DE627298C

DE627298C - Pre-chamber internal combustion engine

Info

Publication number: DE627298C
Application number: DEP67536D
Authority: DE
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1933-05-14
Filing date: 1933-05-14
Publication date: 1936-03-12

Description

Vorkammerbrennkraftmaschine nach Patent 624 216 Die Erfindung bezieht sich auf eine V orkammerbrennkraftmaschine mit direkter Einspritzung und Selbstzündung, bei welcher die Vorkammer über eine Drosseleinrichtung, die dem Eintritt der Luft einen geringen, dem Austritt des Gemisches hingegen einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzt, mit dem Zylinderraum in Verbindung steht.Pre-chamber internal combustion engine according to patent 624 216 The invention relates focus on a pre-chamber internal combustion engine with direct injection and compression ignition, in which the antechamber has a throttle device that prevents the air from entering a low resistance, but considerable resistance to the exit of the mixture opposed, is in communication with the cylinder space.

Beim Gegenstand des Patents 6:242-16 besteht die Drosseleinrichtung aus einer runden bzw. schneckenförmigen Wirbelkammer, die mit einem zentralen Kanal in den Zylinderraum und einem tangentialen Kanal in die Vorkammer mündet, wobei der Brennstoff in die Vorkammer oder die Drosseleinrichtung, im letzten Falle vorzugsweise gleichachsig zum zentralen Kanal, eingespritzt wird. Durch den Gegenstand der Erfindung söll nun die Drosseleinrichfung sowohl in strömungs- und wärmetechnischer als . auch in baulicher Hinsicht verbessert werden.The subject of patent 6: 242-16 is the throttle device from a round or helical vortex chamber with a central channel opens into the cylinder space and a tangential channel into the antechamber, wherein the fuel in the antechamber or the throttle device, preferably in the latter case coaxial to the central channel, is injected. By the subject matter of the invention should now the throttle device both in terms of flow and heat. can also be improved in structural terms.

Die Erfindung besteht darin, daß die Vorkammer ringförmig um die Wirbelkammer angeordnet und durch Zwischenwände in einzelne, je durch einen tangentialen Kanal mit der Wirbelkammer in Verbindung stehende Kammern unterteilt ist und dabei die jeweils eine Begrenzungswand der tangentialen Kanäle bildenden, eben oder bogenförmig ausgeführten Zwischenwände tangential in -die Trennwand zwischen der unterteilten Vorkammer und der Wirbelkammer einlaufen. In strömungstechnischer Hinsicht ist dadurch erreicht, daß der durch mehrere Kanäle angefachte Wirbel wirksamer wird, weil einerseits die an den Zwischenwänden gebildeten Stromfäden sich in vollkommener Weise zu kreisförmigen Wirbelbahnen zusammenschließen und weil andererseits die durch Reibung an den Bödenader Wirbelkammer erzeugte schädliche Querströmung dabei unterdrückt werden kann. In wärmetechnischer Hinsicht ist neben einer wirksamen Verringerung der kühlenden Oberfläche der Drosseleinrichtung erreicht, daß die nunmehr langgestreekten Teilkammern nicht vollständig von der Verbrennung erfaßt werden können; diese breitet sich vielmehr im wesentlichen nur in der Nachbarschaft der Kanalmündungen, also in räumlich beschränktem Maße aus, was den Verbrennungsablauf beschleunigt. Da zu Beginn der Rückströmung sich zunächst heißes Verbrennungsgas und erst später reine Verbrennungsluft wit dem nachgespritzten Brennstoff - vermengt; kann die Zündung des letzteren rasch einsetzen und dessen Verbrennung somit ebenfalls beschleunigt werden. In baulicher Hinsicht .ist schließlich erreicht, daß Vorkammer und Wirbelkammer in gedrängter Weise zu einem dosenförmigen Baukörper vereinigt werden können, der sehr wirtschaft-'lieh herzustellen,- -leicht ini Zylinderkopf unterzubringen-_und gut zugänglich zu halten ist.The invention consists in that the prechamber is annular around the vortex chamber arranged and separated by partitions, each by a tangential channel is divided with the vortex chamber communicating chambers and thereby the each forming a boundary wall of the tangential channels, flat or curved executed partition walls tangentially in -the partition between the subdivided Run in the antechamber and the vortex chamber. From a fluidic point of view, this means achieves that the vortex fanned by several channels is more effective because on the one hand the stream filaments formed on the partition walls become perfectly circular Vertebral pathways join together and because on the other hand the friction on the soil vein Vortex chamber generated harmful cross flow can be suppressed. In from a thermal point of view is in addition to an effective reduction in the cooling surface the throttle device achieved that the now elongated sub-chambers not can be completely captured by the combustion; rather, it spreads essentially only in the vicinity of the canal mouths, i.e. in a spatially restricted area Measure what accelerates the combustion process. Because at the beginning of the backflow first hot combustion gas and only later pure combustion air the fuel injected afterwards - mixed; can the ignition of the latter quickly use and its combustion can thus also be accelerated. In structural With regard to that, it is finally achieved that the antechamber and vortex chamber are more compact Way to a box-shaped structure can be united which is very economical to manufacture - easy to accommodate in the cylinder head - and must be kept easily accessible.

