DE941525C

DE941525C - Internal combustion engine with a divided combustion chamber

Info

Publication number: DE941525C
Application number: DEC5136A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Hugo Cordes
Original assignee: HUGO CORDES DIPL ING
Current assignee: HUGO CORDES DIPL ING
Priority date: 1951-12-22
Filing date: 1951-12-22
Publication date: 1956-04-12

Description

Brennkraftmaschine mit abgeteilter Brennkammer Die Erfindung bezieht sich auf luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen mit Selbstzündung und abgeteilter Brennkammer, die in der inneren Totpunktstellung des Arbeitskolbens praktisch die gesamte Verbrennungsluft aufnimmt und deren Öffnung zumZylinderraum durch einen amArbeitskolben angeordneten Verdrängerzapfen verengt wind, der in der inneren Totpunktstellung des Arbeitskolbens einen Ringspalt von geringer Weite offenläßt.Internal combustion engine with divided combustion chamber The invention relates on air-compressing injection internal combustion engines with compression ignition and split Combustion chamber, which in the inner dead center position of the working piston is practically the absorbs all combustion air and its opening to the cylinder space through a The displacement pin arranged on the working piston is narrowed, and that in the inner dead center position of the working piston leaves an annular gap of small width open.

Die Erfindung erstrebt, abweichend von bekannten Maschinen dieser Art, die Brennkammer während der Brennzeit so kräftig gegen den Zylinderraum abzuschirmen, daß ein erheblicher Druckunterschied zwischen beiden Räumen entsteht. Die Hauptverbrennung und der Höchstdruck sollen also nicht im Zylinderraum, sondern nur in der Brennkammer auftreten, wodurch hohe Verbrennungsdrücke ohne zusätzliche Beanspruchung des Triebwerks und ohne erhöhte Lagerreibung sowie erhöhte Temperaturen ohne Beanspruchung des Schmieröls an den Zylinderwandungen möglich sind. Außer durch hohe Drücke und Temperaturen soll .die Brenndauer noch dadurch verkürzt werden, daß sich der Rauminhalt der Brennkammer während der Hawptbrennzeit in wesentlich geringerem Maße vergrößert als der Rauminhalt des Zylinderraumes. Durch Behinderung des Gasabflusses während -der Brennzeit soll der Kammerdruck hoch gehalten und das Ende der Verbrennung in der Brennkammer schnell erreicht werden, so daß erhöhte Drehzahlen möglich sind.The invention seeks to deviate from known machines this Way of shielding the combustion chamber so strongly from the cylinder space during the burning time, that there is a considerable pressure difference between the two spaces. The main burn and the maximum pressure should not be in the cylinder chamber, but only in the combustion chamber occur, resulting in high combustion pressures without additional stress on the engine and without increased bearing friction and increased temperatures without stressing the Lubricating oil on the cylinder walls are possible. Except through high pressures and temperatures should .the burning time be shortened by the fact that the volume of the combustion chamber during the Hawpt burning time it was enlarged to a much lesser extent than the volume of the room of the cylinder space. By obstructing the flow of gas during the burning time the chamber pressure is kept high and the end of combustion in the combustion chamber quickly can be achieved so that increased speeds are possible.

