CH282831A

CH282831A - Process for operating pre-chamber diesel engines and pre-chamber diesel engines for carrying out the process.

Info

Publication number: CH282831A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesellschaf Daimler-Benz
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1949-09-19
Filing date: 1949-09-19
Publication date: 1952-05-15

Description

  

  Verfahren zum Betriebe von     Vorkammerdieselmaschinen    und     Vorkammerdieselmaschine     zur Ausführung des Verfahrens.    Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver  fahren zum Betrieb von     Vorkammerdiesel-          maschinen,    bei welchen während des norma  len Betriebes Brennstoff in die Vorkammer  eingespritzt und nach teilweiser Verbrennung  des     Brennstoffes    Gemisch durch die Druck  erhöhung in den durch eine Kolbenvertie  fung gebildeten     Hauptbrennraum    geblasen  wird.

   Das erfindungsgemässe Verfahren be  steht darin, dass im Zylinderraum verdichtete  Luft am Ende des Verdichtungshubes von  allen Seiten von den äussern Zylinderraum  teilen gegen die     Vorkammermündung    ver  drängt wird, um sich vor dieser zu treffen und  von der     Vorkammermündung    weg in die Kol  benvertiefung abgelenkt zu werden, und dass  das Gemisch an der Treffstelle der Luft in diese  ausgeblasen wird. Hierbei wird die Luft zu  einem Ringwirbel umgelenkt, dessen Breite  quer zur     Ausströmrichtung    des Gemisches  zweckmässig ein Mehrfaches seiner Ausdeh  nung in     Ausströmrichtung    beträgt.

   Vorzugs  weise wird beim Anlassen Brennstoff durch  die Vorkammer hindurch in flüssigem Zu  stande bis in den     Hauptbrennraum    gespritzt.  



  Des weiteren betrifft die Erfindung eine       Vorkammerdieselmaschine    zur Ausübung des       vorbeschriebenen    Verfahrens, bei der die Vor  kammer durch einen in Spritzrichtung der  Einspritzdüse angeordneten Verbindungska  nal mit einem durch eine Kolbenvertiefung  gebildeten     Hauptbrennraum    verbunden ist    und bei der der Verbindungskanal unter ei  nem Winkel von mehr als 45' zum Kolben  boden steht und bei der Treffstelle der aus den  äussern     Zylinderraumteilen    verdrängten Luft  in den     Hauptbrennraum    ausmündet. Zweck  mässig ist die Vorkammer annähernd kugel  förmig ausgebildet, wobei die Achse des Ver  bindungskanals vorteilhaft durch das Zen  trum der Vorkammer verläuft.  



  Die Zeichnung betrifft ein Ausführungs  beispiel der     Vorkammerdieselmaschine,    und  zwar zeigt       Fig.    1 einen Teilschnitt durch     Zylinder     und Vorkammer der Maschine nach Linie  <I>A -B</I> der     Fig.    2 und die       Fig.    2 einen waagrechten Schnitt durch  die     Maschine    nach Linie     C-D    der     Fig.    1.  An Hand des Ausführungsbeispiels wird  auch das erfindungsgemässe Verfahren bei  spielsweise erläutert.  



  Im in     nicht    gezeichneter Weise wasserge  kühlten Zylinder 1 gleitet der Kolben 2, wel  cher eine den     Hauptbrennraum    bildende Kol  benvertiefung 3 besitzt, deren Durchmesser  mehr als das Dreifache ihrer Tiefe beträgt.  Letztere ist mit einer Exzentrizität ei zur Zy  linderachse versetzt angeordnet und besitzt  eine kreisförmige Grundform. Der Übergang  vom Boden 4 der Kolbenvertiefung zur Um  fangswandung 5 ist gerundet, wogegen die  Umfangswand mit der     unvertieften    ringför-           migen        Stirnfläche    6 des Kolbenbodens eine  Kante 7 bildet.

   Die Ringfläche 6 des Kolben  bodens tritt hierbei (wie dargestellt) im obern  Totpunkt dicht an die den     Hauptbrennraum     oben     abschliessende        Begrenzungsfläche    8 des       Zylinderkopfes    9 heran. Im Zylinderkopf sind  einerseits das     Einlassventil    11 und das Aus  lassventil 12 sowie anderseits die Vorkammer  13 exzentrisch zur Zylinderachse angeordnet,  wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass  (wie insbesondere     Fig.    2 zeigt) die die Ventil  kanäle und die Vorkammer umgebenden Teile  des Zylinderkopfes auf ihrem ganzen Um  fange von Kühlwasser umspült werden und  sich in den Umfangspartien nicht gegenseitig  berühren.

