DE1024285B

DE1024285B - Self-igniting, air-compressing internal combustion engine

Info

Publication number: DE1024285B
Application number: DEM30311A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Ludwig Hockel
Original assignee: Motoren Werke Mannheim AG
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 1956-04-20
Filing date: 1956-04-20
Publication date: 1958-02-13

Description

Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschinen mit einer Vorkammer, die in ihrem dem Zylinderraum zugewandten Teil ein Einsatzstück besitzt, das aus einer mittleren Öffnung und einem durch Stege unterteilten äußeren Durchtrittsquerschnitt besteht, wobei der eingespritzte Brennstoffstrahl ungefähr die Wand der Mittelöffnung berührt.Self-igniting, air-compressing internal combustion engine The invention refers to self-igniting, air-compressing internal combustion engines with a Antechamber, which has an insert piece in its part facing the cylinder space, that consists of a central opening and an outer passage cross-section divided by webs with the injected jet of fuel approximately the wall of the central opening touched.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Temperaturen der mit dem eingespritzten Brennstoffstrahl und mit der während des Verdichtungshubes in die Vorkammer einströmenden Luft in Berührung kommenden Teile so einzustellen, daß innerhalb der mittleren Öffnung eine Zündung des eingespritzten Brennstoffes bei sehr kurzem Zündverzug und eine anschließende langsame Verbrennung mit einem Druckanstieg bis zu 60 bis 65 kg/cm2 bei einer Druckanstiegsgeschwindigkeit von etwa 2 kg/cm2 pro Grad Kurbelwinkel, unabhängig von der Cetanzahl (Zündwilligkeit) des eingespritzten Brennstoffes und ohne Verschlechterung des Kaltstartverhaltens gegenüber einer normalen Vorkammer, stattfindet. Die vorstehend angegebenen Werte kennzeichnen einen Zustand, der bei der Gestaltung von Verbrennungsräumen von Dieselmotoren stets angestrebt, aber nie vollständig erreicht wurde. Der Höchstwert des Zünddruckes von 60 bis 65 kg/cm2 stellt bei einem für kleine, schnell laufende Dieselmotoren, für die die Erfindung in erster Linie in Frage kommt, notwendigen Verdichtungsverhältnis von etwa 1 :20 das erreichbare Minimum an Druckbelastung des Triebwerkes dar.The object of the invention is to reduce the temperatures of the with the injected fuel jet and with the during the compression stroke in the antechamber inflowing air to adjust parts coming into contact so that ignition of the injected fuel occurs within the central opening very short ignition delay and a subsequent slow combustion with an increase in pressure up to 60 to 65 kg / cm2 at a rate of pressure increase of about 2 kg / cm2 per degree of crank angle, regardless of the cetane number (ignitability) of the injected Fuel and without deterioration of the cold start behavior compared to a normal Antechamber, takes place. The values given above indicate a condition which, when designing the combustion chambers of diesel engines, always strives to but was never fully achieved. The maximum value of the ignition pressure from 60 to 65 kg / cm2 represents for small, fast running diesel engines for which the Invention primarily comes into question, necessary compression ratio of about 1:20 represents the achievable minimum pressure load on the engine.

Die geringe Druckanstiegsgeschwindigkeit von 2 kg/cm2 pro Grad Kurbelwinkel senkt den Körperschall des Verbrennungsgeräusches noch unter den Geräuschpegel der übrigen Geräuschbildner, wie Ventile, Kolben, Zahnräder usw. Die angestrebte Unabhängigkeit von der Cetanzahl des Brennstoffes ist notwendig, um alle flüssigen Kohlenwasserstoffe, auch Benzine mit hohen Oktanzahlen, deren Cetanzahl sehr niedrig liegt, ohne Schwierigkeiten verarbeiten zu können. Durch diese Kraftstoffunabhängigkeit wird der Anwendungsbereich der Dieselmaschine ganz bedeutend erweitert.The low rate of pressure increase of 2 kg / cm2 per degree of crank angle reduces the structure-borne noise of the combustion noise to below the noise level of the other noise generators, such as valves, pistons, gears, etc. The desired independence of the cetane number of the fuel is necessary to remove all liquid hydrocarbons, even petrol with high octane numbers, the cetane number of which is very low, without difficulty to be able to process. This fuel independence increases the scope of application of the diesel engine.

