DE645621C

DE645621C - Air-compressing injection internal combustion engine with self-ignition

Info

Publication number: DE645621C
Application number: DER83230D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1931-01-13
Filing date: 1931-11-04
Publication date: 1937-06-01

Description

Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine mit Selbstzündung und einer in der gekühlten Zylinderkopfwandung angeordneten Brennkammer von kreisförmigem oder ovalem Querschnitt und vorzugsweise kugeliger Form, in die am Ende des Verdichtungshubes nahezu die gesamte Luftladung durch einen tangentialen Kanal so übergeschoben wird, daß die Luft in der Kammer rasch kreist, und an welcher ferner die Einspritzdüse vorzugsweise so angeordnet ist, daß sie in Richtung auf die Brennkammermitte zu einspritzt.Compressive injection internal combustion engine with compression ignition Die The invention relates to an air-compressing injection internal combustion engine Auto-ignition and a combustion chamber arranged in the cooled cylinder head wall of circular or oval cross-section and preferably spherical shape, into the at the end of the compression stroke almost the entire air charge through a tangential Channel is pushed over so that the air in the chamber circulates quickly, and at which furthermore, the injection nozzle is preferably arranged so that it faces towards injects the middle of the combustion chamber.

Bei den mit Einspritzung flüssigen Brennstoffes arbeitenden Maschinen dieser Art hat sich bisher eine Reihe von Mängeln gezeigt. Es ist schließlich möglich gewesen, Motoren zu schaffen, die recht gut bei gleichbleibender Belastung und gleichbleibender Geschwindigkeit arbeiten. Dieselmotoren aber, die mit wechselnder Belastung und wechselnder Geschwindigkeit laufen müssen, besaßen nicht nur nicht die Schmiegsamkeit, hie für derartige Maschinen wünschenswert ist, sondern sie zeigten auch häufig unangenehme Klopferscheinungen, ferner unvollständige Verbrennung und als Folge davon Rauch und Geruch im Auspuff neben einem Wirkungsgradabfall und Mangel an Wirtschaftlichkeit. Weiter zeigte sich häufig Rußbildung in der Brennkammer mit ihren bekannten Nachteilen. .In the case of machines that work with injection of liquid fuel a number of shortcomings of this type have so far been found. It is finally possible been able to create engines that do quite well at the same load and constant Work speed. Diesel engines, however, with changing loads and having to run at different speeds, not only did not have the suppleness, This is desirable for such machines, but they also often showed unpleasant Knocking, also incomplete combustion and, as a result, smoke and odor in the exhaust in addition to a drop in efficiency and lack of economy. In addition, soot was often formed in the combustion chamber, with its known disadvantages. .

Diese Beanstandungen waren zum Teil darauf zurückzuführen, daß bei den bekannten Dieselmaschinen die Zündung des Brennstoffes nicht mit dem Beginn der Brennstoffeinspritzung einsetzte. Es mußte vielmehr eine ziemlich erhebliche Brennstoffmenge eingespritzt werden, bevor die Verbrennung begann.- Wenn die Zündung aber erfolgte, so verbrannte der schon eingespritzte Brennstoff verpuffungsartig mit der Folge eines überaus raschen Anfangsdruckanstieges, der zum Klopfen und zu hartem Lauf mit der daraus sich ergebenden mechanischen Überbeanspruchung der Motorteile führte.These complaints were partly due to the fact that the known diesel engines do not ignite the fuel at the beginning fuel injection began. Rather, it had to be a fairly substantial one Amount of fuel injected before combustion started - When the ignition but if it did, the fuel that had already been injected burned like a deflagration with the consequence of an extremely rapid initial pressure increase that leads to knocking and closing hard running with the resulting mechanical overstressing of the engine parts led.

