DE624216C

DE624216C - Self-igniting internal combustion engine with airless injection

Info

Publication number: DE624216C
Application number: DEP65591D
Authority: DE
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1932-06-28
Filing date: 1932-06-28
Publication date: 1936-01-15

Description

Selbstzündende Erennkraftmaschine mit luftloser Einspritzung Die Erfindung bezieht sich auf eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit luftloser Einspritzung und einer vom Zylinderraum abgeteilten Nebenkammer, die mit dem Zylinderraum über .eine Drosseleinrichtung verbunden ist, die dem Eintritt der Luft einen geringen, dem Austritt des Gemisches hingegen einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzt.Compression ignition engine with airless injection. The invention relates to a compression ignition internal combustion engine with airless injection and a sub-chamber separated from the cylinder space and connected to the cylinder space via . a throttle device is connected, which the entry of the air a small, on the other hand, there is considerable resistance to the exit of the mixture.

Es sind Vorkammermaschinen bekannt, bei welchen die Drosseleinrichtung aus mehreren Überströmkanälen besteht, von denen ein Teil durch Rückschlagventile, die sich beim Einströmen der Luft selbsttätig öffnen, beim Ausströmen des Gemisches hingegen selbsttätig schließen, zusätzlich gesteuert ist. Dadurch kann sich die Drucksteigerung in der Vorkammer bis zu einer gewissen Höhe entfalten, ehe das Gemisch unter Umsetzung seiner Druckenergie in Geschwindigkeitsenergie über die restlichen Kanäle aus der Vorkammer abströmt und im Zylinderraum zerstäubt wird. Der Eintrittswiderstand der Luft ist infolge der ungünstigen Querschnittsverteilung der Kanäle jedoch noch zu groß und der Austrittswiderstand des Gemisches infolge der Vielzahl der zur Zerstäubung benötigten Überströmkanäle noch zu klein, so daß eine vollkommene Druckentfaltung in der Vorkammer und damit eine vollkommene Zerstäubung des Gemisches im Zylinderraum noch nicht sichergestellt ist. Außerdem sind die Rückschlagventile den hohen Verbrennungstemperaturen ausgesetzt, wodurch sie durch Verschmutzen hängenbleiben und durch Verbrennen undicht werden können, also schon nach kurzer Laufzeit zu Betriebsschwierigkeiten Anlaß geben.There are known pre-chamber machines in which the throttle device consists of several overflow channels, some of which are equipped with non-return valves, which open automatically when the air flows in, when the mixture flows out on the other hand close automatically, is additionally controlled. This allows the Pressure increase in the antechamber up to a certain height unfold before the mixture while converting its pressure energy into speed energy over the remaining Channels flows out of the antechamber and is atomized in the cylinder space. The entry resistance the air is still due to the unfavorable cross-sectional distribution of the channels too large and the exit resistance of the mixture as a result of the large number of atomization required overflow channels are still too small, so that a complete pressure development in the antechamber and thus a complete atomization of the mixture in the cylinder space is not yet guaranteed. In addition, the check valves are subject to high combustion temperatures exposed, causing them to get stuck due to dirt and leak due to burning can become, so cause operational difficulties after a short running time give.

Es sind ferner Vorkammermaschinen bekannt, bei welchen der Überströmkanal zwischen der seitlich angeordneten Vorkammer, in die die ganze Ladung verdrängt wird, und dem Zylinderraum durch die Kolbenoberkante zwangsläufig gesteuert wird. Der Überströmkanal ist hierbei tangential an den Umfang der zylindrischen Vorkammer gerichtet, so daß beim Verdichtungshub der Maschine ein Eintrittswirbel in der Vorkammer entsteht. Dieser Wirbel dient jedoch lediglich der Aufbereitung des eingespritzten Brennstoffs, also zum Zwecke einer besseren Zündung, nicht aber auch dem Transport des Brennstoffluftgemisches in den eigentlichen Brennraum. Der in der Vorkammer entstehende Wirbel kann die Entleerung des entzündeten Gemisches in den Brennraum nicht verlangsamen, weil die wirksame Drosselung beim Eintritt der Luft und beim Austritt des Gemisches durch die steuernde Kolbenoberkante jeweils gleichartig erfolgt. Die Energieumsetzung in dieser Maschine bleibt daher noch mit erheblichen Verlusten verknüpft.There are also known pre-chamber machines in which the overflow channel between the laterally arranged antechamber into which the entire load is displaced is, and the cylinder space is inevitably controlled by the piston upper edge. The overflow channel is tangential to the circumference of the cylindrical antechamber directed so that an inlet vortex in the antechamber during the compression stroke of the machine arises. However, this vortex is only used to prepare the injected Fuel, so for the purpose of better ignition, but not also for transport of the fuel-air mixture in the actual combustion chamber. The one in the antechamber The resulting eddies can drain the ignited mixture into the combustion chamber do not slow down, because the effective throttling at the entry of the air and at The mixture exits through the controlling piston top edge in the same way. The energy conversion in this machine therefore remains with considerable losses connected.