Es sind Dieselmotoren bekanntgeworden, die den vorstehend erläuterten Forderungen. annähernd genügen. Das bei den bekanntenMaschinen angewendete Verbrennungsverfahren arbeitet mit einer filmartigen Brennstoffauftragung auf die Wände eines im Kolben gelegenen Brennraumes, die auf einer Temperatur von etwa 350° C gehalten werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß ein Kaltstart nur mittels einer Luftheizanlage möglich ist, welche die Verbrennungsluft um etwa 60° C erhitzt, so daß die notwendigeTeinperatur der Brennraumwände erreicht wird. Eine derartige Anlage ist für kleinere Motoren, für die die Erfindung in besonderem Maße zur Anwendung kommt, aus Platz- und Kostengründen viel zu aufwendig. Das schlechte Kaltstartverhalten eines Kraftstoffilmes, der von der Wärme der Brennraumwände verdampft werden muß, bedingt ferner das Vorhandensein einer Mehrlochdüse, die außer dem Filmstrahl einen Zündstrahl liefert und zusätzlich noch eine Startmengeneinstellung der Einspritzpumpe von 180°/o der Vollastmenge. Diese Abweichungen bedingen sowohl ein Verlassen der heute schon stan= dardisierten Einspritzeinrichtungen - ein für den Ersatzteildienst schwerwiegender Nachteil - als auch eine vermehrte Empfindlichkeit der Düse gegenüber den normalerweise bei Kleindieselmotoren verwendeten robusten Zapfendüsen.There are diesel engines known that the above Requirements. almost enough. The combustion process used in the known machines works with a film-like application of fuel on the walls of one in the piston located combustion chamber, which are kept at a temperature of about 350 ° C. The disadvantage of this method is that a cold start is only possible by means of a Air heating system is possible, which heats the combustion air by about 60 ° C, so that the necessary temperature of the combustion chamber walls is reached. Such a facility is for smaller engines for which the invention is particularly applicable comes, much too expensive due to space and cost reasons. The bad cold start behavior a fuel film that has to be evaporated by the heat from the combustion chamber walls, also requires the presence of a multi-hole nozzle which, in addition to the film jet, has a Pilot jet supplies and additionally a starting quantity setting of the injection pump of 180 ° / o of the full load amount. These deviations require leaving the Injection devices that are already standardized today - one for the spare parts service serious disadvantage - as well as an increased sensitivity of the nozzle to it the sturdy spigot nozzles normally used on small diesel engines.

Es ist ferner eine Vorkaminerbauart bekanntgeworden, die in ihrem dem Zylinderraum zugewandten Teil mit einem Einsatzstück versehen ist, das eine mittlere Öffnung und durch Stege unterteilte äußere Durchschnittsquerschnitte aufweist. Bei dieser bekannten Bauart berührt der Brennstoffstrahl mit seinem äußeren Kernstrah-ldurchmesser nicht die Wand der Öffnung, wie es gemäß der Erfindung vorgesehen ist, sondern prallt mit seiner Hauptmasse gegen die düsenseitige Stirnfläche der Wand der mittleren Öffnung. Außerdem ist die durch den bekannten Einsatz hervorgerufene Drosselung der Luft, die während des Verdichtungshubes in die Vorkammer fließt, so stark, daß in der mittleren Öffnung eine heftige Luftbewegung herrscht, die noch durch die an den scharfen Bohrungskanten entstehenden Wirbel verstärkt wird. Gemäß den der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnissen verhindert eine derartig starke Luftbewegung, welche die Sollform des Brennstoffstrahles verändert, die Aufbereitung desselben durch die Wärme der Wand der mittleren Öffnung, da der Brennstoffstrahl in diesem Falle schon vor Erreichen des Einsatzes zündet. Demnach ist es mit dem bekannten Einsatz weder gelungen, den Verbrennungsablauf zu beeinflussen, noch die Verarbeitung von schwer zündenden Brennstoffen zu ermöglichen. Diese Bauart hat demgemäß auch keine praktische Bedeutung erlangt.It has also become known a prechamber construction in their the part facing the cylinder space is provided with an insert, the one has central opening and subdivided by webs outer average cross-sections. In this known design, the fuel jet touches its outer core jet diameter not the wall of the opening, as provided according to the invention, but bounces with its main mass against the nozzle-side face of the wall of the middle Opening. In addition, there is the throttling caused by the known use the air that flows into the antechamber during the compression stroke is so strong that There is a violent movement of air in the central opening, which is still through the The vortex created at the sharp edges of the bore is reinforced. According to the The knowledge underlying the invention prevents such a strong air movement, which is the desired shape of the fuel jet changed the processing the same by the heat of the wall of the central opening, as the fuel jet in this case it ignites before the mission is reached. So it is with that known use neither succeeded in influencing the combustion process, nor the To enable the processing of difficult-to-ignite fuels. This type has accordingly also has no practical significance.

