DE1084519B - Four-stroke diesel engine - Google Patents

Description

Viertakt-Dieselmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung von Viertakt-Dieselmaschinen mit im Zylinderkopf liegenden Ein- und Auslaßventilen und einer zentral in deren Arbeitskolben angeordneten rotationskörperförmigen, insbesondere kugeligen Vorkammer, die über eine Anzahl radial oder tangential zur Vorkammer gerichtete ÜberstrÖmbohrungen mit einem die Vorkammer umgebenden Ringraum im Arbeitskolbenboden in Verbindung steht.Four-Stroke Diesel Engine The invention relates to an improvement and further development of four-stroke diesel engines with lying in the cylinder head Inlet and outlet valves and a rotating body-shaped, centrally arranged in their working piston, in particular spherical antechamber, which has a number radially or tangentially to Pre-chamber directed overflow bores with an annular space surrounding the pre-chamber is in communication in the working piston head.

Die Erfindung besteht in der Vereinigung der nachstehenden zwei Merkmale: 1. am Einlaßventil, insbesondere in der Abströmrichtung derÜberströmbohrungen zwischenBrennkammer und Ringraum, sind an sich bekannte, einen Drall der in den Zylinderraum eintretenden Verbrennungsluft erzeugende Einrichtungen vorgesehen, 2. sowohl die Vorkammer als auch der diese umgebende Ringraum stehen mit dem Zylinderraum in jeweils an sich bekannter Weise in drosselarmer oder -freier Verbindung.The invention consists in the combination of the following two features: 1. on the inlet valve, in particular in the outflow direction of the overflow bores between the combustion chamber and the annular space, devices which are known per se and generate a swirl of the combustion air entering the cylinder space are provided, 2. both the antechamber and the these surrounding annular spaces are connected to the cylinder space in a manner known per se in a throttle-free or low-throttle connection.

Bei einer bekannten Maschine steht zwar der die Vorkammer umgebende Ringraum im Arbeitskolben mit dem Zylinderraum in drosselfreier Verbindung. Es besteht aber eine sehr starke Drosselverbindung an der Überströmöffnung zwischen Vorkammer und Zylinderraum mit der Gefahr einer unerwünschten Pumpwirkung. Außerdem ist diese Drosselverbindung insofern ungünstig, weil sie die Wirkung der drallerzeugenden Maßnahmen am Lufteinlaßventil wenigstens für die zentrale Brennkammer völlig unwirksam macht. Praktische Versuche haben ergeben, daß sich der am Einlaßventil erzeugte Horizontalwirbel der Verbrennungsluft (um die Zylinder- oder Brennkammerachse) nur dann wirksam in die zentrale Brennkammer fortsetzt, wenn deren Überströmöffnung verhältnismäßig weit ist, also möglichst keine oder nur eine verhältnismäßig geringe Drosselwirkung hat. Bei einer solchen Anordnung kann der Horizontalwirbel bis über den Zündzeitpunkt hinaus aufrechterhalten werden, was zur Folge hat, daß die eingespritzten Kraftstoffteilchen, insbesondere bei kugelförmiger Brennkammer in den Bereich des größten Durchmessers hinein verdrängt werden, wo gleichzeitig auch der größte Anteil der kreisenden Luftmenge zur Verfügung steht. Dies ist bei der Erfindung der Fall.In a known machine, the one surrounding the antechamber is in place Annular space in the working piston with the cylinder space in a throttle-free connection. It exists but a very strong throttle connection at the overflow opening between the antechamber and cylinder space with the risk of an undesirable pumping effect. Besides, this is Throttle connection is unfavorable because it has the effect of swirl-generating Measures on the air inlet valve at least completely ineffective for the central combustion chamber power. Practical tests have shown that the generated at the inlet valve Horizontal vortex of the combustion air (around the cylinder or combustion chamber axis) only then effectively continues into the central combustion chamber when its overflow opening is relatively far, i.e. if possible none or only a relatively small one Has a choke effect. With such an arrangement, the horizontal vortex can reach over the ignition timing to be maintained, with the result that the injected Fuel particles, especially in the case of a spherical combustion chamber, in the area of the Largest diameter are displaced into it, where at the same time the largest share the circulating air volume is available. This is the case with the invention.