Es sind zwar schon Vorkammerbr.ennkra<ftmaschinen mit einer inneren und einer diese ringförmig umgebenden äußeren Kammer bekannt. Bei diesen .Maschinen findet aber die Vorverbrennung in der inneren Kammer statt; wobei der- größte Teil des eingespritzten -Brennstoffs über Zerstäubungslöcher unmittelbar in den Zylinderraum ausgetrieben wird, ' während die äußere Kammer lediglich einen kleinen, zum nachträglichen Reinspülen der inneren Kammer dienenden Brennstöffteil aufnimmt. Auch ist bereits bekannt, die Trennwand zwischen diesen beiden Kammern mit tangentialen Löchern zu versehen, um der äußeren Kammer mit Hilfe des während der Vorverbrennung und umgekehrt, um fder inneren Kammer mit - Hilfe _ des während der Nachverbrennung übertretenden Gasgemisches jeweils eine Wirbelbewegung- aufzüzwingen._ Die Wirkungsweise'dieser Maschine ist jedoch eine wesentlich andere als bei - der Maschine,gemäß der vorliegenden Erfindung, da die innere Kammer -jeweils *als_- Vorkammer und die äußere hingegen als Nachkammer wirkt und der in ihnen erzeugte Wirbel lediglieh den Zweck hat, in der äußeren Kammer die Zündung durch Turbulenz zu beschleu-_ eigen und .in der inneren Kammer das Ausfegen des nachgespritzten Brennstoffs zu ermöglichen.Pre-chamber combustion engines with an inner chamber and an outer chamber that surrounds it in a ring are already known. In these machines, however, the pre-combustion takes place in the inner chamber; Most of the injected fuel is expelled directly into the cylinder space via atomization holes, while the outer chamber only accommodates a small part of the fuel that is used for subsequent flushing of the inner chamber. It is also already known to provide the partition between these two chambers with tangential holes in order to force a vortex movement on the outer chamber with the aid of the during pre-combustion and vice versa, in order to force a vortex movement on the inner chamber with the aid of the gas mixture overflowing during the post-combustion. The mode of operation of this machine is, however, significantly different from - the machine according to the present invention, since the inner chamber - in each case * acts as an antechamber and the outer one, however, acts as an after-chamber and the vortex generated in them has the sole purpose of to accelerate the ignition through turbulence in the outer chamber and to enable the fuel that has been injected to be swept out in the inner chamber.

Der Gegenstand der Erfindung ist auf. der Zeichnung, und zwar in Anwendung auf eine luftgekühlte Viertaktbrennkraftmaschine mit hängend angeordneten Ventilen, näher veranschaulicht. Es zeigt Fig. i einen senkrechten Haiptschnitt durch den Zylinder,.The object of the invention is on. of the drawing, in practice on an air-cooled four-stroke internal combustion engine with overhead valves, illustrated in more detail. It shows Fig. I a vertical half-section through the Cylinder,.

Fg. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. i und Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt, jedöch in abweichender Ausführung.FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1 and FIG corresponding cut, but in a different design.