Es ist lediglich eine Ausführung eines in eine Mittelöffnung und mehrere Außenquerschnitte unterteilten, an der Verbindungsstelle zwischen Vorkammer und Zylinderraum gelegenen Einsatzstückes bekanntgeworden, die hinsichtlich der Lage des Brennstoffstrahles und der Forderung nach schwacher Luftbewegung in der Mittelöffnung mit dem Erfindungsgegenstand übereinstimmt. Der bekannte Einsatz ist zwar durch einen Luftspalt gegen den Zylinderkopf wärmeisoliert, doch ist nichts über die an der Wand der Mittelbohrung, noch über die an den Außenwänden des Einsatzes einzuhaltenden Temperaturen, noch über geeignete Maßnahmen zur Verwirklichung derselben offenbart. Die Einhaltung bestimmter Temperaturen ist aber entscheidend für die Wirkung des Einsatzes. Die Wand der eigentlichen Vorkammer ist nicht wärmeisoliert gegen den Zylinderkopf, was in erfindungsgemäßer Erkenntnis die Wirkung eines derartigen Einsatzstückes stark beeinträchtigt.It is just a version of one in a central opening and several Subdivided outer cross-sections at the junction between the antechamber and Cylinder space located insert became known that with regard to the location the fuel jet and the requirement for weak air movement in the central opening coincides with the subject matter of the invention. The well-known use is through an air gap is thermally insulated against the cylinder head, yet nothing is about that on the wall of the central hole, still above the one to be adhered to on the outer walls of the insert Temperatures, nor about suitable measures to achieve the same disclosed. Maintaining certain temperatures is crucial for the effectiveness of the Use. The wall of the actual antechamber is not thermally insulated from the Cylinder head, which in the knowledge according to the invention, the effect of such an insert severely impaired.

Es ist weiter bekannt, die Wände von Vorkammern und die eine Verbindung zum Hauptverbrennungsraum darstellenden, in ihrer Form von der erfindungsgemäßen Gestaltung abweichenden Einsätze mittels Luftspalten gegen den Zylinderkopf zu isolieren. Die Wirkung dieser Maßnahmen kann nicht mit der des Erfindungsgegenstandes verglichen werden, da weder die Einhaltung bestimmter Temperaturen offenbart, noch eine Unterteilung in Mittelöffnung und Außenquerschnitte vorgesehen ist.It is also known the walls of antechambers and the one connection to the main combustion chamber, in its form of the one according to the invention Design to isolate different inserts by means of air gaps against the cylinder head. The effect of these measures cannot be compared with that of the subject matter of the invention as neither the observance of certain temperatures nor a subdivision are disclosed is provided in the central opening and outer cross-sections.

Um die weiter oben erläuterte Erfindungsaufgabe zu lösen, wurden völlig andere Wege eingeschlagen, die mit den bekannten Lösungen nichts gemeinsam haben und die nicht nur Nachteile derselben vermeiden, sondern noch eine überraschende Verbesserung des Kaltstartverhaltens zur Folge haben. Das Kaltstartverhalten des erfindungsgemäßen Brennraumes übertrifft dasjenige des normalenVorkammerverfahrens und nähert sich den bei direkter Einspritzung mit einheitlichem Brennraum erreichten Werten. Es ist möglich, die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem normalen Anlasser ohne jede Anlaßhilfe bei Temperaturen bis zu - 10° C anzuwerfen. Unterhalb dieser Temperatur ist ein kurzes Vorglühen mittels einer elektrischen Glühkerze oder Zündpapier, wie es auch bisher schon bei abgeteilten Brennräumen üblich war, notwendig.In order to solve the inventive problem explained above, were completely took other paths that have nothing in common with the known solutions and which not only avoid disadvantages, but also a surprising one Result in an improvement in the cold start behavior. The cold start behavior of the The combustion chamber according to the invention surpasses that of the normal antechamber method and approaches that achieved with direct injection with a uniform combustion chamber Values. It is possible to use the internal combustion engine according to the invention with a normal Starting the starter without any starting aid at temperatures down to - 10 ° C. Below This temperature is a short pre-glow by means of an electric glow plug or ignition paper, as it has been customary for divided combustion chambers up to now, necessary.

Dieses Ergebnis wird an einer Brennkraftmaschine der im ersten Absatz der Beschreibung erwähnten Bauart dadurch erreicht, daß der größte Teil der Vorkammer in an sich bekannter Weise durch Luftspalte gegen den Zylinderkopf von wassergekühlten Brennkraftmaschinen wärmeisoliert ist, während die Vorkammer bei luftgekühlten Maschinen unter weitgehender Vermeidung von wärmeleitenden Berührungsflächen zum Zylinderkopf in an sich bekannter Weise im Kühlluftstrom angeordnet ist, und daß die Größe der entweder durch einen Auflageflansch allein oder durch einen Führungsansatz oder beide zugleich gebildeten Berührungsflächen des Einsatzstückes mit dem Zylinderkopf und das Verhältnis des wärmeableitenden Gesamtquerschnittes der Stege, welche die Wand der Mittelbohrung tragen, zur Mantelfläche der mittleren Öffnung so gewählt sind, daß die Temperatur an der vom Brennstoffstrahl berührten Wand der 'Mittelbohrung während des Betriebes der Maschine zwischen -150 und 650' C liegt und daß die Temperatur der Außenwand des Einsatzstückes im Betrieb nicht über 300° C ansteigt.This result is achieved in an internal combustion engine of the type mentioned in the first paragraph of the description in that most of the prechamber is thermally insulated in a known manner by air gaps from the cylinder head of water-cooled internal combustion engines, while the prechamber in air-cooled machines is largely avoided by heat-conducting Contact surfaces to the cylinder head is arranged in a known manner in the cooling air flow, and that the size of the contact surfaces of the insert piece with the cylinder head, formed either by a support flange alone or by a guide approach or both at the same time, and the ratio of the overall heat-dissipating cross-section of the webs that form the wall of the Carry central bore, are selected for the lateral surface of the central opening so that the temperature on the wall of the 'central bore touched by the fuel jet is between -150 and 650' C during operation of the machine and that the temperature the outer wall of the insert does not rise above 300 ° C during operation.

