenähert dem halben Zylinderdurchmesser entspricht.
Damit im Einspritzraum eine ge nügende Luftmenge vorhanden ist und eine Teilzündung und ausreichende Drucker höhung in ihm möglich wird, kann der den Brennstoff aufnehmende abgeteilte Brenn- raum nach Art einer Vorkammer, zum Bei spiel einen der Einspritzdüse benachbarten erweiterten Raum umfassen, an den sich.der den Brennstoffstrahl aufnehmende Mün dungskanal anschliesst. Gegebenenfalls kann jedoch auch der den Brennstoff aufnehmende abgeteilte Brennraum:
als Kanal mit prak tisch gleichem Durchmesser ausgebildet-sein.
Die Weite des Ringspaltes beträgt bei den für Flug- und Fahrzeugmaschinen in Betracht kommenden Grössen beispielsweise etwa 2-4 mm.
Der den Brennstoff aufnehmende abge teilte Brennraum ist in einer zweckmässigen Ausführungsform mindestens angenähert zen tral zur Zylinderachse und zu dem den Hauptbrennraum bildenden übrigen Brenn- raum über dem Kolbenboden angeordnet. Eine solche Anordnung ermöglicht eine be sonders gleichmässige Verteilung des Brenn stoffes auf den Haupthrennraum. Jedoch sind auch andere Anordnungen, beispiels weise mit schräg und exzentrisch zur Achse des Zylinders angeordnetem abgeteilten Brennraum möglich, wobei diese letztere An ordnung hauptsächlich für kleinere, schnel ler laufende Maschinen von Vorteil ist, bei denen beispielsweise nur zwei Ventile im Zylinderkopf angeordnet sind.
In der Zeichnung sind vier Ausführungs beispiele des Erfindungsgegenstandes darge stellt.
In Fig. 1 ist im Zylinderdeckel a des Zylinders b zentral über dem Kolben c ein vorkammerartiger Einspritzraum d vorge sehen. In dem Vorkammermund ist ein zy lindrischer Einsatz e angebracht, der im dar gestellten Falle in die Zylinderkopfwandung eingeschraubt ist und einen zylindrischen Mündungskanal f enthält. Der Einsatz ragt mit seinem untern Ende e' über die den Hauptbrennraum g begrenzende Wandung h des Zylinderdeckels in den Hauptbrennraum hinein und ist an dem freien Ende waag recht abgeschnitten. Axial zum Mündungs kanal f oberhalb des vorkammerartigen Ein- spritzraumes ist die Einspritzdüse i in den Zylinderkopf eingesetzt.
Der Boden des Kolbens c weist eine Ver tiefung k in Form einer flachen, nach aussen gegen den Kolbenrand l auslaufenden Mulde auf, derart, dass im obern Kolbentotpunkt zwischen dem untern Ende e' des Einsatzes und dem Boden in der Kolbenmulde ein enger Ringspalt na gebildet wird. Zur Umlen kung des Brennstoffes bezw. Brennstoff gemisches kann ein Umlenkkegel o am Mul denboden vorgesehen sein. Die Einlass- und Auslassventile, die bei p angedeutet sind. sind zweckmässig oberhalb der Kolbenmulde angeordnet.
Die lichte Weite des Einsatzes e ist derart bemessen, dass der aus der Düse i austretende Brennstoffstrahl, nachdem er die Vorkammer d durchquert und sich hierbei mit Luft. gemischt und gegebenenfalls teil weise entzündet hat, praktisch ungedrosselt durch den Mündungskanal hindurchströmt, wie der eingezeichnete Strahlverlauf andeu tet. Die zu Beginn des Verbrennungshubes notwendige Drosselung erfolgt durch den Ringspalt n. dessen Spaltweite gegebenen falls auch durch axial verstellbare Anord nung des Einsatzes regelbar sein kann.