Die Vorkammer i ist kreisringförmig um die runde Wirbelkammer 3- angeordnet. Diese Vorkammer ist durch Zwischenwände-17, 17' in zwei Einzelkammern ia, rb unterteilt. Jede dieser Kammern ja,. ib steht durch. einen tangentia.l an den Umfang der Wirbelkammer _3 gerichteten Kanal 2 bzw. 2' mit dieser in Verbindung. Die Kanäle 2; 2' sind als düsenartige,. über die Höhe der Wirbelkammer 3 sich erstreckende Schlitze in der Trennwand i6 zwischen Vor- und Wirbelkammer aüsgebildet. Die Innenkanten. dieser Kanäle 2, 2' sind ausgerundet. Die Zwischenwände i7, t7' sind entweder eben (Fig. 2) oder bogenförmig (Fig. '3) ausgebildet und laufen tangential in die Trennwand 16 ein. Sie bilden hierbei die eine Begrenzungswand der Kanäle 2, 2'. Die Kammern i, 3 sind zu einem zylindrischen Gefäß 9 vereinigt, das durch den Deckel i? -abgeschlossen ist. Die Teilkammern ja, ib können durch. öffnungen 18, 18" (Fig. 2) in den Zwischenwänden 17, 17' miteinander verbunden sein, die zweckmäßig an der Gefäßwand 9 liegen.The antechamber i is arranged in a circular ring around the round vortex chamber 3-. This antechamber is divided into two individual chambers ia, rb by partition walls 17, 17 '. Yes, to each of these chambers. ib stands through. a tangentia.l to the circumference of the vortex chamber _3 directed channel 2 or 2 'in connection with this. The channels 2; 2 'are as jet-like,. Slits extending over the height of the vortex chamber 3 are formed in the partition wall between the front and vortex chambers. The inside edges. these channels 2, 2 'are rounded. The partition walls i7, t7 'are either flat (FIG. 2) or arcuate (FIG. 3) and run tangentially into the partition 16. They form one boundary wall of the channels 2, 2 '. The chambers i, 3 are combined to form a cylindrical vessel 9, which through the lid i? -is completed. The sub-chambers yes, ib can go through. Openings 18, 18 ″ (FIG. 2) in the intermediate walls 17, 17 ′, which are expediently located on the vessel wall 9, can be connected to one another.

Die Wirbelkammer 3 steht durch einen zentralen Kanal ¢ mit dem @ Zylinderraum 5 in Verbindung. Der Kanal q. ist in einem. Ansatz io des Gefäßes 9 angeordnet und gegen den Zylinderraum 5 sowie auch gegen die Wirbelkämnier 3 düsenartig ausgerundet. Der Gefäßansatz io ist mit einem Außengewinde versehen, mit dessen Hilfe er im Zylinderdeckel ä9 eingeschraubt ist. Das Einspritzventil 6 ist- in einem Ansatz 13 des Deckels i2 eingesetzt und durch Stehbolzen mit diesem verbunden-. Einspritzventil 6, Wirbelkammer 3 und Kanal q. liegen . in einer Achse d, die schr'ä'g und exzentrisch zur Zylinderachse o angeordnet ist. Der Kolben 7 ist dem Zylinderdeckel ig bis auf das aus mechanischen Gründen nötige Spiel genähert: Der Zylinderraum 5 ist somit auf eine trichterförmige, durch die _Schrägläge- .der Achse-d bedingte Ausnehmung im Zylinderdeckel i9 beschränkt. Der Gefäßdeckel 12 ist zwecks Kühlung der Drosseleinrichtung mit Rippen 15 versehen. Die Ventile 2o der Brennkraftmaschine sind seitlich gegen den Zylinderumfang gerückt, um den Gefäßdeckel i2 freizustellen. Der Brennstoffkegel 8 ist gleichachsig zum zentralen Kanal q. durch die Wirbelkammer 3 hindurch in den Zylinderraum 5 geführt, wobei er die -Wandung des zentralen Kanals q. etwa an der Stelle seines kleinsten Durchmessers berührt.The swirl chamber 3 stands through a central channel ¢ with the @ cylinder space 5 in connection. The channel q. is in one. Approach io of the vessel 9 and arranged against the cylinder space 5 and also against the Wirbelkämnier 3 rounded like a nozzle. The vessel attachment io is provided with an external thread, with the help of which it is located in the cylinder cover ä9 is screwed in. The injection valve 6 is in a neck 13 of the cover i2 inserted and connected to this by stud bolts. Injector 6, swirl chamber 3 and channel q. lie . in an axis d, which is oblique and eccentric to the cylinder axis o is arranged. The piston 7 is the cylinder cover ig except for the mechanical Reasons necessary clearance approximated: The cylinder space 5 is thus on a funnel-shaped, limited by the _Schrägläge- .der axis-d caused recess in the cylinder cover i9. The vessel cover 12 is provided with ribs 15 for the purpose of cooling the throttle device. The valves 2o of the internal combustion engine are moved laterally against the cylinder circumference, to free the jar lid i2. The fuel cone 8 is coaxial with the central channel q. passed through the swirl chamber 3 into the cylinder space 5, where he is the wall of the central channel q. roughly at the point of its smallest Diameter touches.