Es ist in erfindungsgemäßer Erkenntnis notwendig, daß fünf Voraussetzungen erfüllt sind, damit das als Aufgabe der Erfindung bezeichnete günstige Zündverzug- und Verbrennungsverhalten bei völliger Kraftstoffgleichgültigkeit erreicht wird. Diese Bedingungen lauten wie folgt: 1. Der Brennstoffstrahl darf nicht auf die heiße Wand gespritzt werden, sondern darf sie nur gerade eben mit seinem Außendurchmesser berühren. Er muß eine dicht geschlossene Form (Spritzwinkel 0 bis 4,') aufweisen.According to the invention, it is necessary that five prerequisites are fulfilled so that the favorable ignition delay referred to as the object of the invention and combustion behavior is achieved with complete fuel indifference. These conditions are as follows: 1. The fuel jet must not hit the hot one Wall can be sprayed, but it may only be just about with its outer diameter touch. It must have a tightly closed shape (spray angle 0 to 4 ').

2. Im Bereich der heißen Wand und des Brennstoffstrahles soll nur eine schwache Luftströmung während des Verdichtungshubes herrschen, so daß die Sollform des Brennstoffstrahles nicht verändert wird. Die Gesamtdrosselung durch den Einsatz muß gering sein.2. In the area of a hot wall and a fuel jet should only a weak air flow prevail during the compression stroke, so that the desired shape of the fuel jet is not changed. The overall throttling through use must be small.

3. Die Temperatur der heißen Wand, die der Brennstoffstrahl berührt, soll während des Betriebes zwischen .150 und 650° C liegen.3. The temperature of the hot wall that the fuel jet touches, should be between .150 and 650 ° C during operation.

Die Spitze des Brennstoffstrahles muß im Augenblick der Zündung mindestens an der kolbenseitigen Kante der mittleren Öffnung angelangt sein.The tip of the fuel jet must be at least at the moment of ignition be reached at the piston-side edge of the central opening.

5. Die Temperatur der Wand der äußeren Durchtrittsquerschnitte soll unter 300° C liegen.5. The temperature of the wall of the outer passage cross-sections should be are below 300 ° C.

Die beiden erstgenannten Forderungen werden durch eine bekannte Ausführung einer Vorkammerdieselmaschine erfüllt. Die Hinzunahme der letzten drei Forderungen ergibt aber erst das erwähnte günstige Verhalten.The first two requirements mentioned are made possible by a known design a pre-chamber diesel engine. The addition of the last three demands but only results in the aforementioned favorable behavior.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dafür gesorgt, daß die äußeren Querschnitte des Einsatzes, durch die der Hauptteil der Verbrennungsluft strömt, keine über 300° C liegende Temperatur annehmen. Dieser Umstand ist insofern sehr wesentlich, da in erfindungsgemäßer Erkenntnis auf den eingespritzten Brennstoffstrahl außerhalb des Einsatzes keine so große Wärmeeinstrahlung treffen soll, die ihn vor Erreichen des Einsatzes zu einer unkontrollierten Entzündung bringen könnte. Es ist demgegenüber vielmehr anzustreben, daß der Brennstoffstrahl innerhalb der mittleren Öffnung des Einsatzes zündet und auf seinem Weg in den Hauptverbrennungsraum dort völlig verbrennt.In a further embodiment of the invention it is ensured that the outer cross-sections of the insert through which the main part of the combustion air flows, do not assume a temperature above 300 ° C. This fact is so far very essential, since in the knowledge according to the invention on the injected fuel jet outside of the mission, heat radiation should not be as great as it should Reaching the insert could lead to uncontrolled inflammation. It In contrast, the aim is to keep the fuel jet within the middle Opening the insert ignites and on its way into the main incinerator there burns completely.