Um die Spaltweite zwisdhen Brennkammer und Verdrängerzapfen so gering zu halten, wie mit Rücksicht auf das Kolbenspiel zulässig ist, und um diese Spaltweite auch bei ansteigenden Temperaturen etwa konstant zu 'halten, ist eine an sich bekannte Brennkammerhülle, -die vom Zylinderkopf durch einen abgeschlossenen Isolierraum getrennt ist, erfindungsgemäß in kegelig.en Bohrungen, deren Kegelspitzen sich in Brennraümmitte etwa berühren, im Zylinderkopf befestigt. Dadurch ist eine metallische Berührung der Brennlzammerhülle mit den übrigen Maschinenteilen nur an kegeligen Ringflächen vorhanden. Die Brerm@leammerhülle kann sich, von einem gedachten Mittelpunkt ausgehend, überall radial ausdehnen, ohne daß die Abdichtung am Zylinderkopf undicht wird. Sie kann sich dadurch Temperaturunterschieden anpassen, ohne locker zu werden.So small by the gap between the combustion chamber and the displacement pin to hold, as is permissible with regard to the piston play, and to this gap width even with rising temperatures to hold about constant is a combustion chamber shell known per se, which is closed off from the cylinder head by a Isolierraum is separated, according to the invention in kegelig.en bores, their conical tips approximately touch in the middle of the combustion chamber, fixed in the cylinder head. This is a metallic contact of the firing chamber cover with the other machine parts only present on conical ring surfaces. The Brerm @ leammer cover can, from one starting from the imaginary center, expand radially everywhere without affecting the seal the cylinder head is leaking. It can thus adapt to temperature differences, without loosening up.

Weiter ist auch der Verdrängerzapfen in eine kegelige Bohrung im Kolben eingesetzt .und von einer Halterung, -die bei Temperaturveränderungen fest bleibt, gehalten, so @daß die Spaltweite zwischen Verdrängerzapfen und Brennkammer bei deren Er-. wärmung annähernd konstant bleibt. Es ist zwar bekannt, den Verdrängerzapfen gegen den Kolben zu isolieren, doch wird bei bekanntenAusführungen nicht vermieden, daß sich der Zapfen bei Erwärmung lockern kann.The displacer pin is also in a tapered bore in the piston inserted. and from a bracket that remains fixed in the event of temperature changes, held so @ that the gap between the displacer pin and the combustion chamber in their He-. warming remains almost constant. It is known, the displacer pin to insulate against the piston, but is not avoided in known designs, that the pin can loosen when heated.

Weiter wird erfindungsgemäß der Brennstoff auf die Stirnfläche des Verdrängerzapfens aufgespritzt und die Aufspritzfläche als Teil der Innenfläche einer Hohlkugel ausgebildet, deren Mittelpunkt etwa am Einspritzdüsenaustritt liegt. Die hohlkugelige Aufspritzflädhe bewirkt, daß eine gleichmäßige Verteilung des Brennstoffes nach allen Seiten erreicht wird, auch wenn der Brennstoffstrahl nicht genau auf die Mitte der Aufspritzflächetrifft.Next, according to the invention, the fuel is applied to the face of the Displacer pin sprayed on and the spray surface as part of the inner surface a hollow sphere, the center of which is approximately at the injection nozzle outlet. The hollow-spherical spray flap ensures that the fuel is evenly distributed is reached in all directions, even if the fuel jet is not exactly on hits the center of the spray surface.

Um .die Strömungsverluste möglichst gering zu halten, hat der Verdrängerzapfen nur eine solche Höbe, daß er aus der Öffnung der Brennkammer dann austritt, wenn -die Verbrennung in der Brennkammer etwa beendet ist. Eine kräftige Abschirmung läßt sich bei hoher Drehzahl und einem Verdrängerzapfen erreichen,' dessen Durchmesser zwischen etwa 1/4 und 1/s des Kolbendurchmessers beträgt, wobei. im Spalt Überströmgeschwindigkeiten nahe der Schallgesch-,vindigkeit entstehen.In order to keep the flow losses as low as possible, the displacement pin has only such a height that it then emerges from the opening of the combustion chamber when -The combustion in the combustion chamber is about to end. A strong shield can be achieved at high speed and a displacement pin, 'whose diameter is between about 1/4 and 1 / s of the piston diameter, where. overflow velocities in the gap near the speed of sound.

