DE953293C

DE953293C - Mixture-compressing, self-igniting internal combustion engine

Info

Publication number: DE953293C
Application number: DET8339A
Authority: DE
Original assignee: DIESEL ENGINE Co OF TEXAS
Current assignee: DIESEL ENGINE Co OF TEXAS
Priority date: 1953-09-06
Filing date: 1953-09-06
Publication date: 1956-11-29

Description

Gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine Der Gegenstand der Erfindung ist eine gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bei welcher der Kompressionsraum beim Starten klein gehalten wird und sich beim Betrieb der Maschine durch die Erhöhung der Zylindertemperatur und die dadurch bedingte Ausdehnung von Teilen der Maschine vergrößert. Man erreichte dies bisher dadurch, daß man über einen Thermostat oder ein anderes Regelorgan ein Abschlußorgan steuerte, welches im. gegebenen Fall eine Vorkammer dem Kompressionsraum zu- oder abschaltete. Es wurde in jedem Fall eine Vorkammer benötigt, die über enge Spalte mit dem Zylinderraum verbunden ist. Abgesehen davon, daß solche Anordnungen nur bei Dieselmotoren besonderer Bauart anwendbar waren, müßte, wenn der Kompressionsenddruck in der Vorkammer bzw. im Zylinderhauptraum sich je nach den Temperaturbedingungen des Motors ändern soll, zwischen dem Raum, in welchem die Druckänderungen erreicht werden sollen, und dem zugeschalteten Nebenraum eine intensive Luftbewegung erfolgen. Eine solche Luftbewegung über enge Spalte ist infolge starker Drosselwirkung sehr eingeschränkt. In dem zugeschalteten Nebenraum baut sich vielmehr ein mittlerer Druck auf, der die gewollte Druckerhöhung oder Druckmirnderung im Zylinderhauptraumoder in der Vorkammer kaum noch wirksam werden läßt.Mixture-compressing, self-igniting internal combustion engine The object the invention is a mixture-compressing, self-igniting internal combustion engine which the compression space is kept small when starting and during operation of the machine by increasing the cylinder temperature and the resulting Expansion of parts of the machine increased. So far this has been achieved by that a closing device was controlled via a thermostat or some other regulating device, which in. If necessary, an antechamber switched on or off the compression space. In each case, an antechamber was required, which had a narrow gap with the cylinder space connected is. Apart from the fact that such arrangements are only special for diesel engines Design were applicable, would have to if the final compression pressure in the antechamber or should change in the main cylinder space depending on the temperature conditions of the engine, between the space in which the pressure changes are to be achieved and the An intensive air movement occurs when the adjoining room is switched on. Such a movement of air over narrow gaps is very limited due to the strong throttling effect. In the connected Rather, a medium pressure builds up in the adjoining room, resulting in the desired pressure increase or pressure change in the main cylinder space or in the prechamber hardly effective can be.

Diese Mängel werden durch den Erfindungsgegenstand behoben. Der Brennraum wird vielmehr über seinen gesamten Querschnitt vergrößert oder verkleinert, wobei Drosselungsverluste vermieden sind. Erfindungsgemäß ist im Zylinderkopf ein Hilfskolben geführt, wobei beide Teile aus Werkstoffen verschiedener Wärmeausdehnungszahl bestehen, so daß infolge der verschiedenen Wärmeausdehnung bei niedriger Zylindertemperatur ein gegenseitiges Verklemmen der beiden Teile zum Zwecke der Erhaltung eines kleinen Brennraumes, aber nach Erreichen einer erhöhten Zylindertemperatur ein Lösen der Verklemmung erfolgt und sich der Brennraum durch den auf den Hilfskolben einwirkenden Verbrennungsdruck selbsttätig vergrößert.These deficiencies are remedied by the subject matter of the invention. The combustion chamber is rather enlarged or over its entire cross section downsized, whereby throttling losses are avoided. According to the invention is a in the cylinder head Auxiliary piston guided, with both parts made of materials with different coefficients of thermal expansion exist, so that due to the different thermal expansion at low cylinder temperature a mutual jamming of the two parts for the purpose of maintaining a small one Combustion chamber, but after reaching an increased cylinder temperature a release of the Jamming takes place and the combustion chamber is opened up by the action acting on the auxiliary piston Combustion pressure increases automatically.