Durch den Ringspalt wird das Brennstoffgemisch am Kolbenboden entlang in der Mulde k sowie im Hauptbrennraum g verteilt, ohne mit den kalten Zylinderwandungen in un mittelbare Berührung zu kommen. Hierdurch sowie durch Verdrängung der über dem Kol benrand Z befindlichen Luft bei Annähe rung an die obere Kolbentotpunktlage wird ein in der Zeichnung gestrichtelt angedeu teter Luftwirbel im Hauptbrennraum be wirkt, der gegebenenfalls noch durch ent sprechende Ausbildung der Zylinderkopfwan- dung h unterstützt werden kann.
Als besonders günstig hat sich eine ebene Mulde mit einem Durchmesser seiner Boden fläche von ungefähr 60-807o des Zylinder durchmessers und einer Tiefe von 10 mm bei den für Fahrzeug- und Flugmotoren üblichen Maschinengrössen ergeben. Der Ringspalt n besitzt zweckmässig eine Weite von 2-3 mm, möglichst jedoch nicht grösser als 4 mm im obern Kolbentotpunkt. Die Entfernung der Düsenmündung vom Kolbenboden entspricht praktisch dem halben Zylinderdurchmesser, der Durchmesser des Mündungskanals f bei spielsweise einem Fünftel und seine Länge praktisch der Hälfte dieser Entfernung.
Der Einsatz e ist ohne besondere Isolie rung in den Zylinderkopf eingesetzt; er kann aber auch auf seiner Aussenseite gegen die Wandung des Zylinderkopfes teilweise iso liert sein. Gegebenenfalls kann auch der Boden der Kolbenmulde in seinem mittleren Teil erhöht sein, so dass der Spalt ft- zwi schen dieser Erhöhung und dem untern Ende des Mündungskanals gebildet wird. Ebenso kann der Hauptbrennraum unter Umstän- den statt durch eine Mulde im Kolbenboden auch durch eine entsprechende Ausnehmung im Zylinderkopf gebildet werden.
Der Ringspalt ist zweckmässig waagrecht. Er kann jedoch gegebenenfalls auch bei ent sprechend ausgebildetem Kolbenboden schräg abwärts oder schräg aufwärts gerichtet sein. Ferner kann der Ringspalt unter Unistan den auch durch im Kolbenboden angeordnete Rippen oder dergleichen in einzelne Öffnun gen unterteilt sein bezw. auf seinem Um fange verschiedene Weite besitzen.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der abgeteilte Brennraum oder der Ein spritzraum f im Zylinderkopf a schräg und exzentrisch zur Achse des Zylinders b ange ordnet. Der Einspritzbrennraum besitzt hier bei von der Einspritzdüse bis zur Ausmün- dung in den Flauptbrennraum k2 einen prak tisch gleichen , Durchmesser mit nur verhält nismässig geringfügigen Erweiterungen. Der an die Mündung der Einspritzdüse i an schliessende Teilraum d wird hierbei von einem Einsatzstück umschlossen, welches gleichzeitig auch die Einspritzdüse i enthält.
Der übrige Teil des Einspritzraumes wird durch ein teilweise mit Spiel in eine ent sprechende Bohrung des Zylinderkopfes ein gesetztes Einsatzstück umschlossen, dessen unteres Ende e' in den Hauptbrennraum k2 hineinragt, welcher hauptsächlich durch eine Vertiefung des Kolbens c gebildet wird und entsprechend dem nach der dem Einspritz- raum gegenüberliegenden Seite des Kolbens flach auslaufenden Boden der Kolbenvertie fung derart abgeschrägt ist, dass im obern Kolbentotpunkt ein Ringspalt n zwischen der Endfläche des Futters e und dem Boden m!! der Mulde entsteht,
wobei in dem gezeichne ten Beispiel der Spalt nach der Zylinder mitte zu etwas breiter als auf der gegenüber liegenden Seite ist.
Durch die seitlich schräge Anordnung des Einspritzraumes wird für diesen wenig Platz benötigt, so dass die Ventile genügend grossen Querschnitt erhalten können und die Kühlung der Ventile bezw. der Wandungen des Einspritzraumes nicht beeinträchtigt wird. Ist der Einspritzraum hierbei ohne we sentliche Erweiterung ausgebildet, so wird durch ihn noch weniger Platz beansprucht. Gleichzeitig wird der Vorteil einer verringer ten Oberfläche des Einspritzraumes erzielt.