Die Erfindung führt nun zu einer starken Verringerung oder völligen Ausmerzung dieser Mängel. Gemäß der Erfindung wird zwischen dem Zylinder und der Brennkammer ein in an sich bekannter Weise durch einen Luftspalt gegen die Zylinderkopfwandung wärmeisoliertes Einsatzstück verwendet, das den tangentialen Verbindungskanal enthält und mit seiner oberen Abschlußfläche den unteren Teil der Brennkammerinnenwandung bildet. Der Brennstoffstrahl ist auf einen Flächenteil der Brennkammerinnenwandang gerichtet, und zwar auf deren unmittelbar am Verbindungskanal, jedoch dessen tangential in die Brennkammerwandung über-' gehenden Wandungsteil gegenüberliegende> Flächenteil.The invention now leads to a great reduction or total Weeding out these shortcomings. According to the invention, between the cylinder and the Combustion chamber in a manner known per se through an air gap against the cylinder head wall thermally insulated insert used, which contains the tangential connecting channel and with its upper end surface the lower part of the inner wall of the combustion chamber forms. The fuel jet is on a surface part of the combustion chamber inner wall directed, namely on their directly on the connecting channel, but its tangential in the wall part passing over the combustion chamber wall is opposite the surface part.

Der wärmeisolierte heiße Einsatz bewirkt, daß die bei der Verdichtung in die Brennkammer getriebene Luftladung bei den zulässigen Verdichtungsverhältnissen auf eine Temperatur gebracht wird, die erheblich über der Selbstzündtemperatur des Brennstoffes liegt. Die Folge davon ist, daß der Brennstoff im Augenblick des Beginns der Brennstoffeinspritzung zündet. Durch Regelung der Geschwindigkeit der Brennstoffeinspritzung kann man infolgedessen den -Druckanstieg so regeln, daß er so allmählich ansteigt, daß der Motor weich und elastisch und ohne das bekannte Dieselklopfen arbeitet, naturgemäß auch ohne mechanische Überbeanspruchung der Triebwerksteile, d. h. daß- er arbeitet wie eine Vergaserbrennkraftmaschine mit Kerzenzündung, bei der ja durch die Bemessung der Brennkammer und die besondere Anordnung der Zündkerze ohne weiteres erreicht werden kann, daß der erste Druckanstieg verhältnismäßig langsam ist und erst dann ein sehr rascher weiterer Druckanstieg folgt.The thermally insulated hot insert causes the compression Air charge driven into the combustion chamber at the permissible compression ratios is brought to a temperature which is significantly above the auto-ignition temperature of the Fuel lies. The consequence of this is that the fuel is at the moment of the start the fuel injection ignites. By regulating the speed of fuel injection as a result, one can regulate the pressure increase so that it increases so gradually, that the engine works smoothly and flexibly and without the well-known diesel knocking, naturally also without mechanical overstressing of the engine parts, d. H. that- it works like a carburettor internal combustion engine with a spark ignition, with which yes through the dimensioning of the combustion chamber and the special arrangement of the spark plug easily it can be achieved that the first pressure increase is relatively slow and only then does a very rapid further increase in pressure follow.

Bei der Einspritzbrennkraftmaschine gemäß der Erfindung wird durch das Hinwegstreichen der Umfangsteile der Luftladung über die hocherhitzte Fläche des Einsatzstückes für eine befriedigende Verbrennung in diesen Teilen der Luftladung gesorgt, so daß die Gefahr einer Verschlechterung des Wirkungsgrades und eines unreinen .Auspuffes nicht besteht. Dadurch, daß die Einspritzung in Richtung auf den Oberflächenteil des heißen Einsatzes erfolgt, über den die Luftladung hinwegstreicht, unmittelbar bevor sie über die Mündungsstelle des Verbindungskanals hinweggelangt, besteht eine Gewähr dafür, daß jedes Teilchen der Luftladung die Bahn des Brennstoffstrahles schneiden muß, bevor es aus der Brennkammer durch den Verbindungskanal entweichen kann. Es ergibt sich weiter daraus, daß jedes Teilchen der Luftladung bei Vollast in Berührung mit dem Brennstoff gelangt. daß somit keine Luft aus der Brennkammer durch die Verbindungsleitung entweichen kann, bevor sie in Berührung mit dem Brennstoffstrahl gekommen ist.In the injection internal combustion engine according to the invention, by the sweeping of the peripheral parts of the air charge over the highly heated surface of the insert for satisfactory combustion in these parts of the air charge taken care of, so that there is a risk of deterioration in efficiency and an impure .Exhaust does not exist. In that the injection is directed towards the surface part of the hot insert, over which the air charge passes, takes place immediately before it passes over the opening point of the connecting channel, there is one Ensure that every particle of the air charge travels the path of the fuel jet must cut before it can escape from the combustion chamber through the connecting channel can. It also follows that every particle of the air charge at full load comes into contact with the fuel. that thus no air from the combustion chamber can escape through the connecting line before it comes into contact with the fuel jet has come.

