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Publication number: DEM0023473MA
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 19. Juni 1954 Bekannn.tgem.acht am 30. August 1956Registration date: June 19, 1954 Announcement made on August 30, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende, luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen mit einem im Kolben untergebrachten Verbrennungsraum. Derartige Maschinen weisen günstigen Brennstoffverbrauch und gutes Startverhalten auf, besitzen aber gegenüber Motoren mit abgeteiltem Verbrennungsraum (Vorkammer, Wirbelkammer) den Nachteil einer größeren Geräuschbildung. Das Geräusch ist besonders im Leerlauf stark hörbar und wird in der Fachsprache als »Nageln« bezeichnet. Man hat erkannt, daß die Größe des Zündverzugs bestimmend ist für das Auftreten des Nageins und daß es zur Vermeidung desselben notwendig ist, die Menge des während des Zündverzuges durch Verdampfung zündreif gewordenen Brennstoffes zu verkleinern, d. h. den Zündverzug klein zu halten. Dieses möglichst frühzeitige Zünden des Brennstoffes kann man erreichen, indem man den Brennstoffstrahl eine sogenannte Aufbereitungsstrecke passieren läßt, wo er durch die Berührung mit heißen Brennraumwandungen oder Einsätzen verdampft und damit zündfähig wird. Für Vorkammermaschinen sind derartige Einsätze, die sich innerhalb der A^orkammer oder an ihrem Austritt befinden können, in verschiedenen Ausführungen vorgeschlagen worden. Mit diesen Ein-The invention relates to self-igniting, air-compressing injection internal combustion engines with a combustion chamber housed in the piston. Such machines have favorable Fuel consumption and good starting behavior, but have compared to engines with separate Combustion chamber (antechamber, vortex chamber) has the disadvantage of greater noise generation. The Noise is particularly audible when idling and is referred to as “nailing” in technical terms. It has been recognized that the size of the ignition delay is decisive for the occurrence of the Nageins and that it is necessary to avoid the same, the amount of during the ignition delay to reduce the size of fuel which has become ready to ignite through evaporation, d. H. the ignition delay to keep it small. This ignition of the fuel as early as possible can be achieved by one lets the fuel jet pass a so-called processing section, where it passes through the Contact with hot combustion chamber walls or inserts evaporates and thus becomes ignitable. For antechamber machines are such inserts, which are located within the A ^ orkammer or on their Outlet can be located, have been proposed in various designs. With these

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sätzen war es möglich, das Leerlaufnageln bei Vorkammermaschinen erheblich zu verringern. Für Motoren mit Kolbenbrennraum gibt es jedoch noch keine brauchbare Lösung einer Anordnung einesIt was possible to set the idle nailing in antechamber machines to decrease significantly. For engines with piston combustion chambers, however, there is still no useful solution to an arrangement of one

■;'S Einsatzes zur Verhinderung des Nageln«, da hier die Verhältnisse, welche die Anbringung eines Einsatzes gestatten, wesentlich ungünstiger sind, und zwar aus folgenden Gründen:■; 's Use to Prevent Nailing «as here the conditions which allow an insert to be attached are significantly less favorable, and for the following reasons:

Da der Verbrennungsraum bei Maschinen, fürSince the combustion chamber in machines, for

ίο die die Erfindung vorgesehen ist, im wesentlichen im Kolben untergebracht und durch eine eingeschnürte öffnung mit dem Zylinderraum verbunden ist, muß der Einsatz im Innern des Brennraumes am Kolben befestigt werden. Diese Befestigung muß zwei Forderungen erfüllen. Sie muß erstens keine allzu.'große Wärmeableitung zum Kolben hin verursachen und zweitens den hohen wechselnden, von der Kolbenbeschleunigung herrührenden Kräften, die noch durch Beanspruchungen auf Grund, von Temperaturschwankungen verstärkt werden, gewachsen sein. Die erste Forderung bedingt einen möglichst kleinen Querschnitt des Einsatzes an der Befestigungsstelle, die zweite Forderung einen möglichst großen Querschnitt am gleichen Ort. Weiter ist noch zu erwähnen, daß der Einfluß der Relativbewegung zwischen Brennstoffstrahl und Einsatz berücksichtigt werden muß. Die bekanntgewordenen Bauarten von am Kolben befestigten Einsätzen geben keine Hinweise für die Lösung dieses widerspruchsvollen Problems.ίο which the invention is provided, essentially housed in the piston and connected to the cylinder space by a constricted opening the insert must be attached to the piston inside the combustion chamber. This attachment must meet two requirements. First, it does not have to be too much heat dissipation to the Pistons cause and, secondly, the high fluctuations caused by the piston acceleration Forces that are reinforced by stresses due to temperature fluctuations will have grown. The first requirement requires the smallest possible cross-section of the Use at the fastening point, the second requirement is as large a cross-section as possible same place. It should also be mentioned that the influence of the relative movement between the fuel jet and use must be taken into account. The well-known types of on the piston attached inserts give no indication of solving this contradicting problem.