   Die annähernd kugelförmige Ge  stalt besitzende Vorkammer 13 steht durch  einen Verbindungskanal 14, dessen Mündung  mit der den Zylinderraum abschliessenden       Zylinderkopfwandung    bündig ist,     finit    dem       Hauptbrennraum    in Verbindung. Der Ver  bindungskanal ist zur Zylinderachse um den  Winkel a, der zwischen 20 und<B>30'</B> beträgt,  geneigt. Die     Ausmündung    der Vorkammer ist  um den Betrag     e2    zur Kolbenvertiefung ex  zentrisch angeordnet und     liegt        mit    Bezug auf  die Mittelachse der Kolbenvertiefung auf der  der Zylinderachse entgegengesetzten Seite.

    Die Vorkammer 13 und der     Verbindungs-          kanal    14 sind in einem Einsatzstück 15, 17  vorgesehen, das auf einem Teil seiner Länge  gegenüber der Wandung des Zylinderkopfes  durch einen Luftspalt 16 isoliert ist. Die  Wandstärke des Teils 15 des Einsatzstückes  ist im Bereiche seines grössten Durchmessers  geringer als in dem untern, den Verbindungs  kanal enthaltenden zylindrischen Abschnitt.  In den obern Abschnitt des Teils 15 des Ein  satzes ist eine Hülse 17 z. B. eingeschraubt,  die einen nach innen vorspringenden ringför  migen Bund besitzt, welcher die Vorkammer  in ihrem obern Teil begrenzt.

   In die Hülse 17  ist die Einspritzdüse 18, eingesetzt und zwar  koaxial zum Verbindungskanal 14, so dass ein  direktes     Durchspritzen    von Brennstoff durch  die Vorkammer und den     Verbindungskanal     hindurch     möglich    ist. Zum Anlassen der Ma  schine kann eine Glühkerze verwendet wer-    den, welche z. B. von der Seite her waagrecht  in die Vorkammer hineinragt.  



  Die Abmessungen von     Hauptbrennrauin     und Vorkammer sind zweckmässig derart ge  wählt, dass die Vorkammer einen Raumanteil  von 35-45      /o    (bei mittleren Fahrzeugmaschi  nen z. B. am günstigsten     38-411/,)    des     Ge-          samtverbrennungsraumes    aufweist. Die Ex  zentrizität     e2    der     Vorkanimermündung    zum       Hauptbrennrauni    ist im allgemeinen von der  Neigung des Verbindungskanals gegenüber  der Zylinderachse abhängig und beträgt z. B.

    etwa l5-25 % des Durchmessers der Kolben  vertiefung.     14Tit    zunehmender Exzentrizität     e2     kann auch der Neigungswinkel des Verbin  dungskanals zur Zylinderachse grösser ge  wählt werden, während der Verbindungska  nal mindestens annähernd senkrecht zum Kol  benboden steht, wenn der     Hauptbrennraum     koaxial zur Zylinderachse im Kolben ange  ordnet ist. In Richtung der Zylinderachse ge  sehen, beträgt die Fläche der Kolbenvertie  fung zweckmässig zwischen 1I3 und     '-/    der  Fläche des Kolbens. Die Kolbenvertiefung  könnte auch löffelförmig ausgebildet sein und  auf der der Vorkammer entfernten Seite all  mählich in den     unvertieften    Kolbenboden  teil übergehen.  



  Nähert sich der Kolben seinem obern Tot  punkt, so wird durch Verdrängung der Luft  aus den äussern     Zylinderraumteilen    im     Haupt-          brennraum    ein exzentrischer Ringwirbel     x1,     x2 gebildet. Die Exzentrizität     e2    ist so gewählt,  dass die verdrängte Luft von allen Seiten ge  gen die Achse des auf den Boden der Kolben  vertiefung gerichteten     Vorkanimerstrahls     strömt und vor der Mündung des Verbindungs  kanals 14     aufeinandertrifft.    Die Luftbewe  gung begünstigt die Verteilung des Brenn  stoffes.

   Die Bewegung wird sich auch noch  eine gewisse Zeit nach Durchschreiten des  Totpunktes erhalten, jedenfalls so lange, als  aus der Vorkammer Gemisch ausgeblasen  wird.  



  Statt genau kugelförmig kann die Vor  kammer auch in Abweichung von der Kugel  form in Richtung des Einspritzstrahls etwas  verlängert sein.



  Process for operating pre-chamber diesel engines and pre-chamber diesel engines for carrying out the process. The invention relates to a process for the operation of pre-chamber diesel machines, in which fuel is injected into the pre-chamber during normal operation and, after partial combustion of the fuel, the mixture is blown into the main combustion chamber formed by a piston recess due to the pressure increase.