In der Zeichnung ist die Erfindung einmal in ihrer Anwendung für luftgekühlte und zum anderen für wassergekühlte Dieselmotoren dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 die luftgekühlte und Fig.2 die wassergekühlte Ausführung; Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Einsatz längs der Linie A-B in Fig. 1; Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die Stege längs der Linie C-D in Fig. 3.In the drawing, the invention is once in its application for air-cooled and on the other hand for water-cooled diesel engines, namely Fig. 1 the air-cooled and FIG. 2 the water-cooled design; Fig. 3 shows a section by the insert along line A-B in Figure 1; Fig. 4 shows a section through the webs along the line C-D in FIG. 3.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Einsatz mit 1 bezeichnet. Er besteht aus der mittleren Öffnung 2, die von der Wand 3 umschlossen ist. Die Wand 3 ist durch vier Stege 4 mit der Außenwand 5 verbunden. Der Einsatz 1 ist unter Freilassung eines Luftspaltes 6 in den Zylinderkopf 7 bzw. 9 eingesetzt. Er liegt mit seinem Flansch 8 auf der entsprechenden Gegenfläche im Zylinderkopf 7 bzw. 9 auf. In den luftgekühlten Zylinderkopf 7, der aus Leichtm,etall hergestellt ist, ist ein Ring 10 aus Schwermetall eingeschrumpft, der eine Beschädigung der Dichtfläche verhindert. Auf der anderen Seite des Flansches 8 liegt die luftgekühlte, mit Rippen 11 versehene Vorkammer 12 auf, die von nicht dargestellten, am oberen Teil der Vorkammer angreifenden Stiftschrauben angepreßt wird. Auf beiden Seiten des Flansches 8 liegen Dichtungen 13. In das Oberteil der Vorkammer 12 ist die Einspritzdüse 14 eingeschraubt. Sie ist vorzugsweise als Drosselzapfendüse mit einem Spritzwinkel von 0° ausgebildet. Seitlich davon sitzt die Glühkerze 15, die beim Anlassen bei Temperaturen unter - 10° C durch eine nicht dargestellte elektrische Batterie beheizt wird. Die Vorkammer 12 liegt im Kühlluftstrom, der etwa die Richtung des Pfeiles k nimmt.The insert according to the invention is denoted by 1 in FIG. 1. He exists from the central opening 2, which is enclosed by the wall 3. The wall 3 is connected to the outer wall 5 by four webs 4. Mission 1 is under release an air gap 6 is inserted into the cylinder head 7 and 9, respectively. He lies with his Flange 8 on the corresponding mating surface in the cylinder head 7 or 9. In the air-cooled cylinder head 7 made of lightweight metal is a Ring 10 made of heavy metal, which prevents damage to the sealing surface. On the other side of the flange 8 is the air-cooled one provided with ribs 11 Pre-chamber 12, which of not shown, attacking the upper part of the pre-chamber Studs is pressed. There are seals on both sides of the flange 8 13. The injection nozzle 14 is screwed into the upper part of the prechamber 12. she is preferably designed as a throttle pin nozzle with a spray angle of 0 °. To the side of it sits the glow plug 15, which is under when starting at temperatures - 10 ° C is heated by an electric battery, not shown. The antechamber 12 lies in the flow of cooling air, which takes approximately the direction of arrow k.

Zum Unterschied gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 befindet sich die Vorkammer 16, die aus dem Unterteil 17 und dem Oberteil 18 besteht, innerhalb des wassergekühlten Zylinderkopfes 9, gegen den sie durch einen weiten unteren Luftspalt 19 und durch einen engen oberen Luftspalt 20 isoliert ist. Sie wird durch nicht dargestellte Schrauben auf den Flansch 8 unter Zwischenlage der Dichtung 13 gepreßt. Das Oberteil 18 ist mittels einer Dichtung 21 gegen den Zylinderkopf abgedichtet. Es besitzt eine Ausnehmung 22, durch die die Glühkerze in den Brennraum hereinragt. Der Kolben 23 weist eine in der Ansicht auf den Kolbenboden kreis- oder ellipsenförmige oder dreieckige Mulde 24 auf, die an der Ausmündung des Einsatzes 1 am tiefsten ist und mit zunehmender Entfernung von dieser Stelle flacher wird.In contrast to the embodiment according to FIG. 1, the antechamber 16, which consists of the lower part 17 and the upper part 18 , is located within the water-cooled cylinder head 9, from which it is isolated by a wide lower air gap 19 and a narrow upper air gap 20 . It is pressed onto the flange 8 with the interposition of the seal 13 by screws (not shown). The upper part 18 is sealed against the cylinder head by means of a seal 21. It has a recess 22 through which the glow plug protrudes into the combustion chamber. The piston 23 has a recess 24 which is circular, elliptical or triangular in the view of the piston crown, which is deepest at the mouth of the insert 1 and which becomes shallower with increasing distance from this point.