Die Erfindung ist durch die Zeichnungen in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar stellt Fig. i einen Schnitt längs der Zylinderachse, Fig.2 einen Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. i, Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. i für eine etwas abgeänderte Ausführungsform dar.The invention is illustrated by the drawings in two exemplary embodiments shown, namely Fig. i shows a section along the cylinder axis, Fig.2 a section along line 2-2 in Fig. i, Fig. 3 is a section corresponding to Fig. i for a slightly modified embodiment.

s Bei dein Ausführungsbeispiel nach Fig. r @rpd 2 besitzt der Zylinder A einen wasser-@kühlten Zylinderkopf B, dem sich der Kolben A1 am Ende des Verdichtungshubes bis 'auf eine geringe Entfernung nähert. Der Zylinderkopf weist ferner durch Tellerventile Cl, Dl gesteuerte Einlaß- und Auslaßkanäle C, D auf.In your exemplary embodiment according to FIG. 2, cylinder A has a water-cooled cylinder head B, which piston A1 approaches at the end of the compression stroke up to a small distance. The cylinder head also has inlet and outlet channels C, D controlled by poppet valves Cl, Dl.

Weiter ist im Zylinderkopf eine wassergekühlte Aussparung F angeordnet, deren Achse mit den symmetrisch zu dieser angeordneten seitlichen zylindrischen Wandungen parallel zu der des Maschinenzylinders verläuft und deren Eingangsöffnung zum Arbeitszylinder über dessen Bohrung teilweise übergreift, während das dem Arbeitszylinder gegenüberliegende Ende hauben-oder halbkugelförmig gestaltet ist. In den zylindrischen Teil ist ein Einsatzstück G aus feuerfestem, schlecht wärmeleitendem Werkstoff eingesetzt, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der des zylindrischen Kammerteiles, so daß zwischen beiden ein enger Luftspalt F1 verbleibt. Das Einsatzstück wird in der Aussparung durch einen eingeschraubten Haltering G2 gehalten, der gegen einen Flansch Cl des Einsatzstückes angezogen wird. Eine Stiftschraube G3, die in einen Schlitz des Zylinderkopfes eingreift, verhindert eine Drehung des Einsatzstückes in der Aussparung.A water-cooled recess F is also arranged in the cylinder head, whose axis with the lateral cylindrical ones arranged symmetrically to this Walls parallel to that of the machine cylinder and their inlet opening to the working cylinder over its bore partially overlaps, while the working cylinder opposite end is hood-shaped or hemispherical. In the cylindrical Part is an insert G made of refractory, poorly heat-conducting material, whose diameter is slightly smaller than that of the cylindrical chamber part, see above that a narrow air gap F1 remains between the two. The insert is in the The recess is held by a screwed-in retaining ring G2 that rests against a flange Cl of the insert is tightened. A stud screw G3 inserted into a slot of the cylinder head engages, prevents rotation of the insert in the Recess.