Der Brennstoff wird durch die Einspritz düse in Achsrichtung des kanalförmigen Ein- spritzraumes unter einem Winkel auf den Boden m2 der Kolbenvertiefung aufgespritzt, worauf sich der teilweise bereits im bren nendem Zustand befindliche Brennstoff durch den Ringspalt n auf den Hauptbrenn- raum, und zwar hauptsächlich nach der Seite der Zylinderachse zu verteilt. Im übri gen ist die Wirkungsweise des Ausführungs beispiels im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Anordnung nach Fig. 1.
Die Ausmündung des den Brennstoff auf nehmenden abgeteilten Brennraumes kann hierbei beispielsweise in eine exzentrische, zum Beispiel zum Kolbenrand flach auslau fende Kolbenbodenvertiefung hineinragen. In diesem Falle trifft der in Längsrichtung des Einspritzraumes eingespritzte Brennstoff unter einem Winkel auf den Kolbenboden auf und verteilt sich entsprechend diesem Winkel von der Auftreffstelle aus im we sentlichen nach der Seite der Zylindermitte zu, so dass auch in diesem Falle eine im wesentlichen gleichmässige Verteilung des Brennstoffes über den übrigen Brennraum erzielt wird.
Das flache Auslaufen der Kol benvertiefung nach der dem Einspritzraum gegenüberliegenden Seite ist in diesem Falle in der Regel ohne Nachteile, da infolge der vergrösserten Entfernung zwischen der Aus mündung des Einspritzraumes. und der gegen überliegenden Seite der Zylinderwandung ein Auftreffen von flüssigem Brennstoff auf diese Wandung nicht zu befürchten ist.
Eine zum Anlassen dienende Glühkerze q kann unter Umständen auch in Fortfall kommen, da das Anlassen von Maschinen nach der Erfindung auch im kalten Zustande derselben wesentlich erleichtert ist.
Des weiteren kann unter Umständen auch das Einsatzfutter e bei entsprechender Ausbildung der den Einspritzraum bildenden Wand in Fortfall kommen.
Die Anordnung mit exzentrisch und schräg angeordnetem Einspritzraum kommt hauptsächlich für solche Maschinen in Be tracht, die lediglich ein einziges Ein- bezw. Auslassventil besitzen. Die exzentrische Schräglage hat, wie bereits erwähnt, in die sem Falle den Vorteil, dass ausreichend Raum für die Anordnung genügend grosser Ventile vorhanden ist.
Insbesondere ist eine solche Anordnung für Maschinen kleiner Abmessungen von Vorteil, kann aber auch für Maschinen grö sserer Abmessungen verwendet werden.
Die Ausführungsform nach Fig. 3 unter scheidet sieh von derjenigen nach Fig. 1 da durch, dass der Kolben eine ringförmige Mulde m3 besitzt, so dass innerhalb derselben eine Erhöhung r gebildet wird, welche als Prallfläche für den aus der Düse e durch die Vorkammer<I>d</I> und den Kanal f hindurch ein gespritzten Brennstoff dient. Die Prallfläche kann wieder mit einem Umlenkkegel o ver sehen sein.
Der Spalt n wird durch die Endwandung e' des Einsatzes e und die Kolbenerhöhung r gebildet. Der Hauptbrennraum wird von dem an der Prallfläche r bezw. o abgelenkten Brennstoff im wesentlichen radial durch quert.
Der Kolbenboden kann auch so gestaltet sein, dass er angenähert zu dem aus dem Ringspalt austretenden Brennstoffstrahlman tel parallel verläuft, wobei dessen Richtung von der Neigung der Prallfläche zur Zylin derachse abhängt.
Im übrigen sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im Falle der Fig. 1 oder 2 versehen.