Die Vorkammer und die Strömungswege des Einsatzes fassen zwischen 30 und 70% der Verbrennungsluft, wenn der Kolben 23 im oberen Totpunkt steht. Der obengenannte Volumenanteil, gemessen in cm3; geteilt durch den kleinsten Gesamtquerschnitt des Einsatzes, gemessen in am2, ergibt -einen Wert, der zwischen 20 und 100 cm liegt. Der kleinste Querschnitt der mittleren Öffnung 2 verhält sich zu der Summe der kleinsten Querschnitte der Schlitze 25, die durch die Wände 3 und 5 sowie durch die Stege 4 umschlossen werden, wie 1 : 1 bis 1 : 10. Die Länge des Brennraumes, gemessen von der Düsenmündung bis zur düsenseitigen Kante 26 der mittleren Öffnung, verhält sich zu seinem größten Durchmesser etwa wie 1,3 : 1 bis 1 : 1. Dieses Verhältnis bewirkt, daß sich der Brennstoffstrahl mit seiner Spitze im Augenblick der Zündung je nach der augenblicklichen Drehzahl, zwischen der der Kolbenmulde zugewandten Kante 27 der Mittelbohrung 2 und der Kolbenmulde selbst befindet. Diese Angabe gilt für einen Hubraum von 0,7 bis 1,51 pro Zylinder.The antechamber and the flow paths of the insert hold between 30 and 70% of the combustion air when the piston 23 is at top dead center. Of the the above-mentioned volume fraction, measured in cm3; divided by the smallest total cross-section of the stake, measured in am2, gives a value between 20 and 100 cm. The smallest cross section of the central opening 2 is related to the sum of the smallest Cross-sections of the slots 25 through the walls 3 and 5 and through the webs 4 are enclosed, such as 1: 1 to 1:10. The length of the combustion chamber is measured from the nozzle mouth to the nozzle-side edge 26 of the central opening, behaves to its largest diameter roughly like 1.3: 1 to 1: 1. This ratio causes the fuel jet with its tip at the moment of ignition depending on the current speed, between the one facing the piston recess Edge 27 of the central bore 2 and the piston recess itself is located. This information applies for a displacement of 0.7 to 1.51 per cylinder.