Dem gegenüber besteht das Neue der Erfindung darin, daß die Drosseleinrichtung aus einer runden oder schneckenförmigen Wirbelkammer besteht, die mit einem zentralen Kanal in den Zylinderraum und mit einem tangentialen Kanal in die Nebenkammer mündet, und daß die gesamte Brennstoffladung entweder unmittelbar in die Nebenkammer oder in die Drosseleinrichtung eingespritzt wird. Im letzteren Falle erfolgt die Einspritzung vorzugsweise gleichachsig zum zentralen Kanal, derart, daß der Brennstoff von hier teilweise durch die Luftströmung gegen Ende des Verdichtungshubes indie Nebenkammer fortgetragen wird. Dadurch ist mit rein hvdraulischen Mitteln ein außerordentlich hohes Widerstandsverhältnis zwischen Ein- und Ausströmung erreicht. In der Drosseleinrichtung verläuft die Strömung nämlich beim Eintritt der Luft -annähernd nach der kürzesten Verbindungslinie zwischen dem zentralen und dem tangentialen Kanal, beim Austritt des Gemisches hingegen nach spiralförmigen, vom @ tangentialen Kanal ausgehenden Windungen um den zentralen Kanal in der Wirbelkammer herum. Dies hat zur Folge, daß der Eintrittswiderstand für die Luft im wesentlichen nur aus dem Drosselwiderstand der Kanäle besteht, während der Austrittswiderstand für das Brennstoffluftgemisch durch die in der Wirbelkammer sich selbsttätig ausbildende Strömung eine beträchtliche Steigerung erfährt. Mit dem Einströmen der Luft ist daher nur ein verhältnismäßig geringer Druckabfall verbunden, während dem Ausströmen des Gemisches ein außerordentlich hoher Druckanstieg in der Nebenkammer vorangehen muß, wodurch nahezu die ganze durch die Vorverbrennung frei werdende Energie als Druckenergie -gespeichert, in Geschwindigkeitsenergie umgesetzt und zur Zerstäubung des restlichen Brennstoffs herangezogen werden kann. Die Zerstäubung vollzieht sich hierbei in der Weise, daß aus dem in der Achse des zentralen Kanals liegenden Wirbelkern Brennstoff- und Gemischteilchen nach dem Prinzip der Windhose mit höchster Geschwindigkeit herausgerissen und ohne abermalige Energieumsätze im Zylinderraum zerstäubt werden. Dabei werden die Brennstoffteilchen im wirbelnden Gemisch sowohl mechanisch als auch physikalisch so weitgehend aufbereitet, daß eine schnelle und vollkommene Verbrennung im Zylinderraum sichergestellt ist. Die' einfach ausgebildete Drosseleinrichtung ist mangels bewegter Teile selbst bei den höchsten Verbrennungstemperaturen unbedingt betriebssicher.In contrast, the novelty of the invention is that the throttle device consists of a round or helical vortex chamber, which opens with a central channel in the cylinder space and with a tangential channel in the secondary chamber, and that the entire fuel charge either directly into the secondary chamber or in the throttle device is injected. In the latter case, the injection is preferably carried out coaxially to the central channel, in such a way that the fuel is partly carried away from here by the air flow towards the end of the compression stroke into the secondary chamber. As a result, an extremely high resistance ratio between inflow and outflow is achieved with purely hydraulic means. In the throttle device, the flow runs when the air enters - approximately along the shortest connecting line between the central and tangential channels, while when the mixture exits, it follows spiral-shaped turns around the central channel in the vortex chamber, starting from the tangential channel. As a result, the entry resistance for the air consists essentially only of the throttle resistance of the channels, while the exit resistance for the fuel-air mixture is considerably increased by the flow that is automatically formed in the vortex chamber. There is therefore only a relatively small pressure drop associated with the inflow of air, while the outflow of the mixture must be preceded by an extraordinarily high pressure increase in the secondary chamber, whereby almost all of the energy released by the pre-combustion is stored as pressure energy, converted into velocity energy and used for atomization the remaining fuel can be used. The atomization takes place in such a way that fuel and mixture particles are torn out of the vortex core lying in the axis of the central channel at the highest speed according to the principle of the tornado and are atomized in the cylinder chamber without repeated energy conversions. The fuel particles in the swirling mixture are mechanically as well as physically processed to such an extent that rapid and complete combustion in the cylinder chamber is ensured. The simple design of the throttle device is, due to the lack of moving parts, absolutely reliable in operation even at the highest combustion temperatures.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf der Zeichnung in schematischer Weise veranschaulicht. Es zeigen Fig. i einen lotrechten Hauptschnitt durch den Zylinder, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. i mit einem anschließenden Schaubild der Wirbelgeschwindigkeiten und Fig.3 eine abweichende Ausführung im Schnitt gemäß der Fig. i.The object of the invention is shown in schematic on the drawing Way illustrated. FIG. 1 shows a main vertical section through the Cylinder, Fig. 2 shows a section along the line 2-2 in Fig. I with a subsequent Diagram of the vortex speeds and Fig. 3 a different version in section according to FIG.

