DE749456C

DE749456C - Pre-chamber two-stroke internal combustion engine with external ignition

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Publication number: DE749456C
Application number: DEST56445D
Authority: DE
Priority date: 1937-07-25
Filing date: 1937-07-25
Publication date: 1944-11-24

Description

Vorkammer-Zweitaktbrennkra#tmaschine mit Fremdzündung Bei den bekannten Zweitaktbrennkraftmaschinen mit Gemischverdichtung wird das Brennstoffluftgemisch durch eine Pumpe, z. B. das Kurbelgehäuse, angesaugt, dann während des Spülvorganges in den Arbeitszylinder eingeführt und darin verdichtet. Nachteilig ist dabei, daß beim Spülen des Arbeitszylinders ein Teil des Brennstoffluftgemisches ungenutzt mit den Abgasen entweichen kann. Weiter ist es nachteilig, daß schwer verdampfende Brennstoffe, z. B. Schweröle, während des Verdichtungshubes im Arbeitszylinder keine für eine einwandfreie Verbrennung erforderliche Aufbereitung erfahren und an den Wänden :des Anbeitszylinders niederschlagen, also nur.unvollkommen ausgenutzt werden. Zum Vermeiden der genannten Brennstoffverluste beim Spülen ist schon vorgeschlagen worden, in den Arbeitszylinder reine Luft und getrennt davon ein fettes Brennstoffluftgemisch einzuführen. Weil sich aber bei diesem bekannten Verfahren die reine Luft und das fette Brennstoffluftgemiscah mischen, bev or der Spülvorgang beendet ist, gelingt es nicht, das Entweichen von Brennstoff mit den Abgasen vollkommen zu unterbinden. Auch ist dieses Verfahren nicht geeignet, schwer verdampfen-.den Brennstoff für eine einwandfreie Verbrennung richtig vorzubereiten und ihn ganz vom Niederschlagen an den Wänden des Arbeitszylinders abzuhalten.Pre-chamber two-stroke internal combustion engine with spark ignition The fuel-air mixture is used for two-stroke internal combustion engines with mixture compression by a pump, e.g. B. the crankcase, sucked in, then during the flushing process introduced into the working cylinder and compressed therein. The disadvantage here is that when flushing the working cylinder, part of the fuel-air mixture is unused can escape with the exhaust gases. It is also disadvantageous that it is difficult to evaporate Fuels, e.g. B. heavy oils, none during the compression stroke in the working cylinder experience the preparation required for perfect incineration and send it to the Walls: knock down the working cylinder, so only imperfectly be used. It has already been proposed to avoid the aforementioned fuel losses during purging has been, pure air into the working cylinder and, separately, a rich fuel-air mixture to introduce. But because with this well-known process, the pure air and the Mix the rich fuel / air mixture before the flushing process is finished it does not completely prevent the escape of fuel with the exhaust gases. Also, this process is not suitable for hard-to-evaporate fuel properly prepare a flawless burn and keep it entirely from knocking down to keep on the walls of the working cylinder.

Die Erfindung betrifft eine Vorkammer-Zweitaktbrennkraftmaschine mit Fremdzün-Jung, bei der währenddes Spülens reine Luft in den Arbeitszylinder eingeführt wird. Erfindungsgemäß wird während des Spülens ein fettes Brennstoffluftgemisch in die als gewölbten Hohlraum ausgebildete Vorkammer eingeführt und darin kreisend oder wirbelnd bis zur Entzündung gespeichert. Dadurch soll erreicht werden, daß beim Spülen keine Brennstoffverluste auftreten, daß während des Verdichtungähubes kein Niederschlagen des Brennstoffs an den Wänden des Arbeitszylinders stattfinden kann, und schließlich daß schwer verdampfbare Brennstoffe während des Spülens und während des Verdichtungshubes eine für eine einwandfreie Verbrennung günstige Aufbereitung erfahren.The invention relates to a prechamber two-stroke internal combustion engine Fremdzün-Jung, in which clean air is introduced into the working cylinder during purging will. According to the invention, a rich fuel-air mixture is produced during purging introduced into the antechamber designed as a curved cavity and circling therein or stored whirling until inflammation. This is to achieve that no fuel losses occur during purging that occur during the compression stroke there is no deposit of fuel on the walls of the working cylinder can, and finally that hard-to-evaporate fuels during purging and During the compression stroke, a favorable treatment for perfect combustion Experienced.

Die Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise verwirklichen. Abb. i bis 3 zeigen drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäß ausgebildeten, im Schnitt dargestellten Zweitaktbrennkraftmaschine.The invention can be implemented in various ways. Fig. i to 3 show three exemplary embodiments of an in accordance with the invention, im Section shown two-stroke internal combustion engine.