Die Ausführungsform nach Fig. 4 unter scheidet sich von derjenigen nach Fig. 3 da durch, dass der Ringspalt n nicht genau senk recht zur Zylinderachse nach aussen, sondern etwas schräg nach unten gerichtet ist. Zu diesem Zweck ist die Endfläche e' des Ein satzes e abgeschrägt und der Umlenkkegel o in entsprechender Weise gestaltet. Der Kol- benboden m4 vertieft sich allmählich von der Zylinderachse aus nach dem Umfang und ist dem aus dem Ringspalt n austretenden Brennstoffstrahl angepasst. Der Einsatz e ist mit Zähnen e" versehen, welche in entspre chende Zähne eines die Kammer d bildenden Einsatzes dl eingreifen. Durch Verschrauben des Einsatzes e bezw. d1 kann die Weite des Spaltes n geändert werden.
Der Einsatz d, kann in irgendeiner geeigneten Weise ini Zylinderkopf gegen Drehen gesichert. wer den und gleichzeitig, zum Beispiel ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. ?. die Einspritzdüse umschliessen.
Die Kolbenbodenmulde kann auch eine von der Kreisform abweichende beliebige andere Gestalt haben. Ebenso kann auch bei der Schräganordnung des Einspritzkanals nach Fig. 2 der Kolbenboden eine Erhebung aufweisen, die eine Umlenkung des Brenn stoffstrahls in den Zylinderraum hinein be günstigt.
Bei allen Ausführungsbeispielen könnte die in den übrigen Brennraum hineinragende Mündungswandung des den Brennstoff auf nehmenden abgeteilten Brennraumes an den Zylinderkopf angeschweisst sein.
Internal combustion engine. The invention relates to an internal combustion engine with a divided combustion chamber.
According to the invention, at the end of the compression stroke, part of the combustion chamber into which fuel is introduced is separated from the remaining combustion chamber in the manner of an antechamber in such a way that a throttle connection remains between the divided combustion chamber and the remaining combustion chamber, through which the fuel introduced into the divided combustion chamber respectively. can distribute the resulting fuel-air mixture to the rest of the combustion chamber, whereas during the remaining part of the piston stroke a lower throttling effect occurs than at the end of the compression stroke between the divided combustion chamber and the remaining combustion chamber.
The divided combustion chamber can be designed in such a way that it is in at least virtually unthrottled communication with the rest of the combustion chamber during the greater part of the piston stroke. The rest of the combustion chamber can also be in at least almost unthrottled connection with the displacement.
An overall arrangement is preferred such that at the end of the compression stroke an annular throttle gap remains as a Drosselverbin connection between the rest of the combustion chamber and the combustion chamber divided by this, so that the fuel introduced into the divided combustion chamber or. the resulting fuel-air mixture can evenly distribute to the rest of the combustion chamber.
The annular throttle gap can release an approximately perpendicular to the Zylin directed passage; but it can also be designed so that a passage obliquely to the cylinder axis is made light.
The overflow cross-section between the divided combustion chamber and the rest of the combustion chamber can also be designed in such a way that, when the piston does not exert a throttling effect, the divided combustion chamber is connected to the rest of the combustion chamber either completely unthrottled or more or less weakly throttled, with the throttling is reinforced by the piston approaching its dead center position.
The fuel is expediently introduced exclusively into the divided combustion chamber, in particular injected by means of an injection nozzle; however, the invention can also be used in machines in which the remaining combustion chamber is also directly charged with fuel. However, in the description below, the sub-chamber from which the combustion chamber is distributed to the rest of the combustion chamber through the throttle connection should be referred to as the divided combustion chamber that receives fuel. The fuel is expediently fed into this divided combustion chamber in the direction of the Muzzle of the same injected.
The subdivision of the combustion chamber respectively. the throttling of the sub-spaces is expediently carried out by the piston itself.
It has proven to be advantageous to inject the fuel into the injection chamber in such a way that it strikes an impact surface, in particular on the piston head, and is then distributed to the rest of the combustion chamber via the annular throttle gap. In a particularly simple and expedient manner, the annular throttle gap can be formed by the orifice wall of the fuel-receiving, divided combustion chamber and the piston head approaching the orifice wall at the piston dead point.
It is also particularly advantageous if the rest of the combustion chamber is at least partially formed by a depression in the piston head so that the fuel or fuel emerging from the annular gap the fuel-air mixture emerging from it can develop as freely as possible in the recess without hitting the cylinder wall.