Schließlich sind auch noch Vorkammer-Dieselmaschinen bekannt, bei denen einer Einspritzdüse im Zylinderkopf eine zentrale Vorkaminer im Kolben gegenüberliegt und diese durch tangential von der Vorkammer abzweigende Querbohrungen mit einem den Vorkammerraum umgebenden Ringraum in Verbindung steht, bei der jedoch Vorkammer und Ringraum zum Teil dem Arbeitskolben und zum Teil dem Zylinderkopf angehören, wobei der dem Kolben zugeordnete Vorkammeranteil als Verdrängerzapfen in den dem Zylinderkopf zugehörigen Vorkammerteil eindringt. Es hat diese Anordnung den Nachteil, daß die Verdrängereinrichtung viel Platz beansprucht und damit für die Anordnung großer Ventilquerschnitte kein Platz mehr vorhanden ist. Auch fehlt bei diesen beka:nnten Maschinen eine drallerzeugende Einrichtung am Einlaßventil.Finally, pre-chamber diesel engines are also known which an injection nozzle in the cylinder head is opposite to a central antechamber in the piston and this through transverse bores branching off tangentially from the antechamber with a the annular space surrounding the antechamber is connected, but in the antechamber and annulus partly belong to the working piston and partly to the cylinder head, wherein the part of the prechamber assigned to the piston acts as a displacement pin in the Cylinder head associated prechamber part penetrates. This arrangement has the disadvantage that the displacement device takes up a lot of space and thus for the arrangement there is no longer any space for large valve cross-sections. Known ones are also missing from these Machines have a swirl-generating device at the inlet valve.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man den aus der Vorkammer in den Ringraum Überströmenden Gasen auch eine schraubenlinige Bewegung dadurch erteilen, daß man die Überströmkanäle zusätzlich schräg, insbesondere gegen den Grund des Ringraumes zu, geneigt anordnet. Als Vorkammerquerschnitt ist eine Kugelform bevorzugt, deren Volutnanteil in an sich bekannter Weise etwa 40% des gesamten Brennraumvolumens beträgt.In a further embodiment of the invention, the from the antechamber Gases flowing over into the annulus also cause a helical movement as a result grant that the overflow channels are also inclined, especially against the Base of the annulus, inclined. The antechamber cross-section is a spherical shape preferred, the volume fraction of which, in a manner known per se, is about 40% of the total combustion chamber volume amounts to.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch den oberen, Vorkammer und Brennratim enthaltenden Abschnitt des Arbeitskolbens mit darüber angeordneter Einspritzdüse und in unterbrochenen Linien angedeuteten Ein-und Auslaßventilen im Zylinderkopf, Fig. 2 eine Draufsicht auf den Arbeitskolben der Anordnung nach Fig. 1, Fig. 3 und 4 je einen Querschnitt durch den Vorkammereinsatz nach der Linie III-IV in Fig. 1. In the drawing, the invention is shown in an exemplary embodiment, namely FIG. 1 shows a longitudinal section through the upper section of the working piston containing antechamber and Brennratim with an injection nozzle arranged above it and inlet and outlet valves in the cylinder head indicated in broken lines, FIG Top view of the working piston of the arrangement according to FIG. 1, FIGS. 3 and 4 each have a cross section through the antechamber insert along the line III-IV in FIG. 1.

Der Arbeitskolben ist mit 1 bezeichnet. In diesem befindet sich eine zylindrische Ausnehmung 2, in der ein zentraler Vorkammereinsatz 3 angeordnet ist, der zusammen mit der Wand der Ausnehmung einen die Vorkammer umgebenden ringförmigen Brennraum begrenzt. Die Vorkammer 4 hat einen im wesentlichen kugelförmigen Querschnitt mit einer verhältnismäßig weiten und damit drosselarmen Uberströmöff.nung 4. DieVorkammer4 steht über radial oder tangential von der Vorkarnmer abzweigende überströmbohrungen 5 mit dem Ringraum 2 in Verbindung, der seinerseits wieder mit dem Zylinderraum über dem Kolb - en in offener und damit völli- drosselfreier Verbindunsteht. Zentral über der Vorkammer 4 befindet sich im Zylinderkopf die Kraftstoffeinspritzdüse 6, und diametral einander gegenüber liegen sich z. B. ein Einlaßventil 7 und ein Auslaßventil 8. The working piston is denoted by 1. In this there is a cylindrical recess 2 in which a central antechamber insert 3 is arranged which, together with the wall of the recess, delimits an annular combustion chamber surrounding the antechamber. The prechamber 4 has an essentially spherical cross section with a relatively wide and thus low-throttle overflow opening 4. The prechamber 4 is connected to the annular space 2 via overflow bores 5 branching off radially or tangentially from the prechamber, which in turn is connected to the cylinder space above the piston . en is in an open and therefore completely throttle-free connection. Centrally above the prechamber 4 is located in the cylinder head, the fuel injection nozzle 6, and diametrically opposite each other are z. B. an inlet valve 7 and an outlet valve 8.

Die Vorkammer kann auch einen anderen rotationskörperförmigen Querschnitt, insbesondere Birnenform oder eine ovale Form mit vorzugsweise waagerecht liegender Achse haben. Abweichend von der dargestellten Ausführungsform können auch mehr als zwei Ventile vorgesehen sein.The prechamber can also have a different rotational body-shaped cross-section, in particular a pear shape or an oval shape with a preferably horizontal Have axis. Notwithstanding the embodiment shown, more than two valves may be provided.

