DE898092C

DE898092C - Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with an antechamber arranged in the cylinder head

Info

Publication number: DE898092C
Application number: DEP6099D
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl-Ing Kraus
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1953-11-26

Description

Selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf angeordneten Vorkammer Die Erfindung betrifft eine selbstzündende, luftverdichtende Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf ungeordneten:, z. B. 'kugelförmig ausgebildeten Vorkammer, einem durch eine Mulde im Kolbenboidengebildeten Haupttbrennraum und einem Verbindungskanal zwischen Vorkammer und Hauptbrennraum, welcher durch einen so, weit in ,die Mulde im Kolbenboden hineinragenden Einsatz gebildet wird, d'aß der Muldenbaden in seiner inneren Totlage mit der Mündungswand des Einsatzes einen Ringspialt bildet, (durch welchen der Vorkammerinhalt .auf den Hauptbrennraum verteilt wird.Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with one in the cylinder head arranged antechamber The invention relates to a self-igniting, air-compressing Internal combustion engine with a disordered in the cylinder head :, z. B. 'spherical Antechamber, a main combustion chamber formed by a depression in the piston boids and a connecting channel between the antechamber and the main combustion chamber, which through a so, as far into the indentation in the piston crown protruding insert is formed, d'ass the hollow bathing in its inner dead position with the mouth wall of the insert one Forms a ring spiral (through which the antechamber content is distributed over the main combustion chamber will.

Es sind Vorkammermaschinen der beschriebenen Art bekannt, bei welchen die kugelförmige Vorkammer zwischen vier im Zylinderkopf angeordneten Ventilen zentral in .der Achse .des Zylinders senkrecht zum Kolbenboden angeordnet ist. Infolge des senkrechten Auftreffens des Vorkammerinhaltes auf den Kolbenboden und infolge der zentralen Anordnung .der Vorkammer mit Bezug auf den zentrisch zur Zylinderachse angeordneten, durch eine Kolbenvertiefung gebildeten Hauptbrennraum ist eine vollkommen .gleichmäßige Verteilung des Vor'kammerinhaltes auf den Hauptbrennraum gewährleistet.There are pre-chamber machines of the type described are known in which the spherical antechamber between four valves arranged in the cylinder head is central is arranged in .der axis. of the cylinder perpendicular to the piston head. As a result of the vertical impingement of the prechamber contents on the piston crown and as a result of the central arrangement of the antechamber with reference to the centric to the cylinder axis arranged main combustion chamber formed by a piston recess is a perfect one . Uniform distribution of the Vor'kammer contents on the main combustion chamber guaranteed.

Bei exzentrischer Lage der Vorkammer, wie sie z. B. notwendig wird, wenn ,die Vorkammer neben zwei Ventilen im Zylinderkopf angeordnet werden soll, was insbesondere für kleinere Maschinen von Bedeutung ist, ergeben sich, jedoch bezüglich der Gleichmäßigkeit in der Verteilung des Vorkammerinhaltes auf @d-en Hauptbrennraum Schwierigkeiten.In the eccentric position of the antechamber, as z. B. becomes necessary if the prechamber is to be arranged next to two valves in the cylinder head, what is particularly important for smaller machines emerges, however regarding the uniformity in the distribution of the antechamber contents on @ d-en Main combustion difficulties.