   The inventive method consists in the fact that at the end of the compression stroke, air compressed in the cylinder chamber is displaced from all sides by the outer cylinder chamber parts against the prechamber opening in order to meet in front of it and to be deflected away from the prechamber opening into the piston recess, and that the mixture is blown into the air at the point of impact. In this case, the air is deflected to form an annular vortex, the width of which is expediently a multiple of its expansion in the outflow direction across the outflow direction of the mixture.

   When starting, fuel is preferably injected through the prechamber in a liquid state into the main combustion chamber.



  The invention also relates to a pre-chamber diesel engine for performing the above-described method, in which the pre-chamber is connected to a main combustion chamber formed by a piston recess through a connecting channel arranged in the direction of injection of the injection nozzle, and in which the connecting channel is at an angle of more than 45 ' to the piston crown and flows into the main combustion chamber at the point where the air displaced from the outer cylinder chamber parts meets. Appropriately, the prechamber is approximately spherical, with the axis of the connecting channel United advantageously runs through the center of the prechamber.



  The drawing relates to an embodiment example of the pre-chamber diesel engine, namely Fig. 1 shows a partial section through the cylinder and pre-chamber of the machine along the line <I> A -B </I> of FIG. 2 and FIG. 2 shows a horizontal section through the machine along line CD of FIG. 1. The method according to the invention is also explained, for example, using the exemplary embodiment.



  In the not shown water ge cooled cylinder 1 slides the piston 2, wel cher benvertiefung a main combustion chamber forming Kol 3, the diameter of which is more than three times its depth. The latter is arranged offset with an eccentricity egg to the cylinder axis and has a circular basic shape. The transition from the bottom 4 of the piston recess to the circumferential wall 5 is rounded, whereas the circumferential wall forms an edge 7 with the non-recessed annular end face 6 of the piston head.

   The annular surface 6 of the piston bottom here (as shown) in the top dead center comes close to the boundary surface 8 of the cylinder head 9 that closes off the main combustion chamber at the top. In the cylinder head, on the one hand, the inlet valve 11 and the outlet valve 12 and, on the other hand, the prechamber 13 are arranged eccentrically to the cylinder axis, the arrangement being such that (as in particular Fig. 2 shows) the parts of the cylinder head surrounding the valve channels and the prechamber All around their circumference are washed by cooling water and do not touch each other in the peripheral areas.

   The pre-chamber 13, which is approximately spherical in shape, is finitely connected to the main combustion chamber through a connecting channel 14, the mouth of which is flush with the cylinder head wall closing off the cylinder chamber. The connecting channel is inclined to the cylinder axis by the angle α, which is between 20 and 30 '. The opening of the prechamber is arranged ex-centrically by the amount e2 to the piston recess and is on the side opposite the cylinder axis with respect to the central axis of the piston recess.

    The prechamber 13 and the connecting channel 14 are provided in an insert 15, 17 which is isolated over part of its length from the wall of the cylinder head by an air gap 16. The wall thickness of the part 15 of the insert piece is smaller in the region of its largest diameter than in the lower cylindrical section containing the connecting channel. In the upper portion of part 15 of the A set is a sleeve 17 z. B. screwed, which has an inwardly protruding ringför shaped collar which limits the prechamber in its upper part.

   The injection nozzle 18 is inserted into the sleeve 17, namely coaxially to the connecting channel 14, so that fuel can be injected directly through the antechamber and the connecting channel. A glow plug can be used to start the machine. B. extends horizontally from the side into the antechamber.



  The dimensions of the main combustion chamber and antechamber are expediently selected in such a way that the antechamber has a space proportion of 35-45% (for medium-sized vehicle engines, for example, preferably 38-411 /,) of the total combustion space. The Ex centricity e2 of the Vordanimer mouth to Hauptbrennrauni is generally dependent on the inclination of the connecting channel relative to the cylinder axis and is z. B.

    about 15-25% of the diameter of the piston recess. With increasing eccentricity e2, the angle of inclination of the connecting duct to the cylinder axis can also be selected to be larger, while the connecting duct is at least approximately perpendicular to the piston bottom when the main combustion chamber is coaxial with the cylinder axis in the piston. See ge in the direction of the cylinder axis, the area of the piston recess expediently between 1I3 and '- / the area of the piston. The piston recess could also be spoon-shaped and gradually merge into the undepressed piston crown on the side remote from the prechamber.



  When the piston approaches its top dead center, an eccentric ring vortex x1, x2 is formed in the main combustion chamber by displacement of the air from the outer cylinder space parts. The eccentricity e2 is chosen so that the displaced air flows from all sides against the axis of the fore-channel jet directed at the bottom of the piston recess and meets in front of the mouth of the connecting channel 14. The air movement favors the distribution of the fuel.