Die etwa zylindrische Nebenkammer i liegt quer und exzentrisch zur Zylinderachse o im Zylinderkopf und ist durch eine Drosseleinrichtung 2, 3, 4 mit dem .Zylinderraum 5 verbunden. Die Drosseleinrichtung besteht aus einer flachen, runden Wirbelkammer 3 in der Zylinderachse o und aus zwei Kanälen 2, 4 annähernd gleichen Querschnitts. Der eine Kanal 2 ist tangential an den Umfang der Kammer 3 gerichtet und verbindet die Nebenkammer i mit der Wirbelkammer 3. Der andere Kanal 4 ist zentral zur Wirbelkammer 3 angeordnet und verbindet diese mit dem Zylinderraum 5. Der tangentiale Kanal 2 ist an der Mündungsstelle in die Wirbelkammer 3 und der zentrale Kanal 4 an der Mündungsstelle in den Zylinderraum 5 gut ausgerundet. Die Einspritzdüse 6 ist nach Fig. i gleichachsig zum zentralen Kanal 4 in die Wirbelkammer 3 eingesetzt. Ihr Spritzkegel 8 führt geschlossen durch die Wirbelkammer 3 hindurch in den zentralen Kanal 4. Der Zylinderraum 5 ist etwa kegelig geformt und@verjüngt sich an seinem oberen Ende in den Kanal 4. Der Arbeitskolben 7 ist im oberen Totpunkt dem Zylinderkopf bis auf den aus mechanischen Gründen notwendigen Spalt genähert. Die Drosseleinrichtung 2, 3, 4 wird zweckmäßig durch, das Kühlwasser des Zylinderkopfes benetzt.The approximately cylindrical secondary chamber i is transverse and eccentric to Cylinder axis o in the cylinder head and is through a throttle device 2, 3, 4 with connected to the cylinder chamber 5. The throttle device consists of a flat, round vortex chamber 3 in the cylinder axis o and two channels 2, 4 approximately same cross-section. One channel 2 is tangential to the periphery of the chamber 3 directed and connects the secondary chamber i with the vortex chamber 3. The other channel 4 is arranged centrally to the vortex chamber 3 and connects it to the cylinder space 5. The tangential channel 2 is at the point of opening into the vortex chamber 3 and the central channel 4 well rounded at the point of opening into the cylinder chamber 5. the Injection nozzle 6 is coaxial with the central channel 4 in the swirl chamber according to FIG 3 used. Your spray cone 8 leads closed through the vortex chamber 3 into the central channel 4. The cylinder space 5 is roughly conical and tapered at its upper end in the channel 4. The working piston 7 is at top dead center the cylinder head is approximated except for the gap necessary for mechanical reasons. The throttle device 2, 3, 4 is expediently through the cooling water of the cylinder head wetted.

Die . Strömungsvorgänge in der Drosseleinrichtung sind die folgenden: Während des Verdichtungshubes tritt die Verbrennungsluft aus dem Zylinderraum 5 durch den Kanal 4 hindurch in die Kammer 3 über, durchströmt diese im Sinne der Stromfäden e (Fig. 2) und gelangt schließlich durch den Kanal 2 in die Kammer i, wo sie gespeichert wird. Auf diesem Wege wird der Strömung im wesentlichen nur der Drosselwiderstand der Kanäle 2, 4 sowie der Umlenkwiderstand der Kammer 3 entgegengesetzt. Während der Druckerhöhung in der Kammer i strömt das Gemisch durch den Kanal ?, im Sinne des Pfeiles v zurück, wobei es an der Wandung der Kammer 3 im Sinne der Strömfäden a umgelenkt und zu einer annähernd spiralförmigen Bewegung um den Kanal 4 genötigt wird. Dieser Austrittswirbel drosselt zunächst den Übertritt des Gemisches aus der Kammer 3 in den Zylinderraum 5 -ab, bis sich die Stromfäden a soweit verdichtet haben, daß Gemischteilchen aus dem Wirbelkern in den Kanal 4 äbgedrängt werden können. Auf rein hydraulischem Wege ist somit ein großer Rückströmwiderstand bei nur geringem Einströmwiderstand erzielt worden. Der in der Kammer 3 erzeugte Wirbel hat die Eigenschaft, daß -die Umfangsgeschwindigkeit der Gemischteilchen vom äußeren Umfang der Kammer 3 gegen die Mitte zu wächst, um in der Wirbelachse dem theoretischen Wert - »unendlich« zuzustreben. Im Schaubild zur Fig.2 sind diese Umfangsgeschwindigkeiten u im- Verhältnis zum Halbmesser y der Kammer 3 aufgetragen. Praktisch ist die Geschwindigkeitszunahme im Wirbelkern 'dadurch begrenzt, daß die an der Oberkante des Kanals 4 anlangenden Gemischteilchen plötzlich ihre Führung verlieren und sich an der Wandung des Kanals 4 entlang nach unten in den Zylinderraum 5. schrauben.The . Flow processes in the throttle device are as follows: During the compression stroke, the combustion air emerges from the cylinder chamber 5 through the channel 4 into the chamber 3, flows through it in the sense of Stream filaments e (Fig. 2) and finally passes through channel 2 into chamber i, where it is stored. In this way the flow becomes essentially just that Throttle resistance of channels 2, 4 and the deflection resistance of chamber 3 are opposite. During the pressure increase in chamber i, the mixture flows through channel?, back in the direction of arrow v, with it on the wall of the chamber 3 in the sense of Flow threads a deflected and an approximately spiral movement around the channel 4 is required. This exit eddy initially throttles the passage of the mixture from the chamber 3 into the cylinder space 5 -ab until the stream filaments a are compressed so far have that mixture particles can be pushed out of the vortex core into the channel 4. In a purely hydraulic way, there is therefore a large backflow resistance with only a small one Inflow resistance has been achieved. The vortex generated in chamber 3 has the property that -the peripheral speed of the mixture particles from the outer periphery of the chamber 3 grows towards the middle in order to match the theoretical value - "infinite" to strive for. In the diagram for FIG. 2, these circumferential speeds u are in relation applied to the radius y of the chamber 3. The increase in speed is practical in the vertebral core 'limited by the fact that the at the upper edge of the canal 4 arriving mixture particles suddenly lose their leadership and get on the wall screw along the channel 4 downwards into the cylinder chamber 5..