Vom oberen Totpunkt ausgehend, kann sich der Ringspalt bei der Kolbenbewegung allmählich erweitern, was in bekannter Weise durch kegelige Gestaltung der Öffnung zur Brennkammer erreicht werden kann. Dadurch soll das Vierströmen zwischen den beiden Räumen in jeder Kolbenstellung nur ,so stark behindert werden, wie zur Erzielung der gewünschten Druckdifferenz erforderlich ist. Der veränderliche Spaltquerschnitt soll der zugehörigen Kolbengeschwindigkeit angepaßt sein und den Druckausgleich zwischen Brennkammer und Zylinderraum nach Austritt des Verdrängerzapfens vorbereiten. Wenn die volle Öffnung zur Brennkammer frei wird, soll sich eine Angleichung der Drücke schnell einstellen, wodurch für den Kolben eine zweite Druckspitze entstehen kann, wenn nicht durch entsprechende Bemessung des Spaltquerschnitts bis zu diesem Zeitpunkt ein etwa gleichbleibender Kolbendruck erreicht wird. Die Verdichturigarbeit erhöht sich zwar durch die Arbeit für das Überschieben .der Luft in den Brennraum, doch erlaubt die Veränderlichkeit der Öffnung, den jeweiligen Durcbtrittsquerschnitt so zu tbemessen, daß merkliche Strömungsverluste nur in der Nähe des oberen Totpunktes und nur insoweit eintreten, wie Strömung zum Zwecke der Gemischbildung und eine Drosselung zum Abschirmen =des Zylinderraums notwendig ist. Auch ist das Anlassen durch die veränderliche Öffnungsweite leicht, da große Luftmengeh ohne starke Drosselung in die Brennkammer eintreten können.Starting from the top dead center, the annular gap can expand during the piston movement Gradually expand what in a known manner by conical design of the opening can be reached to the combustion chamber. Thereby the four streams between the both spaces in each piston position are only hindered as much as to achieve the desired pressure difference is required. The variable gap cross-section should be adapted to the associated piston speed and the pressure equalization Prepare between the combustion chamber and the cylinder space after the displacer pin exits. When the full opening to the combustion chamber becomes free, the Adjust pressures quickly, which creates a second pressure spike for the piston can, if not by appropriate dimensioning of the gap cross-section up to this Time an approximately constant piston pressure is reached. The compression work increases through the work for pushing the air into the combustion chamber, but the variability of the opening allows the respective passage cross-section to be dimensioned so that noticeable flow losses only in the vicinity of the top dead center and only occur insofar as flow for the purpose of mixture formation and a Throttling for shielding = the cylinder space is necessary. Also is the tempering easy due to the variable opening width, as there is a large amount of air without strong throttling can enter the combustion chamber.