Bei allen drei Ausführungsformen ist angenommen, daß sich er Kolben b in einem Arbeitszylinder ca auf und ab bewegt und daß an den Arbeitszylinder ein Kurbelgehäuse d anschließt, in welchem reine Luft ,angesaugt und verdichtet wird, die ganz oder teilweise zum Spülen des Arbeitszylinders gebraucht wird.All three embodiments are assumed to be pistons b moves up and down in a working cylinder approx and that to the working cylinder a Crankcase d adjoins, in which pure air, sucked in and is compressed, which is used in whole or in part to flush the working cylinder will.

Bei der Ausführungsform nach Abb. i wird die im Kurbelgehäuse d verdichtete Luft teilweise in Pfeilrichtung l gefördert zum Spülen des Arbeitszylinders a bzw. Verdrängen der Abgase in Pfeilrichtung III, teilweise wird sie aber auch in Pfeilrichtung II gefördert zum Herstellen :eines fetten Brennstoffluftgemisches und zum Einblasen desselben in die Vorkammer c nach jedem Arbeitstakt. Diese Vorkammer G steht durch einen Kanal mit dem Arbeitszylinder in Verbindung, und ihr Hohlraum ist konzentrisch um die Achse dieses Verbindungskanals angeordnet. Jedesmal wenn der Arbeitszylinder nach einem Arbeitstakt mit Luft gespült wird, erfolgt ungefähr bleichzeitig Glas Einblasen des fetten Brennstoffluftgemisches in die Vorkammer über das Vorkammerventil e. Dieses Vorkammerventil ist so angeordnet und das fette Brennstoffluftgeinisch so bemessen, daß letzteres tangential in die Vorkammer eintritt, darin um :die Achse des Verbindungskanals zum Kreisen kommt und .dabei die in der Vorkammer vorhandenen Rückstände (Verbrennungsbase) in den Arbeitszylinder verdrängt, d. h. die Vorkammer spült, ohne selbst in den Arbeitszylinder überzutreten. Beim folgenden Verdichtungstakt schiebt der im Arbeitszylinder aufwärts gehende Kolben noch Spülluft in die Vorkamnier und erzeugt darin eine Wirbeltiog quer zum Umlauf des zuvor eingeblasenen Fettgemnisches. Auf diese Weise wird bis zum Ende des Verdichtungstaktes ein gut brennbares Gemisch in der Vorkaminer gebildet, das dann vor Beginn des Arbeitstaktes mittels einer in der Vorkammer angeordneten nicht abgebildeten Zündkerze sicher entzündet werden kann und leim Arbeitstakt schnell und restlos verbrennt. Danach wiederholt sich das Arbeitsspiel, beginnend mit dem Spülen des Arbeitszylinders und dem Einblasen von fettem Brennstoffluftgeinisch in die '\`orkammer.In the embodiment according to Fig. I, the one in the crankcase d is compressed Air is partially conveyed in the direction of the arrow l to flush the working cylinder a or Displacement of the exhaust gases in the direction of arrow III, but it is also partly in the direction of the arrow II promoted to produce: a rich fuel-air mixture and to blow it in the same into the antechamber c after each work cycle. This antechamber G stands through a channel in communication with the working cylinder, and its cavity is concentric arranged around the axis of this connecting channel. Every time the working cylinder After a work cycle is flushed with air, glass takes place approximately at the same time as the glass Injection of the rich fuel-air mixture into the prechamber via the prechamber valve e. This prechamber valve is arranged and the rich fuel air mixture dimensioned so that the latter enters the antechamber tangentially, around: the axis of the connecting channel comes to circling and .take the existing in the antechamber Residues (combustion base) displaced into the working cylinder, d. H. the antechamber flushes without entering the working cylinder itself. At the following compression stroke the piston moving up in the working cylinder pushes purging air into the antechamber and creates a vortex in it transversely to the circulation of the previously injected fat mixture. In this way, a readily combustible mixture is created by the end of the compression cycle formed in the antechamber, which is then carried out before the start of the work cycle by means of a Spark plug, not shown, arranged in the prechamber can be safely ignited can and burns glue quickly and completely. After that it repeats the working cycle, starting with the rinsing of the working cylinder and the blowing in of rich fuel air in the '\ `or chamber.