Die Größe der Wirbelkammer 3 richtet sich nach dem Hubvolumen und der Drehzahl der Maschine. Vom Hubvolumen abhängig ist die Höhe der Kammer 3, da der dieser Höhe etwa entsprechende Durchmesser der Kanäle 2, 4 zwecks Vermeidung unzulässiger Einströmverluste zum Hubvolumen in einem bestimmten günstigen Verhältnis stehen muß. Von der Drehzahl abhängig ist der Durchmesser der Kammer 3, weil durch ihn die Geschwindigkeitssteigerung längs der Wirbelfäden a maßgebend beeinflußt und dadurch der Zerstäubungsgrad bestimmt wird. je höher somit die Drehzahl liegt, um so größer wird der Durchmesser der Kammer 3 in der Regel zu wählen sein, damit der für die rasche Verbrennung erforderliche hohe Zerstäubungsgrad erreicht wird. Das Volumen der Kammer 3 ist somit für jede Maschine von bestimmter Größe. Im Verhältnis zum Verdichtungsvolumen der Maschine ist dieses jedoch nur gering, so daß die Kammer 3 nicht als Zwischenkammer, sondern nur als eine notwendige Erweiterung der Kanäle 2, 4 angesehen werden darf.The size of the vortex chamber 3 depends on the stroke volume and the speed of the machine. The height of the chamber 3 is dependent on the stroke volume, there the diameter of the channels 2, 4 approximately corresponding to this height for the purpose of avoidance impermissible inflow losses to the stroke volume in a certain favorable ratio must stand. The diameter of the chamber 3 depends on the speed, because through the increase in speed along the vortex filaments a decisively influenced him and thereby the degree of atomization is determined. the higher the speed is, the larger the diameter of the chamber 3 will generally have to be chosen so that the high degree of atomization required for rapid combustion is achieved. The volume of the chamber 3 is thus of a certain size for each machine. In relation to to the compression volume of the machine, however, this is only small, so that the chamber 3 not as an intermediate chamber, but only as a necessary extension of the channels 2, 4 may be viewed.

Die Arbeitsweise der mit solchen Drosseleinrichtungen versehenen Maschinen richtet sich nach def Luftverteilung zwischen Nebenkammer und Zylinderraum, also nach der verhältnismäßigen Größe dieser beiden Räume. Hierbei ist in erster Linie maßgebend, in welchen Raum und in welcher Form die Brennstoffeinspritzung stattfindet. Wird die ganze Brennstoffladung in die Nebenkammer eingespritzt, so darf sie nur so groß gewählt werden, daß das in ihr gegen Ende des Verdichtungshubes gespeicherte Luftvolumen die zur Drucksteigerung und anschließenden Zerstäubung benötigte Vorverbrennung sicherstellt (Verfahren mit Durchströmung). Wird der Brennstoff an irgendeiner Stelle der Drosseleinrichtung beispielsweise in die Wirbelkammer eingespritzt, so darf die in der Nebenkammer gespeicherte Luftladung größer als beim ersten Verfahren gewählt werden. Dadurch kann die restliche Brennstoffladung schon in der Wirbelkammer mit der aus der Nebenkammer rückströmenden Restluft vermengt und unter Ausnützung der Wirbelenergie zusätzlich aufbereitet werden (Verfahren mit teilweiser Rückströmung).The operation of the machines provided with such throttling devices depends on the air distribution between the secondary chamber and the cylinder chamber, i.e. according to the relative size of these two rooms. This is primarily decisive in which space and in which form the fuel injection takes place. If the entire fuel charge is injected into the secondary chamber, it may only be be chosen so large that the stored in it towards the end of the compression stroke Air volume is the pre-combustion required for the pressure increase and subsequent atomization ensures (method with flow through). Will the fuel at some point the throttle device is injected into the swirl chamber, for example the air charge stored in the secondary chamber is greater than in the first method to get voted. This means that the remaining fuel charge can already be in the swirl chamber mixed with the residual air flowing back from the secondary chamber and utilized the vortex energy are additionally processed (process with partial backflow).