So ist schon vorgeschlagen worden, einen das tropfenfreie Innere des Brennstoffstrahles ausfüllenden Einsatz mittels eines Gewindebolzens zu befestigen, der in ein Sackloch des Kolbens eingeschraubt ist, wobei eine große Anlagefläche zwischen Einsatz und Kolben entsteht. Nach den heutigen Erfahrungen löst sich ein derartiger Einsatz nach kürzester Zeit und bleibt außerdem wegen des zu großen Wärmeableitungsquerschnittes zu kalt, um eine brennstoffaufbereitende Wirkung ausüben zu können.It has already been proposed to fill the drip-free interior of the fuel jet To fasten the insert by means of a threaded bolt which is screwed into a blind hole in the piston is, with a large contact surface between the insert and piston. After the Today's experience, such an application dissolves after a very short time and also remains because of the excessively large heat dissipation cross-section is too cold to have a fuel processing effect to be able to.

Das gleiche kann von weiteren Ausführungen gesagt werden, bei denen als Unterschied zu der vorgenannten Lösung eine Gegenmutter verwendet wird.The same can be said of other remarks in which as different from that aforementioned solution a lock nut is used.

Es sind darüber hinaus noch kegelzapfenförmige Kolbenerhebungen bekanntgeworden, die das Innere des Brennstoffstrahles ausfüllen, wenn der Kolben im oberen Totpunkt steht. Hier entfällt zwar das Befestigungsproblem, . doch ist die Wärmeableitung, viel zu stark, so daß die beim Erfindungsgegenstand beabsichtigte Wärmewirkung bei , den bekannten Bauarten nicht eintritt. Außerdem erhöhen die bekannten Einsätze das Kolbengewicht merklich, was bei schnellaufenden Maschinen zu vermeiden ist.There are also tapered piston elevations known that the Fill in the inside of the fuel jet when the piston is at top dead center. Not applicable here although the fastening problem,. but the heat dissipation is much too strong, so that the Subject matter of the invention, the intended heat effect in the known designs does not occur. In addition, the known inserts increase the piston weight noticeably, which is the case with high-speed Machinery is to be avoided.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, einen Einsatz für einen Kolbenbrennraum zu schaffen, dessen Wärmeableitungsquerschnitte zum Kolben einerseits so klein sind, daß er eine für eine wesentliche Verringerung des Zündverzuges ausreichende Temperatur im Betrieb annimmt und dessen Befestigungsglieder andererseits ein Lockerwerden im Betrieb mit Sicherheit verhüten. Weiter soll der Einsatz das Kolbengewicht nur ,wenig vergrößern und möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreichen.In contrast, the object of the invention is to provide an insert for a piston combustion chamber to create whose heat dissipation cross-sections to the piston on the one hand are so small that it assumes a temperature during operation that is sufficient for a significant reduction in the ignition delay and its fastening members, on the other hand, surely prevent loosening during operation. Furthermore, the insert should only increase the piston weight a little and as quickly as possible Reach operating temperature.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Einsatz entweder hohl ausgebildet ist oder im Bereich des Brennstoffstrahles eine Aushöhlung besitzt. Durch diese Gestaltung werden Wärmeableitung und Gewicht verringert, ohne daß die Sicherheit der Befestigung am Kolben leidet. Infolge seiner geringen Masse erreicht der Einsatz schnell seine Betriebstemperatur, so daß günstige Kaltstartwerte erreicht werden.This object is achieved according to the invention in that the insert is either hollow or has a cavity in the area of the fuel jet. Through this design heat dissipation and weight are reduced without compromising the security of the attachment to the piston suffers. Due to its low mass, the insert quickly reaches its operating temperature, so that favorable cold start values can be achieved.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird durch eine halbkreisförmige Querschnittsausbildung des Einsatzes dafür gesorgt, daß derselbe den Strahlweg nicht kreuzt und so keine unerwünschte Ablenkung des Strahles bewirkt. Der Brennstoffstrahl trifft bei dieser Ausführung im spitzen Winkel auf die Aushöhlung des Einsatzes, was den Vorteil hat, daß die Brennstofftröpfchen nicht abprallen, so daß sie auf ihrem gesamten Weg der Wärme des Einsatzes ausgesetzt sind und hierdurch sehr schnell und wirksam aufbereitet und verdampft und damit zündfähig werden. Diese zweite Ausführungsform der Erfindung gestattet die Befestigung des Einsatzes an zwei Stellen, wodurch die Haltbarkeit der Befestigung gesteigert wird.In a further embodiment of the invention, a semicircular cross-sectional formation of the use made sure that the same does not cross the beam path and so no undesired Deflection of the beam causes. In this version, the fuel jet hits the acute angle on the cavity of the insert, which has the advantage that the fuel droplets do not ricochet so that they are exposed to the heat of the insert all their way, and as a result, they can be processed and vaporized very quickly and effectively, making them ignitable. This second embodiment of the invention allows the attachment of the insert in two places, whereby the durability of the fastening is increased.