Am Einlaßventil oder an den Einlaßventilen sind ferner an sich bekannte Einrichtungen vorgesehen, welche der in den Zylinderraum eintretenden Verbrennungsluft eine drehende Bewegung im Sinne der Abzweigrichtung der Überströmbohrungen 5 aus der Vorkammer 4 erteilen. Es kann dieser Drall durch am Ventildurchlaßquerschnitt angeordnete rostartige Einsätze mit schaufelartigen Leitflächen oder durch am Ventil selbst vorgesehene Luftablenkschirme oder durch eine unmittelbar in den Ventildurchlaß übergehende Einlaßspirale erzeugt werden.Devices known per se are also provided on the inlet valve or on the inlet valves, which give the combustion air entering the cylinder chamber a rotating movement in the direction of the branching direction of the overflow bores 5 from the antechamber 4. This swirl can be generated by grate-like inserts with blade-like guide surfaces arranged on the valve passage cross-section or by air deflection screens provided on the valve itself or by an inlet spiral which merges directly into the valve passage.

Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist mit Ausnahme des Ausbleibens der durch die Erfindung verhinderten Pumpwirkung an sich bekannt. Bei innerer Kolbentotlage wird praktisch die gesamte Verbrennungsluft durch die Brennräume 2 und 4 aufgenommen. Beide Räume sind für einen möglichst kurzen Zündverzug ausgelegt, damit die Verbrennung mit Beginn des Einspritzvorganges einsetzt. In diesem Augenblick entsteht in der Vorkammer 4 eine Teilverbrennung, die das brennende fette Kraftstoffluftgemisch zum Teil durch die Überströrnöffnung 4 in den Zylinderraum und zum Teil durch die Bohrungen 5 im Ringraum 2 ausschiebt, wobei unter gleichzeitiger kräftiger Verwirbelung von Kraftstoff und Luft die Verbrennung in der bei Vorkammermaschinen gewohnten Weise verhältnismäßig ruhig vor sich geht.The mode of operation of the arrangement described is known per se, with the exception of the absence of the pumping action prevented by the invention. When the piston is in the dead position, practically all of the combustion air is taken up by the combustion chambers 2 and 4. Both spaces are designed for the shortest possible ignition delay, so that combustion starts with the start of the injection process. At this moment, a partial combustion occurs in the antechamber 4, which pushes the burning rich fuel- air mixture partly through the overflow opening 4 into the cylinder chamber and partly through the bores 5 in the annular chamber 2, with the simultaneous strong swirling of fuel and air in the combustion with pre-chamber machines is relatively calm.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE-. 1. Viertakt-DieselmaSchine mit im Zylinderkopf liegenden Ein- und Auslaßventilen und einer zentral in deren Arbeitskolben angeordneten rotationskörperförmigen, insbesondere kugeligen Vorkammer, die über eine Anzahl radial oder tangential zur Vorkammer gerichtete Uberströmbohrungen mit einem die Vorkammer umgebenden Ringraum im Arbeitskolbenboden in Verbindung steht, gekennzeichnet durch an sich bekannte, einen Drall der in den Zylinderraum eintretenden Verbrennungsluft erzeugende Einrichtungen am Einlaßventit, insbesondere in der Abströmrichtung der Überströmbohrungen (5) zwischen Brennkammer (4) und Ringraum (2), und dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Vorkammer (4) als auch der diese umgebende Ringraum (2) mit dem Zy- linderraum in jeweils an sich bekannter Weise in drosselarmer oder -freier Verbindung stehen. PATENT CLAIMS-. 1. Four-stroke diesel machine with inlet and outlet valves located in the cylinder head and a rotating body-shaped, in particular spherical prechamber arranged centrally in their working piston, which is connected to an annular space surrounding the prechamber in the working piston base via a number of overflow bores directed radially or tangentially to the prechamber by means known per se, a swirl of the combustion air entering the cylinder space generating devices on the inlet valve, in particular in the outflow direction of the overflow bores (5) between the combustion chamber (4) and the annular space (2), and characterized in that both the prechamber (4) as the annular space (2) surrounding this is also connected to the cylinder space in a manner known per se in a manner that is low or free of throttles. 2. Dieselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmbohrungen zwischen Vorkammer (4) und Ringraum (2) zusätzlich gegen den Ringraumboden zu schräg nach unten gerichtet sind. 3. Dieselmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkammer (4) in einem an sich bekannten Kolben-Einsatzkörper (3) angeordnet ist. 4. Dieselmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorkammervolumen in an sich bekannter Weise etwa 40% des gesamten Brennraumvolumens beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 736 047; belgische Patentschrift Nr. 505 664.2. Diesel engine according to claim 1, characterized in that the overflow bores between the prechamber (4) and the annular space (2) are also directed obliquely downwards against the annular space floor. 3. Diesel engine according to claims 1 and 2, characterized in that the prechamber (4) is arranged in a piston insert body (3) known per se. 4. Diesel engine according to claims 1 to 3, characterized in that the prechamber volume is approximately 40% of the total combustion chamber volume in a manner known per se. Documents considered: German Patent No. 736 047; Belgian patent specification No. 505 664.