DE863428C

DE863428C - Diesel engine with an antechamber

Info

Publication number: DE863428C
Application number: DED7777A
Authority: DE
Inventors: Eugen Stump
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1951-01-17
Filing date: 1951-01-17
Publication date: 1953-01-19

Description

Dieselmaschine mit einer Vorkammer Die Erfindung bezieht sich auf eine Dieselmaschine mit einer Vorkammer, welche durch einzelne nach den Umfangsteilen des Hauptbremnr raumes gerichtete Durchtrittsöffnungen mit dem durch eine Vertiefung im Kolbenboden gebildeten Hauptbrennraum in Verbindung steht. Die Erfindung bezweckt vor allem verbesserte thermische Bedingungen für die Verbrennung im Hauptbren:nraum sowie eine verbesserte Mischung des aus der Vorkammer in den Hauptbrennraum austretenden, bereits teilweise brennenden Vorkammerinhaltes mit der während des Verdichtungshubes des Kolbens in den Hauptbrennraum verdrängten Luft.Diesel engine with an antechamber The invention relates to a diesel engine with an antechamber, which by individual according to the peripheral parts the main brake chamber directed through openings with the through a recess is in communication with the main combustion chamber formed in the piston crown. The invention aims above all, improved thermal conditions for combustion in the main combustion chamber as well as an improved mixing of the exiting from the antechamber into the main combustion chamber, already partially burning pre-chamber contents with that during the compression stroke of the piston into the main combustion chamber.

Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß der vorzugsweise :durch einen. Einsatz gebildete die Durcbtrittsöffnungen enthaltende Teil -der Vorkammer !so weit in :den Hauptbrennraum hineinragt und der Kolbenboden mit einer mittleren und einer ring- oder se gmentförmigen Vertiefung derart gestaltet ist, daß im oberen Kolbentotpunkt das Vorkammerende in die mittlere Vertiefung eintaucht und die -durch die schräg nach abwärts gerichteten Durchtrittsöffnungen austretenden. Vorkammerstrahlen unmittelbar von der Wandungsfläche der ring- oder segmentförmige@n Kol;benbodenvertiefung im Sinne der im Verdichtungshub entstehenden Luftwirbel nach außen geführt werden.The invention consists essentially in the fact that the preferably :through a. Insert formed part of the antechamber containing the through openings ! so far into: the main combustion chamber protrudes and the piston crown with a central one and an annular or se gment-shaped recess is designed such that in the upper Piston dead center the antechamber end dips into the middle recess and the through exiting the obliquely downwardly directed passage openings. Atrial blasting directly from the wall surface of the annular or segment-shaped piston bottom depression in the sense of the air eddies arising in the compression stroke are guided to the outside.

Zweckmäßig wird das in die mittlere Vertiefung des Kolbenbodens eintauchende, vorzugsweise stark abgerundete Ende der Vorkammer im oberen Kolbentotpunkt mit geringem Spiel von der entsprechend ausgebildeten Wandung der Vertiefung umschlossen. Die Durchtrittsöffnungen verteilen sich vorzugsweise gleichmäßig über den ganzen Umfang und münden zweckmäßig leicht geneigt, z. B. unter einem Winkel von ungefähr io bis 2o°, in den Hauptbrennraum aus, wobei der bis dicht an die Austrittsöffnungen herantretende Boden der ab-@gerundeten ringförmnigen Kolbenvertiefung anschließend an die Durchtrittsöffnungen unter einem im wesentlichen gleichen. Winkel geneigt ist. Bei schräg angeordneter Vorkammer ist ferner zweckmäßig die ringförmige Vertiefung exzentrisch zur Vorkammerausmündung bzw. zur mittleren Vertiefung im Ko tenboden nach derjenigen Seite versetzt, nach welcher der Kolbenboden. mit der Vorkammerachseeinen stumpfen Winkel bildet. Die Vorkammer besteht vorteilhaft aus einem der Einspritzdüse benachbarten erweiterten Raumteil und einem nach. dem Hauptbrennraum zu in Richtung der Einspritzdüse gelegenen kanalförmigen Raumteil, an dessen in den Hauptbrennraum eintauchendem Ende die Durchtrittsöffnungen angeordnet sind, wobei beide Raumteile durch ein gemeinsames Einsatzstück ausgekleidet bzw. gebildet sein können.Appropriately, the immersed in the middle recess of the piston head, preferably strongly rounded end of the prechamber in the upper piston dead center with low Game enclosed by the appropriately designed wall of the recess. the Passages are preferably distributed evenly over the entire circumference and expediently open slightly inclined, z. B. at an angle of about io to 2o °, into the main combustion chamber, with the one coming right up to the outlet openings Bottom of the rounded, ring-shaped piston recess adjoins the passage openings under one essentially the same. Angle is inclined. With inclined The prechamber is also expediently the annular recess eccentric to the opening of the prechamber or offset to the middle recess in the Ko tenboden after that side which is the piston crown. forms an obtuse angle with the antechamber axis. the The prechamber advantageously consists of an enlarged one adjacent to the injection nozzle Room part and one after. the main combustion chamber in the direction of the injection nozzle channel-shaped space part, at the end of which dipping into the main combustion chamber, the passage openings are arranged, with both parts of the room lined by a common insert or can be formed.