Zweck der Erfindung ist demgegenüber eine solche Anordnung, daß trotz der exzentrischen Anordnung der Vorkammer praktisch eine vollkommen gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes auf den Hauptbrennraum erzielt wird. Die Erfindung besteht demgemäß darin, .daß die vorzugsweise kugel= förmige und in an sich bekannter Weise neben- den Ventilen exzentrisch angeordnete Vorkammer mit dem Verbindungskanal unter einem steilen Winkel zum Kolbenboden geneigt ist und der Verbindungskanal mit nur verhältnismäßig geringer Exzentrizität in die den Hauptbrennraum bildende, nach der ,gleichen Seite wie -die Vorkammer exzentrisch zur Zylinderachse angeordnete und von einem urvertieften Rand umgebene, im wesentlichen kreis= förmige flache Kolbenmulde ausmündet, wobei (im Grundriß gesehen) die Mittelpunkte von Zylinder, Kolbenmulde, Kanalmündung und. Vorkammer in der genannten Reihenfolge zueinander exzentrisch liegen und vorzugsweise die Exzentirizitäten derart bemessen sind, daß die Gesamtexzentrizität der Vorkammer zur Zylinderachse größenordnungsmäßig etwa dem halben Zylindernaidius entspricht.The purpose of the invention, on the other hand, is such an arrangement that despite the eccentric arrangement of the antechamber is practically perfect even Distribution of the fuel to the main combustion chamber is achieved. The invention exists accordingly therein, .that the preferably spherical = shaped and in a manner known per se next to the valves eccentrically arranged antechamber with the connecting channel underneath is inclined at a steep angle to the piston crown and the connecting channel with only relatively low eccentricity in the main combustion chamber forming, according to the, same side as -the prechamber arranged eccentrically to the cylinder axis and surrounded by a deeply recessed edge, essentially circular = flat Piston recess opens out, whereby (seen in plan) the center points of the cylinder, Piston bowl, channel mouth and. Antechamber to each other in the order listed are eccentric and preferably the eccentricities are dimensioned such that the total eccentricity of the prechamber to the cylinder axis is of the order of magnitude corresponds to half the cylinder radius.

Durch die Erfindung werden die beiden sich einander zunächst widersprechenden Erfordernisse, nämlich eine verhältnismäßig große Exzentrizität der Vorkammer einerseits und zugleich eine die gleichmäßige Verteilung sicherstellende zentrale und senkrechte Ausmündung des Verbindungskanals andererseits., durch die besondere Anordnung von Vorkammer, Verbindungskanal und Hauptbrennraum derart miteinander vereinigt und aufeinander abgestimmt, daß die für Leistung und Brennstoffverbrauch günstigsten Ergebnisse erzielt werden. ' So isst erfindungsg:mäß die Abweichung der Kanalneiagung von, der Senkrechten in solchen Grenzen gehalten, @daß dadurch ein steiles Auftreffendes Vorkammerinhalts auf den Kolbenboden gewährleistet bleibt, die Entstehung von Raumteilen mit erheblicher Brennstoffarmut seitlich oder rückwärts zur Haupt°inspritzrichtun:g verhindert und somit die günstigste verteilende Wirkung des Ringspaltes praktisch nicht beeinträchtigt -wird.The invention makes the two initially contradicting one another Requirements, namely a relatively large eccentricity of the antechamber on the one hand and at the same time a central and vertical one that ensures even distribution Outlet of the connecting channel on the other hand., By the special arrangement of Antechamber, connecting duct and main combustion chamber are combined with one another in this way and coordinated that the most favorable for performance and fuel consumption Results are achieved. According to the invention, this is how the deviation of the sewerage is eaten by, the vertical kept within such limits that it results in a steep incidence Pre-chamber contents are guaranteed on the piston crown, the emergence of parts of the space with considerable fuel poverty sideways or backwards to the main injection direction: g prevented and thus practically the most favorable distributing effect of the annular gap will not be affected.

In entsprechendem Sinne verhindert eine nur geringe Exzentrizität der ringspaltförmigen Ausmün-Jung zum Haupt!brennraum, daß praktisch irgendein Raumteil des Hauptbrennraumes mit Brennstoff übersättigt wird oder infolge zu großer Entfernung von der ringspaltförmigen Ausmündung nicht mehr genügend mit Brennstoff beliefert werden kann. Das gilt innerhalb der hier in Betracht kommenden Grenzen insbesondere dann, wenn Neigung- und Exzentrizität in bestimmtem günstigstem Verhältnis zueinander stehen, wobei mit wachsender Neigung auch die Exzentrizität größer werden muß. Bei einer Neigung bis, zu etwa 70 oder 6o° ist die Exzentrizität zweckmäßig nicht mehr als io °/o des Hauptbrennraumdurchmessers; der seinerseits z. B. die Größenordnung von etwa 2/3 -des Zylinderdurchmessers besitzt.In a corresponding sense, only a slight eccentricity prevents the annular gap-shaped Ausmün-Jung to the main combustion chamber, that practically any part of the room the main combustion chamber is oversaturated with fuel or as a result of being too far away no longer supplied with sufficient fuel from the opening in the shape of an annular gap can be. This applies in particular within the limits under consideration here when the inclination and eccentricity are in a certain most favorable relationship to one another stand, whereby the eccentricity must also increase with increasing inclination. at an inclination of up to about 70 or 60 °, the eccentricity is expediently no longer as io% of the main combustion chamber diameter; who in turn z. B. the order of magnitude of about 2/3 of the cylinder diameter.