For even distribution of the fuel to the rest of the combustion chamber, the fuel-receiving, partitioned combustion chamber and the piston recess can be arranged at least approximately equidistant to the cylinder chamber, with the fuel being injected at least approximately in the direction of the cylinder axis. The piston bowl expediently extends almost over the entire piston crown, with the exception of an outer annular piston rim.
If the throttle connection opens tangentially to a boundary wall of the rest of the combustion chamber, a particularly advantageous vortex movement is achieved in the rest of the combustion chamber and the mixing of air and fuel is supported in a particularly effective manner. Appropriately extends the Wan extension of the opening of the fuel receiving divided combustion chamber in the piston top dead center into the piston bowl, and specifically just above the lowest point of the at least approaching flat bottom of the bowl in the piston bottom.
The invention makes it possible to achieve a machine with good combustion, high average pressure, high output and very low fuel consumption (up to less than 150 g per horsepower hour). These results can be explained by the following circumstances: As a result of the only short-term Drosselwir effect between the separate combustion chamber receiving the fuel and the remaining combustion chamber when the piston approaches the piston dead center at the end of the compression stroke and as a result of the otherwise reduced or for example the pumping losses of the piston are effectively reduced on the increased throttling effect between the two spaces.
The arrangement of a continuous ring-shaped throttle gap enables the fuel or fuel mixture to be evenly distributed to the rest of the combustion chamber, so that all of the air in the combustion chamber can be used for combustion, with the throttling ring gap providing an overpressure sufficient for effective atomization in the injection chamber.
By using a piston recess, on the one hand, it can be prevented that the fuel hits the cold cylinder wall and is caused by deposits and a smoking exhaust, and on the other hand, an advantageous vortex can be generated in the rest of the combustion chamber by displacing it over the outer piston edge Air executes a whirling movement over the piston recess, which can still be supported by the chamber contents emerging through the annular gap.
Because the main throttling only takes place in the, for example, annular throttle gap, the advantage of a fuel injection taking place axially through the partitioned combustion chamber against the piston crown can be achieved that the effect of the burning jet on the piston crown extends over a relatively large area can share. As a result, the piston is relatively little thermally stressed by the impinging jet, especially because there is still a strong throttling between the flame of the fuel mixture hitting the piston crown and the rest of the combustion chamber, and as a result the flame is still under air deficiency.
The flame is therefore less hot when it strikes the piston crown at top dead center than in such known machines in which the fuel only reaches the piston after passing through a narrow throttle connection within the main combustion chamber, for example on approaches on the piston , occurs.
The starting ability of the engine can also be improved if the air flowing into the divided combustion chamber is only throttled relatively little during the compression stroke. As a result of the reduced throttling, the cooling losses of the air flowing into the partitioned combustion chamber are also reduced, so that the fuel injected into this partitioned combustion chamber has hotter air.
If the fuel is also injected in such a way that it strikes an impact surface, for example on the piston, and is diverted from it while still in a liquid state into the rest of the combustion chamber, the fuel particles that get into this remaining combustion chamber, for example the main combustion chamber, are also removed make it easier to start the machine because the compressed air, provided that the remaining combustion chamber or main combustion chamber is in unthrottled connection with the displacement,
has an even higher temperature than in the separate combustion chamber.
The distance between the nozzle orifice and the piston head is expediently selected so that when it hits the piston head, the fuel is in a state that is already prepared for ignition and is partially burning, but on the other hand the desired effective impact of the fuel jet on the impact surface , for example on the piston crown. Favorable results are achieved when the distance between the injection nozzle orifice and the piston crown corresponds approximately to half the cylinder diameter.
So that there is a sufficient amount of air in the injection chamber and a partial ignition and sufficient pressure increase is possible in it, the fuel-receiving, divided combustion chamber in the manner of an antechamber, for example an enlarged chamber adjacent to the injection nozzle, can include. which connects the fuel jet receiving Mün training channel. If necessary, however, the divided combustion chamber receiving the fuel can also:
be designed as a channel with practically the same diameter table.
The width of the annular gap is, for example, about 2-4 mm in the sizes considered for aircraft and vehicle machines.