Wird der Brennstoff schließlich in den zentralen Kanal eingespritzt, so kann die Nebenkammer beliebig auf Kosten des Zylinderraums vergrößert werden, da die restliche Brennstoffladung mit der aus der Nebenkammer rückströmenden Restluft erst jenseits der Wirbelkammer zusammentrifft und mit dieser ein fertiges zündfähiges Gemisch bildet (Verfahren mit Rückströmung). Erst in zweiter Linie ist die Luftverteilung zwischen Nebenkammer und Zylinderraum vom Hubvolumen der Maschine abhängig. je kleiner nämlich dieses Hubvolumen ist, um so schwieriger ist es, das für die Eigenzündung des Brennstoffs benötigte Verdichtungsvolumen auf die vorhandenen Räume im erwünschten Sinne aufzuteilen, da der Kolbenspalt einen verhältnismäßig großen Anteil dieses Verdichtungsvolumens im Zylinderraum festlegt.When the fuel is finally injected into the central channel, so the secondary chamber can be enlarged as required at the expense of the cylinder space, because the remaining fuel charge with the remaining air flowing back from the secondary chamber only meets beyond the vortex chamber and with this a finished ignitable one Mixture forms (process with backflow). Air distribution is only of secondary importance between the secondary chamber and the cylinder space depends on the displacement of the machine. the smaller namely, this displacement is, the more difficult it is for self-ignition of the fuel required compression volume on the existing spaces in the desired To divide sense, since the piston gap a relatively large proportion of this Specifies the compression volume in the cylinder space.

Für das erste Arbeitsverfahren (mit Durchströmung) sei angenommen, daß die Nebenkammer nur so viel Luft enthält, als für die Vorverbrennung unbedingt nötig ist, während der größte Teil der Verbrennungsluft im Zylinderraum verbleibt. Die Einspritzung, die unmittelbar in die Nebenkammer erfolgt, beginnt derart weit vor oberem Totpunkt, daß zu Beginn der Rückströmung im wesentlichen bereits die ganze Brennstoffladung in die Nebenkammet eingeführt ist. Da die Vorverbrennung infolge Luftmangels sowohl unvollständig wie unvollkommen abläuft, dient sie nicht nur dazu, den erforderlichen Druckanstieg in der Nebenkammer herbeizuführen, sondern auch dazu, die nur teilweise oder überhaupt nicht verbrannten Brennstoffteilchen aufzuspalten und damit besser zündfähig zu machen. Unter der anschließenden Drucksteigerung in der Nebenkammer strömt das Gasbrennstoffgemisch durch den tangentialen Kanal zurück, wodurch entsprechend dem Druckgefälle zwischen Neben-und Wirbelkammer sich in der letzteren ein Wirbel ausbildet. Dieser, setzt der Rückströmung anfänglich einen derart hohen Widerstand entgegen, daß die durch die Vorverbrennung frei werdende Energie zunächst vollständig als Druckenergie gespeichert wird, ehe sie sich im tangentialen Kanal in Geschwindigkeitsenergie.umsetzen kann. Sobald der@Austrittswirbel seine volle Stärke erlangt hat, beginnt das Gasbrennstoffgemisch über den Kanal 4 in den Zylinderraum 5 überzutreten, wobei es unter heftiger Wirbelbildung an der Mündung des zentralen Kanals im Zylinderraum zerstäubt und in der Restluft verbrennt. Die Güte der Verbrennung ist dabei im weitesten Maße vom Zerstäubungsgrad, d. h. von der gleichmäßigen Verteilung des Brennstoffs über den verhältnismäßig großen Zylinderraum, abhängig. Dieses Verfahren zeigt daher im wesentlichen eine Vorkammercharakteristik.For the first working method (with flow) it is assumed that that the secondary chamber only contains as much air as is necessary for the pre-combustion is necessary, while most of the combustion air remains in the cylinder chamber. The injection, which takes place directly into the secondary chamber, begins this far before top dead center that at the beginning of the return flow essentially already the whole fuel charge is introduced into the secondary ridge. Because the pre-combustion runs both incompletely and imperfectly due to lack of air, it does not serve only to bring about the necessary pressure increase in the secondary chamber, but also, the only partially or not at all burned fuel particles to split up and thus make it more ignitable. Under the subsequent increase in pressure in the secondary chamber the gas-fuel mixture flows through the tangential channel back, whereby according to the pressure gradient between the secondary and vortex chamber itself a vortex forms in the latter. This one sets the backflow initially against such a high resistance that the one released by the pre-combustion Energy is initially completely stored as pressure energy before it is stored in the can convert tangential channel into speed energy. As soon as the @ exit vortex When it has reached its full strength, the gas-fuel mixture begins via the channel 4 to pass into the cylinder chamber 5, with violent vortex formation at the The mouth of the central channel in the cylinder chamber is atomized and burned in the residual air. The quality of the combustion is largely dependent on the degree of atomization, i.e. H. of the even distribution of fuel over the relatively large Cylinder space, depending. This method therefore shows essentially an antechamber characteristic.