Gegebenenfalls kann der Hilfskolben auch durch einen kegeligen Stopfen ersetzt werden, für welchen im Zylinderkopf ein entsprechend kegeliger Sitz vorgesehen-ist, so daß sich bei der verschiedenen Wärmeausdehnung beider Teile die Axiallage des Stopfens in seinem Sitz verändert.If necessary, the auxiliary piston can also be replaced by a conical stopper be replaced, for which a correspondingly tapered seat is provided in the cylinder head, so that the axial position of the Plug changed in its seat.

In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in beispielsweiserAusführungsform zur Darstellung gebracht, und zwar zeigen Fig. i und 2 ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung mit einem Hilfskolben im Zylinderkopf und Fig. 3 und ,4 eine andere Ausführungsform, wobei an Stelle des Hilfskolbens ein kegeliger Stopfen im Zylinderkopf angeordnet ist.In the drawings, the subject matter of the invention is shown in an exemplary embodiment brought to the representation, namely Fig. i and 2 show an embodiment of the Device with an auxiliary piston in the cylinder head and Fig. 3 and, 4 another Embodiment, wherein instead of the auxiliary piston, a conical plug in the cylinder head is arranged.

Bei der Ausführungsform der Einrichtung nach den Fig. i und 2 sitzt auf dem Zylinder i, in welchem der Kolben 2 arbeitet, ein Zylinderkopf 3. In diesem ist gegenüber dem Zylinderinnenraum in einer zylindrischen Bohrung 4 bzw. 5 ein Kolbeil 6 bzw. 7 axial verschiebbar geführt. Eine sich gegen den Deckel 8 abstützende Druckfeder 9 ist bestrebt, den Kolben 6, 7 nach unten zu drücken.In the embodiment of the device according to FIGS. I and 2 is seated on the cylinder i, in which the piston 2 works, a cylinder head 3. In this is opposite the cylinder interior in a cylindrical bore 4 and 5, respectively Piston part 6 or 7 guided axially displaceably. One against the cover 8 is supported The compression spring 9 tries to push the piston 6, 7 downwards.

Erfindungsgemäß besteht der Kolben 7 aus einem Material mit sehr geringer Wärmeausdehnun:gszahl, wohingegen der Zylinderkopf 3 aus einem Material gebildet ist, welches eine sehr hohe Wärmeausdehnungszahl aufweist. An seinem Boden weist der Kolbenteil ? einen halbkugelförmigen Verbrennungsraum io auf, während im Deckel 8 eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Durchbohrung i i und auf der Oberseite des Kolbenteiles 6 ein Wulstring 12 vorgesehen sind.According to the invention, the piston 7 consists of a material with very little Thermal expansion number, whereas the cylinder head 3 is made of one material is, which has a very high coefficient of thermal expansion. Point at its bottom the piston part? a hemispherical combustion chamber io, while in the lid 8 a through-hole i i and on the upper side which is in communication with the outside air of the piston part 6, a bead ring 12 are provided.

Die Passungen des Stufenkolbens 6, 7 in seiner Führung 4, 5 bzw. die Wärmeausdehnungszahlen von Stufenkolben und Zylinderkopf sind so gewählt, daß durch Schrumpfungen des Zylinderkopfes 3 der Kolbenteil 6 in seiner unteren Stellung, in die er durch die Druckfeder 9 geführt wurde, zunächst festgehalten wird. Die Verklemmung löst sich erst etwa bei einer Temperatur von über 1001 C, d. h. also, daß beim Anlassen der kalten Maschine der kleinstmögliche Verbrennungsraum gebildet wird. Die Maschine kann in diesem Zustand mühelos angelassen werden. Bei zunehmender Betriebswärme erfolgt einAusdehnen des Zylinderkopfes und damit eine Freigabe des Stufenkolbens 6, 7, der unter der Einwirkung des Verbrennungsdruckes in seine obere Endstellung wandert, so daß damit der im Zylinder für die Kompression zur Verfügung stehende Raum erheblich vergrößert wird.The fits of the stepped piston 6, 7 in its guide 4, 5 or the coefficients of thermal expansion of the stepped piston and cylinder head are chosen so that, due to shrinkage of the cylinder head 3, the piston part 6 in its lower position, into which it was guided by the compression spring 9, initially is being held. The jamming is only released at a temperature of over 1001 C, which means that the smallest possible combustion chamber is formed when the cold engine is started. The machine can easily be started in this state. As the operating temperature increases, the cylinder head expands and the stepped piston 6, 7 is released, which moves to its upper end position under the effect of the combustion pressure, so that the space available in the cylinder for compression is considerably increased.