Endlich wird gemäß der Erfindung durch Anordnung von querschnittsverringernden Bohrungen und durch eine Verkleinerung des Durchmessers am befestigungsseitigen Ende bewirkt, daß die vom Brennstoffstrahl intensiver gekühlten, der Einspritzdüse zugewandten Teile des Einsatzes zusätzlich von den wärmeableitenden Querschnitten abgeschirmt werden, so daß eine einigermaßen gleichmäßige Temperaturverteilung über den ganzen Einsatz bei allen Belastungszuständen erreicht wird.Finally, according to the invention, through the arrangement of cross-section-reducing bores and by reducing the diameter at the fastening-side end causes the from Fuel jet additionally cooled parts of the insert facing the injection nozzle be shielded from the heat-dissipating cross-sections, so that a reasonably uniform Temperature distribution over the entire use is achieved in all load conditions.

Alle Ausführungsformen der Erfindung sind auf die Verwendung einer Einlochdüse, vorzugsweise einer Drosselzapfendüse, zugeschnitten, die ein Höchstmaß von Unempfindlichkeit an diesem wichtigen Bauteil ergibt.All embodiments of the invention are based on the use of a single-hole nozzle, preferably a throttle pin nozzle, tailored to the highest degree of insensitivity to this important component.

Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar.The drawing shows two exemplary embodiments of the subject matter of the invention.

Fig. ι zeigt einen Schnitt längs der Kolbenmittelachse durch den Brennraum mit einem in der Einspritzdüsenachse liegenden Einsatz und die Lage der Einspritzdüse, zum Brennraum im oberen Totpunkt;Fig. Ι shows a section along the piston center axis through the combustion chamber with an insert lying in the injection nozzle axis and the Position of the injection nozzle, to the combustion chamber at top dead center;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Einsatz gemaß Fig. ι längs der strichpunktierten Linie A-B; FIG. 2 shows a section through the insert according to FIG. 1 along the dash-dotted line AB;

Fig. 3 zeigt eine kürzere Ausführung des Einsatzes gemäß Fig. 1;FIG. 3 shows a shorter version of the insert according to FIG. 1;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt längs der Kolbenmittelachse durch den Brennraum, der in diesem Fall mit einem außerhalb der Einspritzdüsenachse liegenden Einsatz versehen ist;Fig. 4 shows a section along the piston center axis through the combustion chamber, which in this case is provided with an insert located outside the injector axis;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den Einsatz gemäß Fig. 4 längs der Linie C-D. FIG. 5 shows a section through the insert according to FIG. 4 along the line CD.