Die des weiteren vorgesehene geringe Exzentrizität der den Hauptbrennraum bildenden Kolbenmulde zur Zylinderachse ermöglicht es ferner, die Vorkammer um :diese Exzentrizität -weiter gegen den.Zylinderumfang zu verlegen, ohne .daß hierdurch die Verteilung des Vnrkammerinhalts auf den- Hauptbrennraum beeinträchtigt wird. Auch wird :durch die geringe- Exzentrizität des Haupt-Brennraumes die Gleichmäßigkeit des weiteren Verbrenriungsablaufes während des. Arbeitshubes der Maschine nicht beeinflußt. Der ringsum verlaufende _= urvertiefte Kolbenhand verhindert, !daß noch unverbrannte Brennstoffreste an; die Zylinderlaufbahnen gelangen und dbrt zu Rückständen Anlaß geben. können.The further provided low eccentricity of the main combustion chamber forming the piston recess to the cylinder axis also enables the prechamber to: this Eccentricity - to be relocated further against the.cylinder circumference, without .that thereby the distribution of the contents of the chamber to the main combustion chamber is impaired. Also: due to the low eccentricity of the main combustion chamber, the evenness of the further combustion process during the working stroke of the machine influenced. The all-round _ = deeply recessed piston hand prevents! That still unburned fuel remains on; the cylinder liners get on and leave residues To give reason. can.

Gleichzeitig wird eine für die Wärmehaltung des Gemisches günstige Gestalt des Hauptbrennraumes . rni: Awgenblick der dortigen Zündung gewährleistet. Der Kolbenrand bewirkt hierbei zugleich infolge seiner-Verdrängerwirkung eine wirksame und gleichmäßige Verwirbelung im der Kolbenmulde.At the same time, one is favorable for the heat retention of the mixture Shape of the main combustion chamber. rni: A preview of the ignition there guaranteed. At the same time, the piston edge has an effective effect due to its displacement effect and even turbulence in the piston bowl.

Obwohl somit jeweils nur verhältnismäßig geringe Exzentrizitäten zwischen Zylinder, Hauptbrennraum und. Kanralmündung sowie nur eine (einer weiteren Exzentrizität gleichkommende) geringe Neigung des Verbindungskanals vorgesehen wird, läßt sich dennoch infolge .der addierenden Wirkung dieser Einzelexzentrizitäten insgesamt eine erhebliche Exzentrizität der Vorkammer zur Zylinderachse ermöglichen. Es können daher unter Beibehaltung der Vorteile einer gleichmäßigen Gemischverteilung auf den Hauptbrennraum genügend große Ventile im Zylinderkopf angeordnet werden.Although only relatively small eccentricities between Cylinder, main combustion chamber and. Canal mouth and only one (another eccentricity equivalent) slight inclination of the connecting channel is provided, can nevertheless as a result of the adding effect of these individual eccentricities overall allow a considerable eccentricity of the prechamber to the cylinder axis. It can therefore while maintaining the advantages of an even mixture distribution the main combustion chamber sufficiently large valves are arranged in the cylinder head.

Es sind zwar auch schon Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden, bei welchen eine Vorkammer. -seitlich und schräg zur Zylinderachse angeordnet in eine Vertiefung des Kolbenbodens mündet. Die Vorkammer befindet sich jedoch in diesem Falle .seitlich außerhalb des Zylinderumfanges und mündet durch einen weiten Kanal derart exzentrisch und schräg in den: Zylinderraum aus, daß eine gleichmäßige Verteilung ges. Brennstoffes auf den Hauptbrennraum nicht in gleichem Maße gewährleistet werden kann. Auch weist weder die Vorkammer eine für die Verbrennungsverhältnisse besonders vorteilhafte Kugelform auf noch wird der Hauptbrennraum durch eine geschlossene, von einem urvertieften Kolbenrand umgebene Kolbenmulde gebildet.Internal combustion engines have also been proposed, in which an antechamber. - arranged laterally and at an angle to the cylinder axis in a recess in the piston head opens. However, the antechamber is located in this one Trap on the side outside the cylinder circumference and opens through a wide channel so eccentrically and obliquely in the: cylinder space that a uniform distribution total Fuel to the main combustion chamber cannot be guaranteed to the same extent can. Neither does the antechamber have a special feature for the combustion conditions advantageous spherical shape, the main combustion chamber is still closed by a closed, Piston bowl surrounded by a deeply recessed piston rim.