Für das zweite Arbeitsverfahren (mit teilweiser Rückströmung) sei angenommen, daß die Luftladung gegen Ende des Verdichtungshubes annähernd zu gleichen Teilen auf die Nebenkammer und den Zylinderraum verteilt ist, wobei der in der Nebenkammer gespeicherte Teil die Vorverbrennung bei genügendem Luftüberschuß sicherstellt. Der Brennstoff wird dabei zweckmäßig. ,in die Wirbelkamimer, und zwar entweder in einen tangential an den Umfang der Wirbelkammer gerichteten Kegel, dem Wirbel vorzugsweise entgegengesetzt, oder aber in mehreren radial an den Umfang der Kammer gerichteten Strahlen, den Wirbel sternförmig kreuzend, eingespritzt. Einspritzbeginn und -ende liegen dabei etwa im gleichen Abstand vor und hinter dem oberen Totpunkt. Ein großer Teil des voreingespritzten Brennstoffs wird durch die zu diesem Zeitpunkt einströmende Luft erfaßt und in die Nebenkammer getragen, wo er mit der vorhandenen Ladeluft ein zündfähiges Gemisch bildet. Die Vorverbrennung verläuft infolge des geringen Luftüberschusses nahezu vollständig und vollkommen. Die Rückströmung erfolgt in @ der eingangs geschilderten Art. Der Austrittswirbel kann dabei in seiner vollen Entfaltung zur mechanischen und physikalischen Aufbereitung des nachgespritzten Brennstoffs herangezogen werden. Die verhältnismäßig schweren, von den Wirbelfäden a mitgeführten Brennstoffteilchen fliegen nämlich infolge . der auf sie einwirkenden Fliehkraft immer wieder nach außen, also auf weiter vom zentralen Kanal entfernt liegende Stromfäden zurück, so daß eine weitgehende Aufbereitung des nachgespritzten Brennstoffs im heißen Gasluftgemisch möglich ist. Dieser Aufbereitung ist jedoch durch die Zündfähigkeit des Brennstoffs eine Grenze gesetzt; denn es muß vermieden werden, daß die Zündung des in der Restluft aufbereiteten Brennstoffs schon in der Wirbelkammer einsetzt, um eine unerwünschte Drucksteigerung und damit eine Stilllegung, des Wirbels in derselben @zu verhüten. Der Luftüberschuß, bei dem sich die Vorverbrennung in der Nebenkammer vollzieht, darf aus diesem Grunde nur so gering sein, daß das Gemisch erst nach seiner Zerstäubung im Zylinderraum zündet. Die Verbrennung ist dann viel besser als beim ersten Verfahren, weil das Entstehen von zündhemmenden Stumpfverbindungen durch zu weitgehende Aufspaltung der Brennstoffteilchen vermieden wird.For the second working method (with partial backflow) let assumed that the air charge is approximately the same towards the end of the compression stroke Share is distributed to the secondary chamber and the cylinder space, the one in the secondary chamber stored part ensures the pre-combustion with sufficient excess air. The fuel will at the same time expedient. , in the vortex chamber, and either in a cone directed tangentially to the circumference of the vortex chamber, preferably opposite to the vortex, or in several radial directions on the circumference directed rays of the chamber, crossing the vortex in a star shape. The start and end of injection are roughly the same distance in front of and behind the top dead center. Much of the pre-injected fuel is used by the at this time, incoming air is captured and carried into the secondary chamber, where it forms an ignitable mixture with the existing charge air. The pre-combustion runs almost completely and completely due to the small excess of air. The return flow takes place in the manner described at the beginning. The outlet vortex can thereby in its full development for mechanical and physical processing of the fuel that has been injected afterwards. The relatively heavy ones namely, fuel particles carried along by the vortex filaments a fly as a result. the centrifugal force acting on it again and again to the outside, so on further from central canal distant stream filaments back, so that an extensive preparation of the subsequently injected fuel is possible in the hot gas-air mixture. This preparation however, a limit is set by the ignitability of the fuel; for it It must be avoided that the ignition of the fuel prepared in the residual air already begins in the vortex chamber to an undesirable pressure increase and thus to prevent a shutdown of the eddy in the same @. The excess air, at which the pre-combustion takes place in the adjoining chamber, may for this reason only be so small that the mixture only after it has been atomized in the cylinder chamber ignites. The combustion is then much better than with the first procedure, because that Creation of ignition-retardant butt joints due to excessive splitting the fuel particles is avoided.