In der Fig. 1 der Zeichnung befindet sich in dem Kolben 1 ein Brennraum 3, der die Form einesIn Fig. 1 of the drawing there is a combustion chamber 3 in the piston 1, which has the shape of a

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Rotationsellipsoides, das durch Rotation um die Achse 6 entstanden ist, aufweist. Durch ,die öffnung 4 strömt die Verbrennungsluft beim Verdichtungshub in Pfeilrichtung S ein, wobei diese Strömung die Vermischung des aus der Einspritzdüse 2 eingespritzten Brennstoffes mit der Verbrennungsluft bewirkt. Die Strömung setzt sich an den Brennraumwänden in Pfeilrichtung 7 fort. Im Kolben ι ist der Einsatz 8 mittels eines geeigneten Fußes 9 befestigt, vorzugsweise eingegossen, so daß seine Mittelachse 14 mit der Düsenmittelachse zusammenfällt. Der Glüheinsatz 8 ist an seinem der Düse 2 zugewandten Ende so geformt, daß der Brennstoffstrahl 10 ihn nicht berührt. An seinem befestigungsseitigen Ende ist der Einsatz 8 im Durchmesser kleiner ausgeführt, damit er der Strömung 7 einen möglichst geringen Widerstand bietet und damit der die Ableitung der aufgenommenen Wärme zum Kolben 1 hin bewirkende Querschnitt 15 möglichst klein wird. Die Form des Querschnittes 15 ist in Fig. 2 gezeigt. Diesem Zweck dienen auch der Hohlraum 11 und die Bohrungen 12. Diese Querschnittsbemessung unterstützt die Aufrechterhaltung des oben beschriebenen vorteilhaften Wärmezustandes über den gesamten Belastungsbereich. Fig. 3 zeigt eine andere kürzere Form des Glüheinsatzes 13, die dort am Platze ist, wenn der Hohlraum des Brennstoffstrahles nicht frei von Brennstofftropfen ist.The ellipsoid of revolution, which has arisen through rotation about the axis 6, has. Through, the opening 4, the combustion air flows in during the compression stroke in the direction of arrow S, whereby this Flow the mixing of the fuel injected from the injection nozzle 2 with the combustion air causes. The flow continues on the combustion chamber walls in the direction of arrow 7. In the flask ι the insert 8 is attached by means of a suitable foot 9, preferably cast, so that its central axis 14 coincides with the nozzle central axis. The glow insert 8 is at his the The end facing the nozzle 2 is shaped so that the fuel jet 10 does not touch it. On his fastening-side end of the insert 8 is made smaller in diameter, so that he Flow 7 offers the lowest possible resistance and thus the derivation of the recorded Heat to the piston 1 causing cross-section 15 is as small as possible. The shape of the Cross section 15 is shown in FIG. The cavity 11 and the also serve this purpose Holes 12. This section design supports the maintenance of the advantageous heat condition described above over the entire Load area. Fig. 3 shows another shorter form of the annealing insert 13, which there on There is space if the cavity of the fuel jet is not free from fuel droplets.

Tn Fig. 4 ist die zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der im Kolben 1 liegende Brennraum 3 besitzt die gleiche Form und Lage wie der in Fig. 1 gezeigte. Der Einsatz 16 hat den in Fig. 5 gezeigten halbkreisförmigen Querschnitt 17 und ist im Kolben 1 mit seinem Fuß 18 im Boden 19 und mit seiner Spitze 20 am Rande der Öffnung 4 eingelassen, vorzugsweise eingegossen. Die Einspritzdüse 2 ist wiederum in ihrer Lage zum Brennraum 3 im oberen Totpunkt dargestellt.Tn Fig. 4, the second embodiment of the invention is shown. The one in piston 1 Combustion chamber 3 has the same shape and position as that shown in FIG. 1. The insert 16 has the Semicircular cross-section 17 shown in Fig. 5 and is in the piston 1 with its foot 18 in the Bottom 19 and let in with its tip 20 at the edge of the opening 4, preferably cast. The injection nozzle 2 is in turn shown in its position relative to the combustion chamber 3 at top dead center.