Weitere- Einzelheiten der Erfindung-- sind- der nächfol.genden Beschreibung eines. Ausführungsbeispieles zu entnehmen.-Hierbei zeigt ' Fig. i einen Schnitt nach Linie i=i in Fig. 2 und Fig. 2 einen - Schnitt durch den Zylinder (im Grundriß von unten gegen den Zylinderkopf gesehen),.Further details of the invention are to be found in the following description one. Embodiment to be taken. Here 'Fig. I shows a section according to line i = i in Fig. 2 and Fig. 2 a - section through the cylinder (in plan seen from below against the cylinder head).

Der Zylinder .4 einer im übrigen nicht dargestellten Brennkraftm.aschine nimmt den Arbeitskolben 5 auf. Der Kolbenbaden 6 ist mit einer flachen, gegenüber der Achsmitte Ml des Zylinders, etwas exzentrischen Vertiefung oder Mulde 7 mit dem Mittelpunkt M2 versehen.. Im Zylinderkopf 8 befindet sich seitlich zur Zylinderachse ein (etwas kleineres) Auslaßventil 9 und ein (etwas größeres) Einlaßventil io. Auf der von den Ventilen nicht eingenommenen Seite des Zylinderkopfes über dem Zylinderraum ist die kugelförmige, einen Teilbrennraum bildende Vorkammer vi (mit dem Mittelpunkt M4) angeordnet, welche außer an der Stelle einer evtl. vorgesehenen Glühkerze 12 sowie gegebenenfalls an der den Ventilen unmittelbar benachbarten Stelle der " Wandung allseitig von Kühlwasser umflossen ist. Sie steht mit dem im wesentlichen durch die Kolbenmulde 7 gebildeten Hauptbrennraum durch einen Kanal 14 in Verbindung, der durch ein in die Mulde 7 ,des Kolbenbodens hi.neinragemdes Einsatzfutter 13 gebildet wird. Die Längsachse der Kammer i i bzw. des Einsatzfutters ist steil gegen den Kolbenbaden geneigt und bildet mit dem Kolbenboden bzw. mit einer zur Zylinderachse senkrechten Ebene einen Winkel von der Größe a, z. B. zwischen 70 und 85°. Das kolbenseitige Ende 15 des Einsatzfutters 13 ist parallel zum Kolbenboden abgeschnitten und hat in der oberem Kolbentotlage von diesem einen Ab- stand, z. B. derart, daß der kleinste Querschnitt des Ringspaltes gleich dem Querschnitt des Verbindungskanals im Einsatzfutter ist. Doch kann unter besonderen Umständen auch ein größerer oder kleinerer Querschnitt des Ringspaltes gewählt werden.The cylinder .4 of an internal combustion engine, not otherwise shown, receives the working piston 5. The piston bath 6 is provided with a flat, slightly eccentric depression or trough 7 with the center M2 opposite the axis center Ml of the cylinder. In the cylinder head 8 there is a (somewhat smaller) outlet valve 9 and a (somewhat larger) inlet valve to the side of the cylinder axis ok On the side of the cylinder head not occupied by the valves above the cylinder chamber, the spherical pre-chamber vi (with the center point M4) forming a partial combustion chamber is arranged, which apart from the location of a possibly provided glow plug 12 and possibly at the location immediately adjacent to the valves the wall is surrounded on all sides by cooling water. It communicates with the main combustion chamber, which is essentially formed by the piston recess 7, through a channel 14 which is formed by an insert liner 13 protruding into the recess 7 of the piston crown. The longitudinal axis of the chamber ii or the insert chuck is steeply inclined towards the piston bath and forms an angle of size a, e.g. between 70 and 85 ° with the piston head or with a plane perpendicular to the cylinder axis. The piston-side end 15 of the insert chuck 13 is parallel cut off the piston crown and has stood in the upper Kolbentotlage of this a waste, for. example, such that the smallest cross section of the annular gap is equal to the cross section of the connecting channel in the insert chuck. However, under special circumstances, a larger or smaller cross-section of the annular gap can also be selected.