Für das dritte Arbeitsverfahren (mit Rückströmung), das dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i und 2 zugrunde liegt, sei angenommen, daß der größte Teil der Verbrennungsluft am Ende des Verdichtungshubes in der Nebenkammer gespeichert ist. Die Einspritzung beginnt knapp vor dem oberen Totpunkt und endigt weit nach dem oberen Totpunkt. Durch die Luftströmung vom Zylinderraum in die Nebenkammer, die infolge der Trägheit der Luftsäule bis über den oberen Totpunkt anhält, werden die voreingespritzten Brennstoffteilchen erfaßt und in die Nebenkammer fortgetragen. Etwa im oberen Totpunkt setzt die Selbstzündung des Brennstoffluftgemisches in der Nebenkammer i ein, die durch jene Brennstoffteilchen eingeleitet wird, deren physikalische und chemische Aufbereitung mit Rücksicht auf den Zündverzug am weitesten fortgeschritten ist. Infolge des großen Luftüberschusses verläuft diese, Vorverbrennung vollkommen und vollständig zugleich. Die Rückströmung des Gasluftgemisches erfolgt in der eingangs geschilderten Art unter Anfachung eines besonders kräftigen Austrittswirbels. Die nachgespritzten Brennstoffteilchen werden hierbei von dem im zentralen Kanal mit höchster Geschwindigkeit sich drehenden Gemischteilchen erfaßt und in der reichlich vorhandenen heißen Luft zu einem zündfähigen Gemisch aufbereitet. An der Mündungsstelle des zentralen Kanals zerstäubt dieses Gemisch bereits im entflammten Zustand, wobei es, unterstützt durch die plötzlich frei werdende Bewegungsenergie, noch viel rascher verbrennt als bei den vorhergehenden Verfahren. Die Verbrennung läßt sich dabei derart führen, daß die Menge der aus der Wirbelkammer rückströmenden Luft im richtigen Mischungsverhältnis steht zu der Menge des in derselben Zeit eingespritzten Brennstoffs, so daß im Idealfall eine kontinuierliche Verbrennung dauernd erhalten bleibt. Die durch den Kolbenrückgang bedingte Vergrößerung des Zylinderraums wirkt dabei der Drucksteigerung im Zylinderraum kontinuierlich entgegen, so daß durch Aufrechterhaltung des Druckgefälles zwischen Nebenkammer und Zylinderraum eine sehr weitgehende Anpassung des Verbrennungsablaufs an die jeweilige Drehzahl der Maschine erreicht werden kann.For the third working method (with backflow), that of the exemplary embodiment according to Fig. i and 2 is based, it is assumed that most of the combustion air is stored in the secondary chamber at the end of the compression stroke. The injection starts just before top dead center and ends well after top dead center. Due to the air flow from the cylinder space into the secondary chamber, which is due to the inertia the air column lasts above top dead center, the pre-injected Detected fuel particles and carried away into the secondary chamber. Around top dead center sets the self-ignition of the fuel-air mixture in the secondary chamber i, the is introduced by those fuel particles, their physical and chemical Processing has progressed furthest with regard to the ignition delay. As a result of the large excess of air, this pre-combustion runs completely and completely at the same time. The backflow of the gas-air mixture takes place in the inlet described species fanning a particularly powerful exit eddy. the After-injected fuel particles are in this case carried out by the one in the central channel highest speed rotating mixture particles detected and in the abundant existing hot air prepared to an ignitable mixture. At the muzzle of the central channel atomizes this mixture already in the inflamed state, whereby it, supported by the kinetic energy that is suddenly released, much faster burns than in the previous procedures. The combustion can be done lead in such a way that the amount of air flowing back from the vortex chamber in the correct Mixing ratio is related to the amount of fuel injected in the same time, so that, in the ideal case, continuous combustion is maintained over the long term. the The enlargement of the cylinder space caused by the piston decrease acts here Pressure increase in the cylinder space counteracts continuously, so that by maintaining the pressure gradient between the secondary chamber and the cylinder chamber is a very extensive adjustment the combustion process can be achieved at the respective speed of the machine.

Ohne den geschilderten Vorgängen Abbruch zu tun, kann der zentrale Kanal auch schräg zum Boden der Wirbelkammer geneigt sein, sofern nur seine Mündungsstelle in Kammermitte liegt, -Hierzu ist man, wie Fig. 3 zeigt, genötigt; wenn die zum zentralen Kanal gleichachsige Einspritzdüse schräg im Zylinderkopf angeordnet und auf diese Weise besser zugänglich gehalten werden soll. Diese abweichende Ausführung ist dann von besonderem Vorteil, wenn der zentrale Kanal nach der Mündung des tangentialen Kanals gerichtet ist. Dann kann nämlich die Länge der Stromfäden e verkürzt und der Umlenkwinkel zwischen den beiden Kanälen verringert werden, so daß der Einströmwiderstand weiter herabgesetzt und der Ausströmwiderstand durch die zusätzliche Umlenkung des Wirbelkerns vergrößert wird. Das gesteigerte Widerstandsverhältnis verbessert den Grad der Zerstäubung und damit auch die Güte der Verbrennung.Without aborting the processes described, the central Channel can also be inclined at an angle to the floor of the vortex chamber, provided only its mouth lies in the middle of the chamber, as shown in FIG. 3, this is required; when the central channel coaxial injector arranged obliquely in the cylinder head and should be kept more accessible in this way. This different version is of particular advantage when the central channel after the mouth of the tangential Channel is directed. Then the length of the stream filaments can be shortened and e the deflection angle between the two channels can be reduced, so that the inflow resistance further reduced and the outflow resistance due to the additional deflection of the Vertebral nucleus is enlarged. The increased drag ratio improves the Degree of atomization and thus also the quality of the combustion.