Die Wirkungsweise dieser Einrichtung entspricht jener des Hauptpatents mit dem Unterschied, daß die während des Verdichtungshubes einströmende Luft jeweils im Sinne zweier Stromfäden e, e' vom zentralen Kanal q. den tangentialen Kanälen 2":2' zuströmt, während umgekehrt das infolge der Drucksteigerung in den Teilkammern ja, ib ausströmende Gasgemisch im Sinne zweier Wirbelfäden ä, ä durch die. Kanäle 2, 2' in die Wirbelkammer 3 zurückströmet: Dadurch wird der Einströmwiderstand weiter verringert, während der Ausströmwiderstand eine weitere Steigerung erfährt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Einströmwege durch die Trennung der Stromfäden e, e' verkürzt, der Ausströmweg durch Vereinigung der Wirbelfäden d, d hingegen verlängert werden kann. Der durch die letzteren erzeugte Wirbel wird hierbei fortlaufend gleichgerichtet, wodurch die schädlichen Einflüsse an den Böden der Wirbelkammer 3, die das Entstehen einer den Stromfäden e, e' ähnlichen Querströmung begünstigen, vermieden und die Geschlossenheit des Wirbels aufrechterhalten werden kann.The mode of operation of this device corresponds to that of the main patent with the difference that the air flowing in during the compression stroke in each case in the sense of two streams e, e ' from the central channel q. the tangential channels 2 ": 2 'flows in, while, conversely, the result of the pressure increase in the partial chambers so, ib flowing gas mixture within the meaning of two vortices ä, etc. through the channels 2, 2'. zurückströmet into the swirl chamber 3: This is further the inflow resistance The reason for this is that the inflow paths are shortened by separating the flow filaments e, e ' , while the outflow path can be lengthened by uniting the vortex filaments d, d is continuously rectified, whereby the harmful influences on the bottoms of the vortex chamber 3, which favor the creation of a cross-flow similar to the flow filaments e, e ' , can be avoided and the closedness of the vortex can be maintained.

Durch die Unterteilung der Vorkammer werden die Zündwege während der Vorverbrennung beträchtlich verkürzt. In jede Teilkammer i a, I b wird . nämlich ein Teil des, anfänglich eingespritzten Brennstoffes ' mitgerissen, der aber nicht weit in das Innere der langgestreckten Kammern ia, Ib hineingelangt. Dies hat zur Folge, daß nur der vordere, den Kanälen 2, 2' zugekehrte Teil der Kammern ia, Ib mit zündfähigem Gemisch erfüllt ist, während der hintere, den Kanälen 2, 2' abgekehrte Teil im wesentlichen nur reine Luft enthält. Die durch die Zündung hervorgerufene Druckwelle pflanzt sich vom Gemischteil in den Luftteil der Einzelkammern ia, ib, somit bei allen Kammern in gleicher Richtung fort. Die Verbrennung und der Druckanstieg in den Teilkammern ia, Ib kann somit in viel kürzerer Zeit erfolgen als etwa in einer ringförmigen Kammer.The subdivision of the pre-chamber considerably shortens the ignition paths during pre-combustion. In each sub-chamber ia, I b is. namely a part of the "initially injected fuel" is carried away, but which does not get far into the interior of the elongated chambers ia, Ib. This has the consequence that only the front part of the chambers ia, Ib facing the channels 2, 2 'is filled with an ignitable mixture, while the rear part, facing away from the channels 2, 2', contains essentially only pure air. The pressure wave caused by the ignition propagates from the mixture part into the air part of the individual chambers ia, ib, thus in the same direction for all chambers. The combustion and the increase in pressure in the sub-chambers ia, Ib can thus take place in a much shorter time than, for example, in an annular chamber.