Die Kammer vi, wird auf (der dem Einsatzfutter gegenüberliegenden Seite durch eine gegen die Vorkammer zu schalenförmig ausgebildete Hülse 16 abgeschlossen, in welche die durch eine Ringscheibe 17 gegen die Kammer abgeschirmte Einspritzdüse 18 axial zum Verbindungskanal 14 eingesetzt ist.The chamber vi, is on (the one opposite the insert lining Side closed by a shell 16 designed to be shell-shaped towards the antechamber, in which the injection nozzle shielded from the chamber by an annular disk 17 18 is inserted axially to the connecting channel 14.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, setzt sich diie z. B. ungefähr den halben Zylinderradius betragende Gesamtexzentrizität E des. Mittelpunktes der Vorkammer i i zur Zylinderachse aus. den drei Exzentrizitäten ei, e2, und e3 zusammen, die je für sich nur gering sind. Ml ist hierbei der Mittelpunkt des Zylinderraumes, 312 derjenige der Kolbenmulde, M3 derjenige der Ausmündung des Kanals 14 in den Hauptbrennraum und M4 derjenige der Kammer i i. Wie ersichtlich, liegen ,diese vier Mittelpunkte ungefähr radial hintereinander, so daß sich die Exzentrizitäten im wesentlichen addieren, also E = ei -l- e2 -I- e3. Nur M2 liegt z. B. mit Rücksicht auf das größere Einlaßventil io etwas seitlich zur Geraden Ml-M4 versetzt. Zweckmäßig wird die Exzentrizität e2 mit größerer Schräglage des Verbindungskanals ebenfalls größer, bei steilerer Anordnung desselben jedoch kleiner gewählt.As can be seen from Fig. 2, the z. B. approximately half the cylinder radius total eccentricity E des. Center of the prechamber ii to the cylinder axis. the three eccentricities ei, e2, and e3 together, each of which is only small in itself. Ml is the center point of the cylinder space, 312 that of the piston recess, M3 that of the opening of the channel 14 into the main combustion chamber and M4 that of the chamber i i. As can be seen, these four center points lie approximately radially behind one another, so that the eccentricities essentially add up, i.e. E = ei -l- e2 -I- e3. Only M2 is z. B. with regard to the larger inlet valve io slightly offset to the side of the straight line Ml-M4. The eccentricity e2 is expediently selected to be greater with a greater inclined position of the connecting channel, but is selected to be smaller with a steeper arrangement of the same.

An Stelle eines zusammenhängenden Ringspaltes gleicher Durchtrittshöhe kann gegebenenfalls auch ein ringförmiger Durchtrittsquerschnitt wechselnder Durchtrittshöhe verwendet werden.Instead of a continuous annular gap of the same passage height can optionally also have an annular passage cross-section of varying passage height be used.

Claims

PATENT CLAIM: Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with a arranged in the cylinder head, for. B. spherical antechamber, a main combustion chamber formed by a depression in the piston crown and a connecting duct, between antechamber and main combustion chamber, which, through one so far into the hollow is formed in the Kallbenboden protruding insert that the Muldienboden in its inner dead position with the mouth wall of the insert. forms an annular gap through which the pre-chamber contents are distributed over the main combustion chamber, characterized in that : that the preferably spherical and in a known manner next to the valves eccentrically arranged antechamber with the connecting channel at a steep angle is inclined to the piston head and the connecting channel with only relatively less Eccentricity in the one forming the main combustion chamber, make the same side as that Antechamber arranged eccentrically to the cylinder axis and by a non-recessed edge surrounding, essentially circular, flat piston bowl opens out, whereby (in plan seen) the centers of the cylinder (Ml), piston recess (M2), duct opening (M3) and antechamber (M4) are eccentric to one another in the order mentioned and preferably the eccentricities are dimensioned such that the total eccentricity (E) the prechamber to the cylinder axis is of the order of about half the cylinder radius is equivalent to. Attached publications: Swiss patent specification No. 225 634.