Weiterhin ist in diesem Zusammenhang vorausgesetzt, daß der Einspritzdruck einen normalen Wert aufweist. Als normal ist hierbei ein Druckbereich anzusehen, der etwa zwischen 100 und 180 kg/cm2 liegt. Dieser verhältnismäßig groß erscheinende Bereich ist notwendig, um die als Voraussetzung der erfindungsgemäßen Wirkung genannte dicht geschlossene Strahlform bei den in Frage kommenden Öffnungsformen der Einspritzdüse zu erreichen. Die Änderung des Einspritzdruckes in diesem Bereich ergibt nur geringfügige Änderungen der Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Brennstoffstrahles, da das Druckgefälle in der Hauptsache in dem Ventilspalt an der Düsennadel durch Reibung aufgezehrt und nur zu einem kleinen, annähernd konstanten, Teil in Geschwindigkeit umgesetzt wird. Bei anderen Zylindergrößen kann ei.n anderes Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis des Brennraumes mit Vorteil angewendet werden. Das Verhältnis des Gesamtquerschnittes der Stege 4 zur Innenfläche der Mittelbohrung 2 liegt zwischen 1 : 0,5 und 1 : 2. Der Luftspalt, der die Außenwand 5 von der entsprechenden Bohrung des Zylinderkopfes 7 bzw. 9 trennt, ist 0,1 bis 0,2 mm groß. Die vorstehenden Bemessungsangaben sind nur als Richtwerte zu betrachten. Sie müssen im Einzelfall abgeändert werden, bis sich die gewünschten Temperaturwerte einstellen. Die angegebenen Temperaturwerte sind mit Thermoelementen gemessen, deren Spitze sich in der Mitte der Stege 4 bzw. in der Mitte der Außenwand 5 befindet. Der Luftspalt 19 ist zwischen 1 und 2 mm groß, der Luftspalt 20 dagegen aber beträgt nur 0,1 bis 0,2 mm. Hier gilt das gleiche wie für den Luftspalt 6. Die Abmessungen der Luftspalte müssen so gewählt werden, daß die Temperatur der Vorkammer zwischen dem Einsatz 1 und der Einspritzdüse 14 annähernd linear von 300 auf 80° C abfällt. Im Bereich des Luftspaltes 6 ist ein möglichst kleiner Teil der Wand 5 so als Führungsansatz ausgebildet, daß er am Zylinderkopf 7 bzw. 9 anliegt. Dieser Führungsansatz kann verlängert werden, je nachdem, ob sich die gewünschte Temperatur einstellt oder nicht. Alle angegebenen Temperaturen gelten bei voller Belastung und bei voller Drehzahl für Beharrungszustand.It is also assumed in this context that the injection pressure has a normal value. A pressure area is to be regarded as normal here, between 100 and 180 kg / cm2. This one that appears relatively large Area is necessary to the one mentioned as a prerequisite for the inventive effect tightly closed jet shape in the case of the injection nozzle opening shapes in question to reach. The change in the injection pressure in this area results in only minor changes Changes in the propagation speed of the fuel jet, as the pressure gradient mainly consumed by friction in the valve gap on the nozzle needle and only to a small extent, almost constant, converted into speed will. With other cylinder sizes, a different length-to-diameter ratio can be used of the combustion chamber can be used with advantage. The ratio of the total cross-section the webs 4 to the inner surface of the central bore 2 is between 1: 0.5 and 1: 2. The air gap that separates the outer wall 5 from the corresponding bore of the cylinder head 7 or 9 separates, is 0.1 to 0.2 mm in size. The above ratings are to be regarded only as a guide. They must be changed in individual cases until the desired temperature values are set. The specified temperature values are measured with thermocouples, the tip of which is in the middle of the webs 4 resp. located in the middle of the outer wall 5. The air gap 19 is between 1 and 2 mm large, the air gap 20, however, is only 0.1 to 0.2 mm. The same applies here as for the air gap 6. The dimensions of the air gaps must be selected so that that the temperature of the antechamber between the insert 1 and the injection nozzle 14 drops approximately linearly from 300 to 80 ° C. In the area of the air gap 6 is a Smallest possible part of the wall 5 designed as a guide approach that it is on the cylinder head 7 or 9 is applied. This management approach can be extended, depending on whether set the desired temperature or not. All specified temperatures apply at full load and at full speed for steady state.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann wie folgt erklärt werden: Gegen Ende des Verdichtungshubes wird Brennstoff aus der Düse 14 (Förderbeginn etwa 20 bis 25° vor 0T bei 2000 U/min) in einem schlanken geschlossenen Strahl (Strahlwinkel 0 bis 4°), der von einem dünnen Streustrahl umgeben ist, gegen die mittlere Öffnung 2 hin gespritzt, so daß der Außendurchmesser des Kernstrahles 28 gerade die Wand 3 der Mittelbohrung 2 berührt. Die Verbrennungsluft strömt hauptsächlich durch die Schlitze 25 ein, so daß in der mittleren Öffnung 2 nur eine schwache Luftströmung herrscht. Der eingespritzte Brennstoff, der durch die Wärme der Vorkammer 12 bzw. 17 und 18 schon eine gewisse Zündreife besitzt, entzündet sich in der heißen Zone der mittleren Öffnung bei sehr kleinem Zündverzug und brennt dort langsam ab, wobei unverbrannter Brennstoff noch in die Kolbenmulde 24 gelangt und mit der dort befindlichen Luft endgültig verbrennt. Nachdem der obere Totpunkt überschritten ist, mischt sich die aus der Vorkammer 12 bzw. 16 über die Schlitze 25 austretende Verbrennungsluft mit dem weiter eingespritzten, innerhalb der Mittelbohrung 2 entzündeten Brennstoff, wobei die Schrägstellung der Stege 4 eine gute Durchmischung begünstigt. Während dieses Vorganges entsteht praktisch kein Unterschied zwischen Vorkammer 12 bzw. 16 und Kolbenmulde 24. Es ergeben sich daher niedrige Brennstoffverbrauchswerte, bezogen auf die effektive Leistung von 175 bis 178 g/PSh im Drehzahlbereich von 1000 bis 2000 U/min bei 12 PS Zylinderleistung und einem mechanischen Wirkungsgrad von 0,72, praktisch unabhängig von der verwendeten Brennstoffart. Dadurch, daß der Brennstoff direkt in die als Hauptbrennraum wirkendeKolbenmulde24 gelangt, ergeben sich weiter die obenerwähnten günstigen Kaltstartwerte. Die Temperatur der Wand 3 ändert sich in Abhängigkeit von der Belastung nur wenig, da einer Temperaturerhöhung durch den stärkeren Wärmeanfall bei hoher Belastung die größere Kühlwirkung infolge der Verdampfungswärme der entsprechend gesteigerten Brennstoffmenge entgegenwirkt. Der Zündverzug ist so klein, daß der Brennstoff, so wie er in die mittlere Öffnung gelangt, verbrennt, so daß eine gewisse Steuerung des Verbrennungsablaufes durch das Einspritzgesetz möglich ist. Infolge der Kleinheit des Zündverzugs wird keine Verstellung des Einspritzzeitpunktes in Abhängigkeit von der Drehzahl benötigt. Bei Brennstoffen mit sehr