Die obere Stirnfläche des Einsatzstückes ist halbkugelig ausgearbeitet, so daß zwischen ihr und dem oberen Ende der Aussparung F eine Brennkammer von im wesentlichen kugeliger Gestalt entsteht. Schräg durch das Einsatzstück geht von dessen über der Arbeitszylinderbohrung liegenden Stirnfläche aus ein schräger Kanal G4, der an einer Seite bei G' tangential in die Brennkammerwandung übergeht. Die Querschnittsflächen des Kanals G4 verjüngen sich vom Zylinder aus zur Brennkammer vorzugsweise im Verhältnis von 5 :3; sie können z. B. kreisförmig sein oder die Form haben, die aus Fig. 2 erkennbar ist.The upper face of the insert is hemispherical, so that between her and the upper end of the recess F a combustion chamber of im essential spherical shape arises. Diagonally through the insert goes from whose face above the working cylinder bore consists of an inclined channel G4, which merges tangentially into the combustion chamber wall at G 'on one side. the Cross-sectional areas of the channel G4 taper from the cylinder to the combustion chamber preferably in a ratio of 5: 3; you can z. B. be circular or the Have a shape that can be seen from FIG.

In dem oberen haubenförmigen Teil der Aussparung befindet sich eine Einspritzdüse H, die einen einzigen geschlossenen Brennstoffstrahl in Richtung auf einen Flächenteil G8 des Einsatzstückes liefert, der nahe der Eingangsmündung des Kanals G4, jedoch dessen tangential in die Brennkammerwandung übergehendem Wandungsteil G5 gegenüberliegt. Weiter ist eine elektrische Heizvorrichtung J in dem haubenförmigen Teil der Brennkammer zu Anlaßzwecken vorgesehen.In the upper hood-shaped part of the recess there is one Injector H, which is a single closed jet of fuel towards a surface portion G8 of the insert, which near the entrance mouth of the Channel G4, but its wall part merging tangentially into the combustion chamber wall G5 is opposite. Further, an electric heater J is in the hood-shaped one Part of the combustion chamber intended for special purposes.

Im Betrieb wird das Einsatzstück infolge seiner schlechten Wärmeleitfähigkeit und der kleinen Berührungsflächen mit den gekühlten Wandungen auf eine hohe Temperatur gelangen. Während des Verdichtungshubes wird fast die ganze Luftladung durch den Kanal G4 in die Brennkammer getrieben, und durch den tangentialen Verlauf des Kanals wird bewirkt, daß die Luftladung am Ende des Verdichtungshubes rasch um eine durch die Brennkammermitte gelegte Achse kreist, die im wesentlichen senkrecht zu der Ebene durch Zylinderachse und Achse des Zylinderteiles der Aussparung F gerichtet ist.In operation, the insert is due to its poor thermal conductivity and the small areas of contact with the cooled walls reach a high temperature. During the compression stroke, almost the whole Air charge driven into the combustion chamber through channel G4, and through the tangential The course of the channel causes the air charge at the end of the compression stroke rapidly revolves around an axis laid through the center of the combustion chamber, which essentially perpendicular to the plane through the cylinder axis and the axis of the cylinder part of the recess F is directed.

Der gegen Ende des Verdichtungshubes in die Brennkammer eingespritzte Brennstoff mischt sich mit der heißen sich drehenden Luft, und die Zündung erfolgt, sobald die ersten Brennstoffteilchen in die Nähe der hocherhitzten Fläche Gs gelangen. Bei dem unmittelbar danach einsetzenden Arbeitshub können die brennenden Gase unmittelbar aus der Brennkammer herausströmen, ohne unverbrannte Luft aus der Brennkammer herauszutreiben.The one injected into the combustion chamber towards the end of the compression stroke Fuel mixes with the hot spinning air and ignition occurs as soon as the first fuel particles come close to the highly heated surface Gs. During the working stroke that starts immediately afterwards, the burning gases can immediately flow out of the combustion chamber without expelling unburned air from the combustion chamber.