In an expedient embodiment, the divided combustion chamber that receives the fuel is arranged at least approximately centrally to the cylinder axis and to the remaining combustion chamber forming the main combustion chamber above the piston head. Such an arrangement enables a particularly uniform distribution of the fuel in the main race space. However, other arrangements are also possible, for example with a divided combustion chamber arranged obliquely and eccentrically to the axis of the cylinder, this latter arrangement being mainly advantageous for smaller, faster running machines in which, for example, only two valves are arranged in the cylinder head.
In the drawing, four execution examples of the subject invention are Darge provides.
In Fig. 1 a pre-chamber-like injection chamber d is seen in the cylinder cover a of the cylinder b centrally above the piston c. In the antechamber mouth a zy-cylindrical insert e is attached, which is screwed into the cylinder head wall in the case presented and contains a cylindrical mouth channel f. The insert protrudes with its lower end e 'beyond the wall h of the cylinder cover delimiting the main combustion chamber g into the main combustion chamber and is cut off horizontally at the free end. The injection nozzle i is inserted into the cylinder head axially to the orifice channel f above the antechamber-like injection chamber.
The bottom of the piston c has a depression k in the form of a shallow, outwardly tapering bowl towards the piston edge l, such that a narrow annular gap na is formed in the upper piston dead center between the lower end e 'of the insert and the bottom in the piston bowl becomes. To Umlen effect of the fuel BEZW. Fuel mixture can be provided denboden a deflection cone o on the Mul. The inlet and outlet valves, which are indicated at p. are conveniently arranged above the piston recess.
The clear width of the insert e is dimensioned in such a way that the fuel jet emerging from the nozzle i after it has passed through the antechamber d and thereby with air. mixed and possibly partially ignited, flows through the mouth channel practically unthrottled, as the drawn beam path indicates tet. The throttling necessary at the beginning of the combustion stroke takes place through the annular gap n. The gap width of which, if appropriate, can also be regulated by axially adjustable arrangement of the insert.
Through the annular gap, the fuel mixture is distributed along the piston crown in recess k and in main combustion chamber g without coming into direct contact with the cold cylinder walls. As a result of this and by displacing the air above the piston edge Z when it approaches the top dead center position of the piston, an air vortex indicated by dashed lines in the drawing is created in the main combustion chamber, which can optionally be supported by a corresponding design of the cylinder head wall h.
A flat trough with a diameter of its bottom surface of approximately 60-807o of the cylinder diameter and a depth of 10 mm has been found to be particularly favorable for the machine sizes customary for vehicle and aircraft engines. The annular gap n expediently has a width of 2-3 mm, but if possible not greater than 4 mm at the top dead center of the piston. The distance of the nozzle orifice from the piston head corresponds practically to half the cylinder diameter, the diameter of the orifice channel f for example one fifth and its length practically half of this distance.
The insert e is inserted into the cylinder head without any special insulation; but it can also be partially isolated on its outside against the wall of the cylinder head. If necessary, the bottom of the piston recess can also be raised in its middle part, so that the gap ft- is formed between this elevation and the lower end of the mouth channel. Likewise, the main combustion chamber can under certain circumstances also be formed by a corresponding recess in the cylinder head instead of a depression in the piston crown.
The annular gap is expediently horizontal. However, it can also be directed obliquely downwards or obliquely upwards with an appropriately designed piston head. Furthermore, the annular gap under Unistan can also be divided into individual openings by the ribs or the like arranged in the piston head or. have different widths on its circumference.
In the embodiment of FIG. 2, the divided combustion chamber or the injection chamber f in the cylinder head a is arranged obliquely and eccentrically to the axis of the cylinder b. The injection combustion chamber here has practically the same diameter from the injection nozzle to the opening into the main combustion chamber k2, with only relatively minor enlargements. The subchamber d which closes at the mouth of the injection nozzle i is here enclosed by an insert which at the same time also contains the injection nozzle i.