Zweckmäßig ist es, dem größeren Teil 6 des Stufenkolbens und dem Raum 4, in welchem dieser arbeitet, eine nach oben hin sich erweiternde schwach konische Form zu geben, damit sich der Stufenkolben beim Lösen der Schrumpfung sofort frei bewegen kann.It is useful to the larger part 6 of the stepped piston and the space 4, in which it works, a slightly conical one that widens towards the top To give shape so that the stepped piston is immediately free when the shrinkage is loosened can move.

Beim Gaswechsel wird ein Zurückschnellen des Stufenkolbens unter der Wirkung der Feder 9 verhindert, weil sich unterhalb des Kolbenteiles 6 in dem Zylinder 4 Luft- bzw. Verbrennungsgase ansammeln und sich in diesem Raum ein Verbrennungsdruck aufbaut, der das plötzliche Zurückschnellen verhindert.When changing gas, the stepped piston will snap back under the Effect of the spring 9 prevented, because below the piston part 6 in the cylinder 4 air or combustion gases collect and a combustion pressure builds up in this space builds up, which prevents the sudden rebound.

Der Ringwulst 12, der sich in der oberen Endstellung des Kolbens gegen die Innenseite des Deckels 8 anlegt, verhindert zunächst ein Entweichen der in dem Zylinderraum 4 enthaltenen Gase und ein Nachlassen dieses Druckes.The annular bead 12, which is in the upper end position of the piston against the inside of the cover 8 is applied, initially prevents the escape in the Cylinder chamber 4 contained gases and a decrease in this pressure.

Nach dem Abstellen des Motors entweicht der Gasdruck aus dem Zylinderraum 4, so daß der Kolben 7 unter der Einwirkung der Feder 9 wieder den kleinstmöglichen Verbrennungsraum einstellen kann.After the engine has been switched off, the gas pressure escapes from the cylinder chamber 4, so that the piston 7 is again the smallest possible under the action of the spring 9 Can adjust combustion chamber.

Um zu verhindern, daß sich beim Betrieb Ölkohle an den Wandungen des Zylinders 5 für den Kolbenteil ? ablagert, die ein Verklemmen des Kolbens zur Folge hätten, kann der Zylinder 5 eine nach dem Arbeitszylinder i zu offene Ausdrehung aufweisen.In order to prevent oil carbon from settling on the walls of the during operation Cylinder 5 for the piston part? deposits, which result in a jamming of the piston the cylinder 5 can have a recess that is too open after the working cylinder i exhibit.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. #-:, -aid 4 sitzt auf dem Zylinder i', in dem der Kolben :2' arbeitet, ein Zylinderkopf 3', der aus einem Material mit sehr geringer Wärmeausdehnungszahl besteht.In the embodiment according to FIGS. # - :, -aid 4 sits on the cylinder i ', in which the piston: 2' works, a cylinder head 3 'made of one material with a very low coefficient of thermal expansion.

In seinem Innern weist der Zylinderkopf 3' eine sich nach oben erweiternde kegelige Ausdehnung 13' auf, in welcher ein entsprechend kegeliger Stopfen 14 eingesetzt ist. Mit Hilfe eines vorstehenden Bundes 15 legt sich der Stopfen 14 auf ,eine durch eine Augdrehung 16 im Zylinderkopf 3' gebildete Schulter auf. . Andererseits bildet der Stopfen 14 den Sitz für eine Druckfeder 17, die sich gegen eine Abdeckplatte a8 anlegt.In its interior, the cylinder head 3 'has an upwardly widening conical extension 13' in which a correspondingly conical plug 14 is inserted. With the help of a protruding collar 15, the plug 14 rests on a shoulder formed by an eyebolt 16 in the cylinder head 3 '. . On the other hand, the plug 14 forms the seat for a compression spring 17 which rests against a cover plate a8.