Die Stellung der . Wirbelkammer gegenüber dem Zylinderraum kann beliebig gewählt werden, sofern dabei nur an der grundsätzlichen Stellung der Kanäle festgehalten wird. Die Wirbelkammer kann schräg oder quer zur Zylinderachse o angeordnet werden; sie kann aber auch aus der Zylindermitte herausgerückt und seitlich am Zylinderumfang angeordnet werden. Dabei kann die Wirbelkammer statt im Zylinderkopf auch im Zylinder selbst oder sogar im Kolben liegen. Maßgebend für diese Bauarten ist in erster Linie der Verwendungszweck der Maschine und in zweiter Linie die Form des Zylinderraums. Ebenso kann die Stellung der Nebenkammer gegenüber der Wirbelkammer beliebig gewählt werden, wenn nur die tangentiale Richtung des Verbindungskanals dabei gewahrt bleibt. Maßgebend für diese Bauarten ist der jeweils zur Verfügung stehende Platz im Zylinderdeckel sowie die gewünschte Kühlung der Vorkammer oder auch der Drosseleinrichtung. Schließlich steht auch die Stellung der Einspritzdüse gegenüber der Neben- oder Wirbelkammer völlig frei, sofern sich nur das Spritzbild den Strömungsvorgängen im erwünschten Sinne anpassen läßt.The position of the. Vortex chamber opposite the cylinder space can be arbitrary can be selected, provided that the basic position of the channels is adhered to will. The swirl chamber can be arranged obliquely or transversely to the cylinder axis o; she can but also moved out of the cylinder center and to the side be arranged on the cylinder circumference. The swirl chamber can be used instead of in the cylinder head also lie in the cylinder itself or even in the piston. Relevant for these types is first and foremost the purpose of the machine and secondly its shape of the cylinder space. The position of the secondary chamber in relation to the vortex chamber can also be can be chosen arbitrarily if only the tangential direction of the connecting channel is preserved. The one available is decisive for these types of construction standing space in the cylinder cover as well as the desired cooling of the antechamber or also the throttle device. Finally, there is also the position of the injection nozzle Completely free compared to the secondary or vortex chamber, provided that only the spray pattern is can adapt the flow processes in the desired sense.

Statt einer Nebenkammer können auch deren zwei oder mehrere, zweckentsprechend am Umfang der Wirbelkammer verteilt, angeordnet sein. Es kann aber auch umgekehrt eine Nebenkammer mit zwei oder mehr Wirbelkammern zusammenwirken. Schließlich können auch mehrere Nebenkammern und mehrere Drosseleinrichtungen gleichzeitig verwendet werden. Dabei kann man sich natürlich mehrerer Einspritzdüsen bedienen. Doch kann auch schon bei der einfachen Einrichtung mit zwei Düsen gearbeitet werden, von welchen die eine in die Nebenkammer und die andere z. B. in den zentralen Kanal spritzt. Dadurch können die einzelnen Arbeitsverfahren noch weiter verbessert oder die Vorteile verschiedener Arbeitsverfahren miteinander vereinigt werden.Instead of one secondary chamber, two or more can also be used, depending on the purpose distributed on the circumference of the swirl chamber, be arranged. But it can also be the other way around a secondary chamber cooperate with two or more vortex chambers. Finally you can several secondary chambers and several throttle devices are also used at the same time will. You can of course use several injection nozzles. But can even with the simple setup, two nozzles can be used, one of which one in the secondary chamber and the other z. B. injected into the central channel. This allows the individual work processes to be further improved or the advantages different working methods can be combined.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Self-igniting internal combustion engine with airless Injection and a secondary chamber separated from the cylinder chamber, which is connected to the cylinder chamber is connected via a throttle device, which gives the entry of the air a low, on the other hand, offers considerable resistance to the discharge of the mixture, characterized in that the throttle device consists of a round or helical vortex chamber (3) consists of a central channel (4) in the cylinder space and a tangential one Channel (2) opens into the secondary chamber (r), and that the entire fuel charge either injected directly into the secondary chamber (z) or into the throttle device (2, 3, 4) is, in the latter case, preferably coaxial to the central channel (4), in such a way that that the fuel from here partly 'by the air flow towards the end of the compression stroke is carried away to the side chamber. .

2. Internal combustion engine according to claim r, characterized characterized in that the central channel (4) obliquely to the bottom of the vortex chamber (3), is preferably inclined towards the mouth of the tangential channel (2).