Die geschilderte Arbeitsweise ermöglicht auch dieVerwendung von Schwerölen aus folgenden Gründen: Das schädliche Niederschlagen von Schwerölteilchen an Flächen der Maschine ist praktisch ganz unterbunden, weil das Schwerölluftgemisch in das Kurbelgehäuse gar nicht und in den Arbeitszylinder nur während des Arbeitstaktes gelangt. Die Aufbereitung des Schweröles für die Verbrennung erfolgt auch bei schnellaufenden Maschinen sehr gründlich, weil das fette Schiverölluftgemisch schon während des Spiilens, also sehr frühzeitig in die Vorkammer eingebracht und darin an den heißen Wänden entlang kräftig zum I-reisen und Wirbeln gebracht wird, was zur Folge hat, daß besonders die gröberen Brennstoffteilchen genügend lange gegen die heißen Wände der Vorkaminer geschleudert und dort zerrissen, verdampft und aufgespalten werden.The described procedure also enables the use of heavy oils for the following reasons: The harmful precipitation of heavy oil particles on surfaces the machine is practically completely prevented because the heavy oil air mixture in the Crankcase not at all and only in the working cylinder during the work cycle got. The processing of the heavy fuel oil for combustion takes place even with high-speed ones Machines very thoroughly, because the rich mixture of ski oil and air already occurs during the Spiilens, so introduced very early into the antechamber and then to the hot Along walls is vigorously made to travel and whirl around, which has the consequence that especially the coarser fuel particles long enough against the hot walls the antechamber are thrown and torn, evaporated and split up there.

Das Herstellendes fetten Brennstoffluftgeinisches kann auf verschiedene Weise erfol-Ten, und zwar auch ohne Brennstoffpumpe, der Brennstoff zur Gemischbildung nicht in einen unter hohem Truck stehenden Raum eingebracht ~verden muß. In Abb. i ist diese Gemischherstellung nur angedeutet durch eine Rohrleitung f zwischen der Vorkammer c und dem Kurbelgehäuse, und dadurch, daP in diese Rohrleitung ein Rückschlagventil g und ein Brennstoffdiisenrohr lt eingezeichnet sind. Selbstverständlich kann die verdichtete Luft zum Erzeugen und Einblasen des fetten Brennstoffluftgemisches auch durch einen besonderen Luftverdichter geliefert werden. Das Spülen des Arbeitszylinders kann sehr gründlich mit viel Luft erfolgen, und die Verdichtung im Arbeitszylinder kann verhältnisn u äß41 - hoch el -etrieben - werden.The production of the rich fuel-air mixture can take place in various ways, even without a fuel pump, which does not have to bring the fuel into a room under a high truck to form the mixture. In Fig. I, this mixture production is only indicated by a pipe f between the prechamber c and the crankcase, and by the fact that a check valve g and a fuel nozzle pipe lt are drawn in this pipe. Of course, the compressed air for generating and blowing in the rich fuel-air mixture can also be supplied by a special air compressor. The rinsing of the working cylinder can be done very thoroughly with a lot of air, and the compression in the working cylinder can be relatively u äß41 - high el - be driven.