Die Höchsttemperaturen sollen ebenso wie die Höchstdrücke nur in der Brennkammer entstehen und ein 'hohes Temperaturgefälle und dadurch gute Ausnutzung--,des Brennstoffes erlauben. Deshalb sollen Brennkammerhüll.e und Verdrängerzapfen vorzugsweise aus hochhitzebeständigem Material bestehen, wie für Verbrennungsturbinen entwickelt. Auch sollen diese Teile möglichst dünnwandig ausgebildet sein, !damit sie sich infolge geringer Masse beim Anlassen schnell erwärmen. Sie sollen nicht gekühlt, sondern von den übrigen Maschinenteilen durch Luftschichten, Asbest, Kieseigurpulver od. dgl. gut isoliert sein. Zum Schutz gegen die Strahlung können reflektierende Überzüge an den umgebenden Teilen angebracht werden. Brennkammer und Zapfen werden sich dann im Betrieb bis auf Glühtemperatur erwärmen, was einerseits zwecks Vorwärmung der Brennluft durch die Wandungen, andererseits zwecks Unempfindlichkeit gegen den Kraftstoff ähnlich wie bei einem Glühkopfmotor erwünscht ist.The maximum temperatures, like the maximum pressures, should only be in the Combustion chamber and a 'high temperature gradient and thus good utilization -, des Allow fuel. Therefore, the combustion chamber cover and displacement pin should be preferred consist of highly heat-resistant material, as developed for combustion turbines. These parts should also be made as thin-walled as possible, so that they can move as a result heat the small amount quickly when tempering. They are not supposed to be chilled, but from the other machine parts through layers of air, asbestos, Kieseigurpulver od. be well insulated. Reflective coatings can be used to protect against radiation attached to the surrounding parts. The combustion chamber and peg will then move heat up to the annealing temperature during operation, which on the one hand serves to preheat the Combustion air through the walls, on the other hand for the purpose of insensitivity to the fuel similar to what is desired in a hot-head motor.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar in einem Längsschnitt durch den Kolben und die Brennkammer, wobei sich der Kolben im' oberen Totpunkt befindet. In den Kolben i ist ein Verdrängerzapfen 2 eingesetzt und mit einer Druckschraube 3 in einer konischen Bohrung gehalten. Der Zapfen ist durch. eine wärmedämmende Füllung 4 gegen die Druckschraube 3 isoliert. Bei Erwärmung dehnt sich der Zapfen 2 und wird durch die kegelige Bohrung in den Kolben `hineingezogen. Der Kegelwinkel wird. so gewählt, daß die Füllung 4 dabei weder locker noch, zusätzlich gepreßt wird.. .In the drawing, the invention is shown, for example, and although in a longitudinal section through the piston and the combustion chamber, the Piston is in 'top dead center. A displacement pin 2 is located in the piston i inserted and held with a pressure screw 3 in a conical bore. Of the The cone is through. a heat-insulating filling 4 isolated from the pressure screw 3. When heated, the pin 2 expands and is through the tapered hole in the Piston `pulled in. The cone angle becomes. chosen so that the filling 4 thereby neither loosely nor, additionally, is pressed ...

Der Verdrängerzapfen 2 paßt in die Öffnung zur Brennkammer 5,-die von der Brennkammerhülle 6 urnsdhlossen wird. Diese Hülle ist mit zwei Spreizringen 7 und 8 im Zylinderkopf befestigt. Die Spreizringe sitzen in kegeligen Bohrungen io und i i. Die Neigung der beiden Kegel ist so, daß sich ihre Spitzen etwa berühren. Die Spreizringe 7 und S können eingesetzt werden, indem die Hülle .6 gegen den Zylinderkopf 9 axial verschoben wird. Danach wird der Schraubdeckel 12 mit der Mutter 13 oder .auf andere Weise nach oben festgezogen, so daß die Brennkammerhülle im Zylinderkopf festsitzt. Die Mutter 13 wird, am Zylinderkopf festgesetzt. Durch die kegeligen Bohrungen kann sich die Hülle 6 bei Erwärmung dehnen und wieder zusammenzi6hen, ohne daß die Abdichtung an den Spreizringen 7 und 8 locker wird. Die Brennkammerhülle 6 kann durch :eine Füllung wärmedämmenden Materials im Raum 16 gegen den Zylinderkopf 9 isoliert sein.The displacement pin 2 fits into the opening to the combustion chamber 5, -die is enclosed by the combustion chamber shell 6. This cover has two expanding rings 7 and 8 fixed in the cylinder head. The expansion rings sit in tapered bores io and i i. The inclination of the two cones is such that their tips roughly touch. The expansion rings 7 and S can be used by the sleeve .6 against the cylinder head 9 is shifted axially. Then the screw cap 12 with the nut 13 or .tightened up in another way so that the combustion chamber shell is in the cylinder head stuck. The nut 13 is fixed on the cylinder head. Through the conical Bores, the shell 6 can expand and contract again when heated, without the seal on the expansion rings 7 and 8 becoming loose. The combustion chamber shell 6th can by: a filling of heat insulating material in space 16 against the cylinder head 9 be isolated.