niedrigen Cetanzahlen, wie Hochoktanbenzin, ist der Zündverzug etwa doppelt so groß wie bei Gasöl, aber immer noch so klein, daß das günstige Verbrennungsverhalten auch bei dieser Kraftstoffart aufrechterhalten bleibt.The operation of the internal combustion engine according to the invention can be as explained as follows: Towards the end of the compression stroke, fuel comes out of the nozzle 14 (start of delivery about 20 to 25 ° before 0T at 2000 rpm) in a slim closed Beam (beam angle 0 to 4 °), which is surrounded by a thin scattered beam, against the central opening 2 is injected so that the outer diameter of the core jet 28 just touches the wall 3 of the central bore 2. The combustion air mainly flows through the slots 25, so that in the central opening 2 only a weak air flow prevails. The injected fuel, which is generated by the heat of the prechamber 12 or 17 and 18 have already reached a certain degree of ignition maturity, ignites in the hot zone the middle opening with a very small ignition delay and burns slowly there, whereby unburned fuel still gets into the piston recess 24 and with the one located there Air burns up for good. After the top dead center is exceeded, mixes the combustion air emerging from the antechamber 12 or 16 via the slots 25 with the fuel that is further injected and ignited within the central bore 2, the inclination of the webs 4 favors good mixing. While this process creates practically no difference between antechamber 12 and 16 and piston recess 24. This results in low fuel consumption values, based on the effective power of 175 to 178 g / PSh in the speed range of 1000 to 2000 rpm with 12 HP cylinder power and a mechanical efficiency of 0.72, practically independent of the type of fuel used. Because the Fuel goes directly into the piston bowl 24 acting as the main combustion chamber the above-mentioned favorable cold start values. The temperature of the wall 3 changes only slightly depending on the load, due to an increase in temperature the greater cooling effect due to the increased heat build-up at high loads as a result counteracts the heat of evaporation of the correspondingly increased amount of fuel. The ignition delay is so small that the fuel as it is in the middle opening reaches, burns, so that a certain control of the combustion process through the injection law is possible. Due to the small size of the ignition delay, there is no Adjustment of the injection timing as a function of the speed is required. In the case of fuels with very low cetane numbers, such as high-octane gasoline, the ignition delay is about twice as large as with gas oil, but still so small that the favorable combustion behavior is maintained even with this type of fuel.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellte Ausführung. Beispielsweise ist es auch denkbar, einen Einsatz zu verwenden, der eine andere Form aufweist, sofern nur die Forderungen 1 bis 5, die weiter oben aufgestellt sind, erfüllt sind.The invention is not limited to the embodiment shown. For example, it is also conceivable to use one insert that is another Has shape, provided that only requirements 1 to 5, which are set out above, are fulfilled.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Self-igniting, air-compressing internal combustion engine in which, towards the end of the compression stroke, liquid fuel is injected into an antechamber provided with an insert in its part facing the cylinder space and in which this insert has a central opening and an outer passage cross-section divided by webs, whereby the injected fuel jet is directed towards the central opening and with its outer core jet diameter approximately touches the wall of the inner bore, furthermore the insert is designed so that only a weak air flow occurs in the central opening during the compression stroke, characterized in that most of the Pre-chamber (16) is thermally insulated in a manner known per se by air gaps (19, 20) against the cylinder head (9) of water-cooled internal combustion engines, while the pre-chamber (12) in air-cooled machines while largely avoiding heat-conducting contact surfaces chen to the cylinder head (7) is arranged in a manner known per se in the cooling air flow, and that the size of the contact surfaces of the insert piece (1) with the cylinder head (7, 9) formed either by a support flange (8) alone or by a guide attachment or both at the same time ) and the ratio of the heat-dissipating total cross-section of the webs (4), which carry the wall (3) of the central bore (2), to the surface area of the central opening (2) are chosen so that the temperature at the wall (3) of the fuel jet touched by the Central bore during operation of the machine is between -150 and 650 ° C and that the temperature of the outer wall (5) of the insert does not rise above 300 ° C during operation. z. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the chamber length and the length of the central opening (2) of the insert (1) are dimensioned such that the tip of the fuel jet is at least at the piston-side edge (26) at normal injection pressures at the moment of ignition the middle opening (2). 3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the size of the air gap (6) between the outer wall (5) of the insert (1) and the cylinder head (7, 9) is about 0.1 to 0.2 mm. 4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the ratio of the lateral surface of the central opening (2) to the overall heat-dissipating cross-section of the webs (4) is between 0.5: 1 and 2: 1 . 5. Internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that the ratio of the chamber length, measured from the injection nozzle to the nozzle-side edge of the insert, to the largest prechamber diameter is in a known manner between 1: 1 and 1.3: 1 . 6. Brennkraftniaschine according to claim 1, characterized in that with a water-cooled cylinder head (9) the `Feite of the air gap (19) at the lower part of the prechamber 1 to 2 mm and the width of the air gap (20) at the upper part of the prechamber 0.1 to 0.2 mm, so that the temperature of the antechamber from about 300 ° C in its part (17) adjacent to the insert (1) to about 80 ° C in the vicinity of the injection nozzle (14) drops almost linearly. 7. Internal combustion engine according to claim l and 6, characterized in that the upper air gap (20) ends in a manner known per se at approximately the same height as the injection nozzle. Documents considered: German Patent NTr. 697 200, German patent application D50501a / d6a '; German Auslegeschrift 1121720Ia / -16a2 (published on November 17, 1955); Austrian patent no. 175-110.