The remaining part of the injection chamber is surrounded by a partially with play in a corresponding bore in the cylinder head, a set insert, the lower end e 'protrudes into the main combustion chamber k2, which is mainly formed by a recess in the piston c and according to the after Injection chamber opposite side of the piston tapering bottom of the piston recess is beveled such that in the upper piston dead center an annular gap n between the end face of the chuck e and the bottom m !! the hollow is created
in the example drawn the gap after the cylinder in the middle is slightly wider than on the opposite side.
Due to the laterally inclined arrangement of the injection chamber, little space is required for this, so that the valves can have a sufficiently large cross-section and the cooling of the valves or. the walls of the injection chamber is not impaired. If the injection chamber is designed without significant expansion, it takes up even less space. At the same time, the advantage of a reduced surface of the injection chamber is achieved.
The fuel is injected through the injection nozzle in the axial direction of the channel-shaped injection chamber at an angle onto the bottom m2 of the piston recess, whereupon the fuel, which is partially already in the burning state, is through the annular gap n onto the main combustion chamber, mainly after on the side of the cylinder axis. Otherwise, the mode of operation of the embodiment is essentially the same as that of the arrangement according to FIG.
The opening of the divided combustion chamber that receives the fuel can, for example, protrude into an eccentric piston crown depression, for example tapering flat towards the edge of the piston. In this case, the fuel injected in the longitudinal direction of the injection chamber hits the piston head at an angle and is distributed according to this angle from the point of impact essentially towards the side of the cylinder center, so that in this case, too, an essentially uniform distribution of the Fuel is achieved through the rest of the combustion chamber.
The shallow discharge of the Kol benvertiefung after the opposite side of the injection chamber is usually without disadvantages in this case, because of the increased distance between the mouth of the injection chamber. and on the opposite side of the cylinder wall, there is no need to fear that liquid fuel will hit this wall.
A glow plug q used for starting can also be omitted under certain circumstances, since the starting of machines according to the invention is also made considerably easier when they are cold.
Furthermore, under certain circumstances, the insert lining e can also be omitted if the wall forming the injection chamber is designed accordingly.
The arrangement with an eccentrically and obliquely arranged injection chamber comes into consideration mainly for machines that only have a single one or more. Have exhaust valve. As already mentioned, the eccentric inclination has the advantage in this case that there is sufficient space for the arrangement of sufficiently large valves.
In particular, such an arrangement is advantageous for machines of small dimensions, but can also be used for machines of larger dimensions.
The embodiment according to FIG. 3 differs from that according to FIG. 1 in that the piston has an annular trough m3, so that within it an elevation r is formed, which acts as a baffle surface for the from the nozzle e through the antechamber < I> d </I> and the channel f through which an injected fuel is used. The impact surface can be seen again with a deflection cone o ver.
The gap n is formed by the end wall e 'of the insert e and the piston elevation r. The main combustion chamber is respectively from the one on the baffle r. o deflected fuel traverses essentially radially.
The piston head can also be designed in such a way that it runs approximately parallel to the fuel jet man tel exiting the annular gap, the direction of which depends on the inclination of the impact surface relative to the cylinder axis.
Otherwise, corresponding parts are provided with the same reference numerals as in the case of FIG. 1 or 2.
The embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 3 in that the annular gap n is not exactly perpendicular to the cylinder axis to the outside, but is directed somewhat obliquely downwards. For this purpose, the end face e 'of the insert e is bevelled and the deflection cone o is designed in a corresponding manner. The piston head m4 gradually deepens from the cylinder axis towards the circumference and is adapted to the fuel jet emerging from the annular gap n. The insert e is provided with teeth e ″ which engage in corresponding teeth of an insert dl forming the chamber d. The width of the gap n can be changed by screwing the insert e or d1.
The insert d can be secured against turning in any suitable manner in the cylinder head. who and at the same time, for example similar to the embodiment of FIG.? enclose the injection nozzle.
The piston crown bowl can also have any other shape that deviates from the circular shape. Likewise, in the inclined arrangement of the injection channel according to FIG. 2, the piston head can have an elevation which favors a deflection of the fuel jet into the cylinder chamber.
In all of the exemplary embodiments, the mouth wall of the divided combustion chamber which receives the fuel and which protrudes into the rest of the combustion chamber could be welded to the cylinder head.