Die Brennstoffdüse 14 ist -durch Schrauben 15 oder andere Spannelemente mit dem Schraubring 12 oder mit dem Zylinderkopf 9 verbunden. Auch hier soll die konische Bohrung Undichtwerden bei Erwärmung ausschließen. Der Brennstoffstrahl 17 trifft auf die Stirnfläche 18 des Verdrängerzapfens 2 auf und wird von :dieser nach den Seiten abgelenkt. Die Stirnfläche 18 ist vorzugsweise hohlkugelig ausgebildet, so daß alle Brennstoffstrahlen auf senkrechte Flächen auftreffen und gleichmäßig rundum verteilt werden.The fuel nozzle 14 is -by screws 15 or other clamping elements connected to the screw ring 12 or to the cylinder head 9. Here too the Conical bore Exclude leaks when heated. The fuel jet 17 meets the end face 18 of the displacement pin 2 and is of: this distracted to the sides. The end face 18 is preferably designed as a hollow sphere, so that all fuel jets hit vertical surfaces and evenly be distributed all around.

Die Bohrung in der Brennkammer 5 ist etwas größer als der Außendurchmesser des Ver:drängerzapfens 2, und zwar soll :die Spaltweite so groß bemessen sein, daß eine Berührung zwischen Verdrängerzapfen 2' und Brennkammerhülle 6 auch dann nicht eintritt, wenn der Kolben bis zur höchstzulässigen Grenze abgenutzt ist. Unterhalb der engsten Stelle ist die Bohrung in der Brennkammer vorzugsweise kegelig erweitert.The bore in the combustion chamber 5 is slightly larger than the outer diameter des Ver: drängerzapfens 2, namely: the gap should be dimensioned so large that a contact between the displacement pin 2 'and the combustion chamber shell 6 is not even then occurs when the piston is worn to the maximum allowable limit. Below At the narrowest point, the bore in the combustion chamber is preferably widened conically.

Die Erfindung kann bei Zweitakt- oder bei Viertaktmotoren angewendet werden. Bei ventilgesteuerten Motoren kann es zweckmäßig sein, die Brennkammer nicht in .der Zylinderachse, sondern seitlich versetzt anzuordnen.The invention can be applied to two-stroke or four-stroke engines will. In the case of valve-controlled engines, it may be useful not to use the combustion chamber in the cylinder axis, but to be offset laterally.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Air-compressing injection engine with Auto-ignition and separated combustion chamber, which are in the inner dead center position: des Working piston takes up practically all of the combustion air and its opening constricted to the cylinder chamber by a displacement pin arranged on the working piston is, which in the inner dead center position of the working piston has an annular gap of leaves open as small a width as is permissible with regard to the piston play, and which has such a height that it emerges from the combustion chamber opening <tann, when the combustion in, the combustion chamber has ended, characterized by @ that a well-known combustion chamber shell (6), which is closed off from the cylinder head by a Isolierraum is separated, in conical bores, the cone tips are in the middle of the combustion chamber approximately touch, is fixed in the cylinder head and that the displacement pin (2) in a tapered bore in the piston (i) is inserted and from a bracket that remains fixed with temperature changes, is held so that the gap width between Displacement pin (2) and combustion chamber (5) almost constant when they are heated remain.

2. Injection internal combustion engine according to claim i, in which the fuel is sprayed onto the end face of the displacement pin, characterized in that the end face (18) ides displacement pin. (2) is formed in a manner known per se as part of the inner surface of a hollow sphere and that its center is approximately where the fuel enters .die combustion chamber (5). Attached publications: German Patent Nos. 250 216, 393 657, 52 1 0 72, 296 729, 536 59-2, 705 404, 740 150, 380 538, 650 570, 478 93o, 624 727, 822 452, 359 002, 359 003 Austrian patent specification No. 143 553; . USA. Patent Nos 1,691,173, 1,691,174, 2,511,992, 1,524,894; Swedish Patent No. 52,433; Dutch Patent No. 15,08o; French Patent No. 765 085; Swiss patent specification No. 225 634.