Der kegelige Stopfen 14 besteht aus einem Material mit einer relativ hohen Wärmeausdehnungszahl.The conical stopper 14 is made of a material with a relative high coefficient of thermal expansion.

In seiner unteren Endstellung gemäß Fig.3 bildet der Stopfen 14 den kleinsten Verbrennungsraum. In dieser Stellung wird er im kalten Zustand des Motors durch die Druckfeder 17 gehalten. Wird in diesem Zustand -der Motor kalt angelassen, so wirkt während einiger Hübe der Stopfen 14 als Rückschlagventil für den durch die Ausdrehung 16 gebildeten Raum. Ist die Aufladung dieses Raumes so weit gesteigert, da$ bei einem bestimmten Verdichtungsverhältnis die Selbstzündtemperatur überschritten wird, so läuft der Motor an. Bei der nun folgenden Erwärmung dehnt sich der kegelige Stopfen 14 sehr schnell aus. Er kann infolgedessen nicht mehr so tief in seinen Sitz 13' hineintreten, d. h., es wird automatisch ein größerer Verdichtungsraum eingestellt, wie dies etwa Fig.4 zeigt.In its lower end position according to FIG. 3, the plug 14 forms the smallest combustion chamber. In this position it is held in the cold condition of the engine 1 by the compression spring. 7 If the engine is started cold in this state, the plug 14 acts as a check valve for the space formed by the recess 16 for a few strokes. If the charge in this space is increased to such an extent that the auto-ignition temperature is exceeded at a certain compression ratio, the engine starts up. During the heating that now follows, the conical plug 14 expands very quickly. As a result, he can no longer step so deep into his seat 13 ', that is, a larger compression space is automatically set, as shown for example in FIG.

Ein Festklemmen des Stopfens 14 wird dadurch vermieden, daß durch die rasche Folge der Druckspitzen während der Verbrennung der Stopfen 14 ganz leicht angelüftet wird. Der oberhalb des Stopfens sich in dem Raum 16 bildende Druck kann durch ein nicht dargestelltes, im Deckel 18 vorgesehenes Überströmventil genau eingestellt werden, und zwar so weit, daß durch den größtmöglichen Spitzendruck der Stopfen gerade noch leicht angehoben wird. Nach dem Erkalten des Motors stellt sich automatisch unter der Wirkung der Druckfeder 17 der kleinstmögliche Verbrennungsraum wieder ein.A jamming of the plug 14 is avoided that by the rapid result of the pressure peaks during the combustion of the plug 14 is very easy is lifted. The pressure developing in the space 16 above the plug can precisely adjusted by an overflow valve (not shown) provided in the cover 18 to the extent that the plug is exposed to the greatest possible peak pressure is just raised slightly. After the engine has cooled down, it turns itself on automatically the smallest possible combustion chamber again under the action of the compression spring 17 a.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Mixture compressing, self-igniting internal combustion engine, in which the compression space is kept small when starting and when Operation of the machine by increasing the cylinder temperature and the resulting Expansion of parts of the machine enlarged, characterized in that in the cylinder head (3) an auxiliary piston (6, 7) is guided and both parts are made of different materials Thermal expansion coefficients exist, so that as a result of the different thermal expansion at a low cylinder temperature a mutual jamming of the two parts Purpose of maintaining a small combustion chamber, but after reaching an increased one Cylinder temperature, the jamming is released and the combustion chamber penetrates the combustion pressure acting on the auxiliary piston (6, 7) automatically increases. z. Mixture-compressing, self-igniting internal combustion engine according to claim i, characterized in that characterized in that the auxiliary piston (6, 7) is replaced by a conical plug (14) and a correspondingly conical seat is provided in the cylinder head (3 ') for this, so that with the different thermal expansion of the two parts, the axial position of the conical Plug (r4) changed in its seat. Publications considered: German Patent No. 4961o3; British Patent No. 428 5o6.