   The movement will also be maintained for a certain time after the dead center has been passed, at least as long as the mixture is blown out of the antechamber.



  Instead of being exactly spherical, the pre-chamber can also be somewhat elongated in the direction of the injection jet in deviation from the spherical shape.

Claims

PATENT CLAIMS: I. A method for operating pre-chamber diesel engines in which fuel is injected into the pre-chamber during normal operation and, after partial combustion of the fuel, the mixture is blown into the main combustion chamber formed by a piston recess due to the pressure increase, characterized in that in Cylinder space compressed air at the end of the compression stroke is displaced from all sides by the outer cylinder space parts against the front chamber mouth, in order to meet in front of this and to be deflected away from the antechamber mouth into the piston recess, and that the mixture at the meeting point the air is blown into it.

II. Pre-chamber diesel engine for practicing the method according to claim 1, characterized in that the pre-chamber is connected to a main combustion chamber formed by a piston recess through a connecting channel arranged in the direction of injection of the injection nozzle and that the connecting channel is connected at an angle of more than 4.5 'stands to the piston crown and flows into the main combustion chamber at the point where the air displaced from the outer cylinder chamber parts meets. SUBCLAIMS: 1.

Method according to patent claim I, characterized in that the displaced air is deflected in front of the antechamber opening to form an annular vortex, the width of which is a multiple of its extension in the outflow direction transversely to the outflow direction of the mixture. \ ?. Method according to dependent claim 1, characterized in that, when starting, fuel is injected through the antechamber in a liquid state into the main combustion chamber.

3. Pre-chamber diesel machine according to patent claim II, characterized in that the pre-chamber is formed from approximately spherical. 4. Pre-chamber diesel machine according to patent claim 1I, characterized in that the pre-chamber has a shape that is longer than the spherical shape in the direction of the injection jet. 5. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 3, characterized in that the axis of the connecting channel runs through the center of the pre-chamber. 6th

Pre-chamber diesel engine according to claim 1I, characterized in that the diameter of the circular piston recess is at least three times the depth of the same. r. Pre-chamber diesel engine according to claim II, characterized in that the piston recess is formed as a spoon-shaped depression and gradually runs out into the un-recessed bottom part of the piston on the side opposite the connecting channel.

B. pre-chamber diesel engine according to sub-claim 6, characterized in that the pre-chamber is arranged eccentrically to the cylinder axis next to an inlet and an outlet valve, and the piston recess on the side of the pre-chamber is also eccentric to the cylinder axis. 9. Pre-chamber diesel machine hach sub-claim 6, characterized in that the piston recess is arranged eccentrically to the cylinder axis and the connecting channel opens out eccentrically to the piston recess in this.

10. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 9, characterized in that the connecting channel is arranged at an angle to the cylinder axis. 11. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 10, characterized in that the connecting channel is inclined at an angle of more than 60 'to the piston head. 12. Pre-chamber diesel machine according to subclaims 5 and 6, characterized in that the piston recess is arranged centrally to the cylinder axis.

13. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 6, characterized in that the mouth of the connecting channel is flush with the cylinder head wall closing off the cylinder space. 14. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 6, characterized in that the transition from the bottom of the piston recess to the circumferential wall is rounded, whereas the circumferential wall forms an edge with the non-recessed annular end face of the piston head.

15. Pre-chamber this machine according to subclaims 5 and 6, characterized in that the pre-chamber and the connecting channel are provided in one insert. 16. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 15, characterized in that the cylinder head wall surrounding the insert is cooled by the cooling water. 17. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 16, characterized in that the pre-chamber is delimited by a first part of the insert piece containing the connecting duct and by a second part of the insert piece containing the injection nozzle.

18. Pre-chamber diesel machine according to sub-claim 17, characterized in that the sleeve-shaped part of the insert piece which receives the injection nozzle is inserted into the part of the insert piece containing the connecting channel. 19. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 17, characterized in that the part of the insert piece containing the connecting duct has a smaller wall thickness in the region of its largest diameter than the section containing the connecting duct.

20. Pre-chamber diesel machine according to sub-claims 3 and 6, characterized in that the pre-chamber has a volume between 35 and 45% of the total combustion space. 21. Pre-chamber diesel machine according to subclaims 3 and 6, characterized in that the pre-chamber has a volume between 38 and 410 / "of the entire combustion chamber. 22. Pre-chamber diesel machine according to subclaims 5 and 6, characterized in that the axis of the injection nozzle and the ver Binding channel have an inclination between 20 and <B> 30 '</B> to the cylinder axis.

23. Pre-chamber diesel engine according to sub-claim 6, characterized in that, viewed in the direction of the cylinder axis, the area of the piston recess is between% and the piston area.