Durch die ö-ftnungen 18, i8' zwischen den Teilkammern ia, Ib soll vermieden werden, daß die Zündung und damit der Druckanstieg zeitlich verschieden in diesen einsetzt. Die Offnungen 18, 18' dienen dazu, den Innendruck der Teilkammern ia, Ib ohne Rücksicht auf deren Eintrittswiderstände untereinander gleichzuha-lten. Setzt die Zündung z. B. in der einen Teilkammer ia früher ein als in der anderen Ib, so tritt infolge des Druckstoßes ein geringer Teil der Luft aus dem Luftraum der einen Kammer ia in den Gemischraum der anderen Kammer Ib über. Dadurch wird der Innendruck der letzteren soweit gesteigert, daß die träge Zündung in dieser Kammer nunmehr beschleunigt einsetzt. Drucksteigerung und Druckabfall der Teilkammern ia, Ib sind somit unter allen Umständen parallel geschaltet, weshalb auch die Wirbelfäden a, ä sich ohne gegenseitige Störung zu einem geordneten Kreiswirbel zusammenfinden.The openings 18, 18 'between the sub-chambers ia, Ib are intended to prevent the ignition and thus the pressure increase from starting at different times in these. The openings 18, 18 'serve to keep the internal pressure of the sub-chambers ia, Ib equal to one another regardless of their entry resistances. Sets the ignition z. B. in one sub-chamber generally earlier than in the other Ib, as a result of the pressure surge, a small part of the air from the air space of one chamber generally passes over into the mixture space of the other chamber Ib. As a result, the internal pressure of the latter is increased to such an extent that the sluggish ignition in this chamber is now accelerated. The pressure increase and pressure drop of the sub-chambers ia, Ib are thus connected in parallel under all circumstances, which is why the vortex filaments a, ä come together to form an ordered circular vortex without mutual interference.

Durch die besondere Form und Anordnung der Zwischenwände 17, 17' kann die Umsetzung der Druck- in Geschwindigkeitsenergie während der Rückströmung wesentlich unterstützt werden. Die Zwischenwände 17, 17' dienen nämlich zur Umlenkung des aus den langgestreckten Teilkammern ia, Ib ausströmenden Gemisches, wodurch das Auftreten schädlicher Wirbel bei der Umlenkung des Gemischstromes verhindert wird. Da die Zwischenwände 17, i7' gleichzeitig auch die eine Begrenzungswand der tangentialen Kanäle 2, 2' bilden, können sie mit der Trennwand 16 derart zusammenwirken, daß das abströmende Gemisch nicht nur umgelenkt, sondern auch beschleunigt wird. Es entstehen dadurch, wie Fig. 3 zeigt, in der Stromrichtung a, ä sich verjüngende Auslaßdüsen, in welchen sich die Energieumsetzung bei geringster Eigenreibung stoßfrei vollziehen kann. Der Wirbel in der Kammer 3 wird somit viel rascher. und kräftiger einsetzen als etwa bei einfach geformten Kanälen.Due to the special shape and arrangement of the partition walls 17, 17 ' , the conversion of the pressure energy into velocity energy can be significantly supported during the return flow. The partition walls 17, 17 ' serve to deflect the mixture flowing out of the elongated sub-chambers ia, Ib, whereby the occurrence of harmful eddies when the mixture flow is deflected is prevented. Since the partition walls 17, i7 'also form one boundary wall of the tangential channels 2, 2', they can interact with the partition 16 in such a way that the flowing mixture is not only deflected but also accelerated. There arise, as shown by Fig. 3, in the flow direction a, ae tapered outlet nozzles, in which the energy conversion can take place smoothly with minimal internal friction. The vortex in the chamber 3 thus becomes much faster. and use it more vigorously than, for example, with simply shaped canals.

Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Drosseleinrichtung kann z. B. auch unmittelbar in den Zylinderkopf eingegossen und durch geeignete Deckel abgeschlossen werden. Die Lage der Drosseleinrichtung im. Zylinder bzw. im Zylinderkopf ist sodann für die Erfindung ohne Belang, da die Wirkungsweise der Drosseleinrichtung hiervon unbeeinflußt bleibt.The invention is not restricted to these exemplary embodiments. The throttle device can, for. B. also poured directly into the cylinder head and closed with a suitable cover. The location of the throttle device in the. Cylinder or in the cylinder head is then irrelevant for the invention, since the The way in which the throttle device works remains unaffected.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Pre-chamber internal combustion engine according to patent 624 216, characterized in that the prechamber is arranged in a ring around the vortex chamber (3) and through partition walls (I7, I7 ') into individual ones, each through a tangential channel (2, 2 ') with the vortex chamber (3) communicating chambers (ia, Ib) divided is and thereby each forming a boundary wall of the tangential channels (2, 2 '), flat or curved intermediate walls (I7, i7 ') tangentially into the partition (i6) run in between the subdivided antechamber (ia, ib) and the swirl chamber (3).

2. Pre-chamber internal combustion engine according to claim i, characterized in that the individual chambers (yes, Ib) of the pre-chamber through openings (i8, i8 ') .in the partition walls (i7, i7') are interconnected.