Das Einsatzstück kann sich bei Temperaturschwankungen frei dehnen oder zusammenziehen. Es kann auch unter Umständen ohne Verwendung eines Halteringes nur dadurch in der Mündung der Aussparung gehalten werden, daß es seitlich auf dem Zylinderkörper aufliegt. Dann ist die Derührungsfläche zwischen Einsatzstück und gekühlter Wandung der Aussparung noch kleiner.The insert can expand freely with temperature fluctuations or move in together. Under certain circumstances, it can also be used without the use of a retaining ring only be held in the mouth of the recess that it is laterally on the Cylinder body rests. Then the contact surface between the insert and cooled wall of the recess even smaller.

Bei dem weiteren Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist auch der nicht vom Einsatzstück G gebildete und diesem gegenüberliegende obere Teil der Brennkammerwandung durch ein gleichfalls durch einen Luftspalt gegen die umgebende gekühlte Zylinderwandung wärmeisoliertes Futter K gebildet, das durch einen Ansatz Kl gehalten wird, der durch eine Bohrung im Zylinderkopf hindurchgeht und von außen durch eine Mutter K= in seiner Lage gehalten wird. Die Heizvorrichtung I ist in diesem Ansatz Kl untergebracht.In the further exemplary embodiment according to FIG. 3, that is not the case either formed by the insert G and this opposite upper part of the combustion chamber wall by an air gap against the surrounding cooled cylinder wall Formed heat-insulated lining K, which is held by an approach Kl, the goes through a hole in the cylinder head and from the outside through a nut K = is held in place. The heater I is housed in this approach Kl.

Der Kanal G4 könnte auch durch eine Nut in dem Zylinderkopfteil zwischen Einsatzstück und gekühlter Wandung der Aussparung gebildet werden. In diesem Falle würde die Luft in der Brennkammer entgegengesetzt dem Drehsinne kreisen, in dem sie bei der Anordnung nach Fig. i und 3 umläuft. Der Brennstoffstrahl würde dabei im wesentlichen auf den gleichen Wandungspunkt gerichtet werden--wie im dargestellten Falle. Die Wirkung ist im wesentlichen die gleiche.The channel G4 could also be through a groove in the cylinder head part between Insert and cooled wall of the recess are formed. In this case the air in the combustion chamber would circle in the opposite direction to the direction of rotation in which it rotates in the arrangement according to FIGS. The fuel jet would thereby be directed essentially at the same wall point - as shown in the illustration Cases. The effect is essentially the same.

Die Verbrennung beginnt fast augenblicklich nach Beginn der Brennstoffeinspritzung, und die Geschwindigkeit des Druckanstieges läßt sich durch Steuern der Einspritzgeschwindigkeit regeln; damit läßt sich ein störungsfreier und geschmeidiger Betrieb der Maschine erreichen.Combustion begins almost immediately after fuel injection begins, and the rate of pressure increase can be determined by controlling the injection rate rules; this allows trouble-free and smooth operation of the machine reach.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air-compressing injection engine with Auto-ignition and a combustion chamber arranged in the cooled cylinder head wall of circular or oval cross-section and preferably spherical shape, into the a connecting channel opens tangentially with the working cylinder, furthermore the fuel injector preferably injected in the direction of the middle of the combustion chamber and almost the entire Air charge is pushed over at the end of the compression stroke, characterized by one in a manner known per se through an air gap (F1) against the cylinder head wall heat-insulated insert (G) containing the tangential connecting channel (G4) and with its upper end surface the lower part of the inner wall of the combustion chamber forms, on which directly on the connecting channel, but its tangential into the Combustion chamber wall transitioning wall part (G5) opposite surface part (G6) the fuel jet is directed. a. Air-compressing injection internal combustion engine according to claim i, characterized in that the insert piece in a substantially cylindrical recess of the cylinder head symmetrically to one through the combustion chamber center going, parallel to the cylinder axis is arranged axis. 3. Air compressing Injection internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that also the upper one not formed by the insert (G) and opposite it Part of the combustion chamber wall by a likewise by an air gap against the surrounding cooled cylinder head wall thermally insulated lining (K) is formed.