Die Ausführungsform nach Abb. i kann auch so abgeändert werden. daß, wie Abb. 2 zeigt, die Vorkammer c in an sich bekannter `'eise in den Kolben h zu liegen kommt, so daß Ventile ganz wegfallen und die Steuerung der Gemischzuführung in die Vorkammer durch den Kolben selbst, etwa in der in Abb. 2 dargestellten Weise erfolgen kann. Wenn :der Kolben b in seine untere Totlage gelangt, strömt in Pfeilrichtung I verdichtete Luft aus dem Kurbelgehäuse d in den Arbeitszylinder und spült letzteren. Gleichzeitig bekommt die Vorkammer c Verbindung mit der Leitung f und erhält in Pfeilrichtung 1I verdichtete Luft aus dein Kurbelgehäuse und Brennstoff durch das Düsenrohr Ir, so daß die Vorkammer c von der Seite mit einem fetten Brenn.stofiluftgemisch gefüllt wird, <las die Verbrennungsgase dabei nach oben herausdrängt, also die Vorkammer spült. Das in die Vorkammer eingeblasene fette Brennstoffhiftgeinisch kreist zunächst in der Vorkammer, weil es tangential in diese eingeblasen wird. Während es Verdichtungstaktes tritt dann Luft in die V orkaminer ein, erzeugt darin eine Querwirbelung und bildet das zündfähige Gemisch, welches gegen Ende des Verd iebtungstaktes durch die im Zylinderkopf angeordnete, in der Kolbentotlage in die Vorkammer hineinragende Zündkerze entzündet wird. Die Steuerung der Füllung der Vorkammer kann unter Zuhilfenahme des Kolbens auch so ausgeführt werden, daß bei Beginn cler Füllung zuerst reine Luft, dann das fette Brennstoffluftgemisch und am Schluß der Füllung wieder reine Luft einströmt. Dadurch läßt sich der Betrieb auch für Schweröle und staubförmigen Brennstoff günstig gestalten. Dies um so mehr, als bei der vorliegenden Ausführungsform auch an der Vorlrammer kein Ventil benötigt wird.The embodiment according to Fig. I can also be modified in this way. that, as Fig. 2 shows, the antechamber c comes to lie in the piston h in a known way, so that valves are completely omitted and the control of the mixture supply into the antechamber by the piston itself, for example in the manner shown in Fig. 2 shown manner can be done. When: the piston b reaches its bottom dead center, air compressed in the direction of arrow I flows out of the crankcase d into the working cylinder and flushes the latter. At the same time, the prechamber c is connected to the line f and receives compressed air from the crankcase and fuel in the direction of arrow 1I through the nozzle tube Ir, so that the prechamber c is filled from the side with a rich fuel mixture, <read the combustion gases pushes out at the top, so flushes the antechamber. The rich fuel shift gas that is blown into the antechamber initially circles in the antechamber because it is blown tangentially into it. During the compression stroke, air then enters the prechamber, creates a transverse vortex and forms the ignitable mixture, which is ignited towards the end of the compression stroke by the spark plug which is located in the cylinder head and protrudes into the prechamber in the piston dead position. The filling of the antechamber can also be controlled with the aid of the piston in such a way that at the beginning of the filling first pure air flows in, then the rich fuel-air mixture and, at the end of the filling, pure air flows in again. As a result, the operation can also be designed favorably for heavy oils and pulverulent fuel. This is all the more so since in the present embodiment no valve is required on the prelrammer either.

Nach dem Ausführungsbeispiel der Abb. 3 sind in bekannter Weise zwei Arbeitszylinder a mit je einer Vorkammer c verbunden worden unter Verwendung je eines Verbindungskanals, welcher tangential in die Vorkammer c einmündet. Bei. jedem Verdichtungstakt, der 4n einem Arbeitszylinder ausgeführt wird, strömt die vom Spülen des betreffenden Arbeitszylinders dort verbliebene Spülluft durch den Kanal in die Vorkammer c und kreist darin. Das Einführen von fettem Brennstoffluftgemisch in die Vorkammer eines Arbeitszylinders erfolgt erfindungsgemäß während,des Spülens. Dieses Einführen von fettem Brennstoffluftgem@isch in die Vorkammer kann verschieden erfolgen, z. B. sinngemäß der Ausführungsform nach Abb, i oder ;in bekannter Weise mittels der gespannten Gase eines Nachbarzylinders. Voraussetzung ,dafür ist, @daß die Kurbeln der benachbarten zwei Arbeitszylinder a in Abb. 3 um etwa i 8o ° zueinander versetzt sind, d. h. wenn der eine Arbeitszylinder in Pfeilrichtung I und III gespült wird, muß in dem anderen Arbeitszylinder die Verdichtung zu Ende gehen und die Verbrennung einsetzen. Bei dieser Arbeitsweise können die an die Arbeitszylinder angeschlossenen Vorkammern einfach durch eine enge Leitung f (gestrichelt eingezeichnet) miteinander verbunden und in diese Leitung der Brennstoff für beide Arbeitszylinder eingeführt werden, z. B. mittels einer Rohrleitung h (gleichfalls gestrichelt eingezeichnet). Es wird dann jeweils von dem Arbeitszylinder, dessen Kolben ungefähr in der oberen Totpunktlage ist, ein starker Gasstrom durch die Leitung f überströmen -in den Nachbarzylinder und dabei den durch die Rohrleitung h eingeführten Brennstoff in die Vorkammer des Nachbarzylinders mitreißen und darin schnell herumwirbeln, schon bevor in diesem Nachbarzylinder die Verdichtung beginnt oder stärker einsetzt.According to the embodiment of Fig. 3 are two in a known manner Working cylinder a with an antechamber c each has been connected using each a connecting channel which opens tangentially into the antechamber c. At. each The compression stroke, which is carried out in a working cylinder, flows from the flushing of the working cylinder in question there remaining purge air through the channel into the Antechamber c and circles in it. Introducing rich fuel-air mixture into According to the invention, the antechamber of a working cylinder takes place during flushing. This introduction of rich fuel air mixture into the antechamber can be different take place, e.g. B. analogously to the embodiment according to Fig, i or; in a known manner by means of the compressed gases of a neighboring cylinder. The prerequisite for this is @ that the cranks of the adjacent two working cylinders a in Fig. 3 by about i 80 ° to each other are offset, d. H. when one of the working cylinders is flushed in the direction of arrows I and III the compression and the combustion must come to an end in the other working cylinder insert. In this mode of operation, the can be connected to the working cylinder Antechamber simply through a narrow line f (shown in dashed lines) with one another connected and introduced into this line the fuel for both working cylinders be e.g. B. by means of a pipeline h (also shown in dashed lines). It is then in each case of the working cylinder, whose piston is approximately in the upper Is dead center, a strong gas flow through the line f overflow into the neighboring cylinder and thereby the fuel introduced through the pipeline h into the antechamber of the Drag the neighboring cylinder along and swirl around in it quickly, even before this one Neighboring cylinder the compression begins or begins more strongly.