Der Einsatz 16 und die Einspritzdüse 2 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Der aus ihr austretende Brennstoffstrahl 21, der bei dieser Ausführungsart der Erfindung einen kleinen Spritzwinkel und ein von Brennstoff tröpfchen erfülltes Innere besitzt, trifft den Einsatz 16 an dessen konkaver Innenseite 23 etwa in Einsatzmitte derart, daß seine Mittelachse 22 einen Winkel α mit der Oberfläche der Einsatzinnenseite 23 bildet. Die Größe dieses Winkels liegt vorzugsweise unter io°. Der Halbmesser 24 der Innenseite 23 des Einsatzes 16 beträgt etwa die Hälfte des Durchmessers des Brennstoffstrahles 21, gemessen an der Stelle, wo seine Mittelachse 22 die Oberfläche der Innenseite 23 schneidet. Die zur Ableitung der von dem Einsatz 16 aufgenommenen Wärme zum Kolben 1 dienenden Querschnitte 25 und 26 sind so bemessen, daß die Temperatur des Einsatzes 16 niedriger liegt als die Temperatur des Einsatzes 8. Da im letztgenannten Fall der Brennstoffstrahl 21 den Einsatz berührt, genügt eine verminderte Temperatur, um die gewünschte Verdampfung und Aufbereitung zu erzielen. Die Einsätze 8 und 16 werden aus hitze- und zunderbeständigem Werkstoff hergestellt. Auch die Verwendung von Werkstoffen, die eine katalytische Wirkung bei der Aufbereitung des Brennstoffes ausüben können, ist möglich.The insert 16 and the injection nozzle 2 lie in a common plane. The one emerging from it Fuel jet 21, which in this embodiment of the invention has a small spray angle and a has fuel droplets filled interior, meets the insert 16 on its concave inside 23 approximately in the middle of the insert such that its central axis 22 forms an angle α with the surface of the Insert inside 23 forms. The size of this angle is preferably less than 10 °. The radius 24 of the inside 23 of the insert 16 is approximately half the diameter of the fuel jet 21, measured at the point where its central axis 22 intersects the surface of the inside 23. The for Dissipation of the heat absorbed by the insert 16 to the cross sections 25 serving for the piston 1 and 26 are dimensioned so that the temperature of the insert 16 is lower than the temperature of the Insert 8. Since in the last-mentioned case the fuel jet 21 touches the insert, a reduced one is sufficient Temperature to achieve the desired evaporation and conditioning. The stakes 8 and 16 are made of heat and scale resistant material. Also the use of materials that have a catalytic effect in the preparation of the fuel exercise is possible.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte Form des Kolbenbrennraumes und der Düsenlage beschränkt. Es können auch andere, beispielsweise mittig zur Kolbenachse angeordnete Formen, z. B. Kugelbrennräume, und auch parallel zur Kolbenachse oder mit ihr zusammenfallende Lagen der Düsenachse vorgesehen werden.The invention is not limited to the shape of the piston combustion chamber and the nozzle position shown. It can also be other, for example arranged centrally to the piston axis, z. B. Ball combustion chambers, and also parallel to the piston axis or coinciding positions of the Nozzle axis are provided.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Self-igniting, air-compressing internal combustion engine with fuel injection into a combustion chamber located in the piston, in which a A warming insert is installed in the company, which at least partially causes the fuel to evaporate, characterized in that the insert (8, 16) is either hollow or in the area of the fuel jet has a cavity.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the insert (16) in the Has the area of the fuel jet semicircular cross-section (17), the concave Inside is hit at top dead center by the fuel jet (21).

3. Internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that the central axis (22) of the fuel jet (21) the inside (23) of the insert (16) in the upper Dead center meets at an acute angle, the size of which is preferably less than 10 °.

4. Internal combustion engine according to claim 1 to 3, characterized in that the Heat conduction and fastening (9) of the insert (8) in the piston (1) causing cross-sections (15, 25, 26) so dimensioned taking into account the i ° 5 cooling effect of the fuel are that the insert (8, 16) in all load conditions approximately the same temperature having.

5. Internal combustion engine according to claim 1, no characterized in that the insert (8) is provided with bores (12) which its Reduce the heat dissipation cross-section.

6. Internal combustion engine according to claim 1 and 5, characterized in that the insert (8) becomes smaller in diameter at its fastening-side end.

7. Internal combustion engine according to claim 1 to 4, characterized in that the in the Part of the inner surface (23) lying at the nozzle level at the top dead center, the central axis (22) of the Fuel jet (21) penetrates approximately in the middle of the insert (16).

8. Internal combustion engine according to claim 1

up to 4 and 7, characterized in that the insert (16) on the bottom (19) of the combustion chamber (3)

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and is attached to the edge of its opening (4) in the piston (1).

9. Internal combustion engine according to claim 1 to 8, characterized in that the insert (8, 16) is cast into the piston.

Considered publications: German Patent Specifications Nos. 478 930, 498 699; Austrian Patent No. 143553; French Patent No. 421 833; British Patent No. 554 093.

1 sheet of drawings