Der Umstand; daß während des Arbeitstaktes eines Arbeitszylinders aus diesem etwas Gase in den Nachbarzylinder überströmen:, welcher den Verdichtungstakt ausführt, kommt dessen Verdichtung zugute. Der Gefahr, daß diese Gase Fehlzündungen herbeiführen, kann durch genügendes Abkühlen der Gase während,des Überströmens, so z. B: auch durch Einführen kleiner Wassermengen in die Leitung f, begegnet werden. Die sehr kräftige Zerstäubunig und Vorwärmung des Brennstoffes macht die letztbeschriebene Ausführungsform besonders auch für schwersiedende Brennstoffe, z. B. Teeröle, geeignet.The fact; that during the work cycle of a working cylinder from this some gases overflow into the neighboring cylinder: which is the compression stroke executes, its compression benefits. The risk of these gases misfiring can be brought about by sufficient cooling of the gases during, overflow, so z. B: can also be countered by introducing small amounts of water into the line f. The very powerful atomization and preheating of the fuel makes the last described Embodiment especially for high-boiling fuels such. B. tar oils, suitable.

Die Mittel zur Verwirklichung der Erfindung können von den geschilderten Beispielen noch wesentlich abweichen. Z. B. kann die als gewölbter Hohlraum ausgebildete Vor-oder Wirbelkammer verschiedenartig geformt sein, und :das Füllen der Vorkammer mit fettem Brennstoffgasgemisch kann auch unter Verwendung von Auspuffgasen oder Wasserdampf erfolgen.The means for realizing the invention can be of those described Examples still differ significantly. For example, it can be designed as a curved cavity Pre-chamber or vortex chamber be shaped differently, and: the filling of the pre-chamber with a rich fuel gas mixture can also be made using exhaust gases or Water vapor take place.

Bei den Brennstoffen, welche zur guten Gemischbildung eine heiße Vorkammer benötigen, kann deren Erwärmung durch anfänglichen Betrieb mit Benzin oder durch künstliches Heizen, z. B. mittels elektrischen Stromes, herbeigeführt werden.In the case of fuels, which have a hot antechamber for good mixture formation may need their heating by initially running on gasoline or by artificial heating, e.g. B. by means of electric current, brought about.

Die Erfindung kann sinngemäß auch zur Schaffung einer Brennkraftinasch.ine für staubförmige Brennstoffe dienen, wo es ebenfalls darauf ankommt, den Brennstoff vor der Verbrennung günstig vorzubereiten und ihn während des Ansaugetaktes und während des Verdichtungstaktes von den ölbenetzten Wänden des Kurbelgehäuses und ides Arbeitszylinders fernzuhalten.The invention can also be used to create an internal combustion engine are used for pulverulent fuels, where it is also important to use the fuel to prepare inexpensively before the combustion and to use it during the intake cycle and during the compression stroke from the oil-wetted walls of the crankcase and keep ides working cylinder away.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Pre-chamber-two-stroke internal combustion engine with external ignition, @in whose working cylinder clean air is blown during purging, -characterized in that during purging a rich fuel-air mixture is introduced into the pre-chamber formed as a curved cavity and. circling or whirling in it; is stored until inflammation. :

2. Two-stroke internal combustion engine according to claim i, .characterized "that the introduction of the fuel into the Antechamber by means of a pressurized gas, e.g. B. purge air takes place.

3. Two-stroke internal combustion engine according to claim a, characterized in that the inlet of the rich fuel-air mixture into the antechamber in a manner known per se, avoiding a valve the piston of the working cylinder is controlled. .I. Z.weitakt@brennkraftmaschine according to claim 3, characterized in that the antechamber is known per se Way is arranged in or on the piston of the working cylinder.