Durch die Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: Dadurch, daß das die Durchtrittsöffnungen enthaltende Ende der Vorkammer bz w. des Vorkammereinsatzes bis in; den: heißen Kern des Hauptbrennraumes hineinragt, werden die in der Vorkammer eingeleitete Zündung und: die durch die Vorverbrennung in der Vorkammer vorbereiteten Verbrennungsbedingungen im Hauptbrennraum in günstiger Weise beeinflußt. Durch die Anordnung einer ringförmigen, den Hauptbrennraum bildenden Vertiefung im. Kolbenboden entstehen im Verdichtungshub- des Kolbens ringförmige Luftwirbel, in welche die durch die einzelnen Durchtrittsöffnungen austretenden Vorkammerstrahlen nm wesentlichen tangential eingespritzt werden, derart, daß der Vorkammerinhalt unmittelbar von der am Boden der ringförmigen Kolbenvertiefung nach auswärts abgelenktere Luft erfäßt und auf den Häuptbrennraum gleichmäßig verteilt wird.The invention achieves the following advantages: Characterized in that the end of the antechamber or of the antechamber insert containing the passage openings up in; the: hot core of the main combustion chamber protrudes, those in the antechamber initiated ignition and: those prepared by the pre-combustion in the antechamber Influenced combustion conditions in the main combustion chamber in a favorable manner. Through the Arrangement of an annular recess forming the main combustion chamber in the. Piston crown arise in the compression stroke of the piston ring-shaped air vortices, in which the through the individual passage openings exiting antechamber rays nm essentially are injected tangentially in such a way that the antechamber contents directly from which collects more outwardly deflected air at the bottom of the annular piston recess and is evenly distributed over the main combustion chamber.

Bei schräger Anordnung der Vorkammer wird die gleichmäßige Verteilung z. B. durch entsprechend exzentrische Anordnung des Hauptbrenn--raumes .gewährleistet. Durch die Anordnung einer das Vorkammerende aufnehmenden mittleren Vertiefung im Kolbenboden. wird hierbei erreicht, daß der Vorkammerinhalt unmittelbar bei seinem Austritt aus der Vorkammer gemeinsam mit der in die ringförmige Vertiefung zu einem Ringwirbel abgelenkten Luft von der Wandung des. Kolbenbodens geführt wird. Dadurch, daß- die Wandung der mittleren. Vertiefung im oberen Kolbentotpunkt bis dicht an das Ende der in. den Hauptbrennraum hineinragenden Vor'kammler herantritt, werden tote Räume unterhalb der Vorkammer vermieden, in welchen andernfalls ein brennstoffarmes Gemisch auftreten würde. Das abgerundete Ende des Vorkammereinsatzes ergibt einen günstigen Wärm:eabfluß nach den zylindrischen Teilen des Einsatzes und eine vorteilhafte Aufnahme von Wärmespannungen. Maschinen gemäß der Erfindung zeichnen sich durch einen geringen Brennstoffverbrauch und hohe Leistung aus.With an inclined arrangement of the antechamber, the even distribution z. This is guaranteed, for example, by the appropriately eccentric arrangement of the main combustion chamber. By arranging a central recess in the piston crown that accommodates the end of the prechamber. what is achieved here is that the prechamber contents are guided by the wall of the piston head together with the air deflected into the annular recess to form an annular vortex immediately upon its exit from the prechamber. Because the wall of the middle. Depression in the top dead center of the piston as far as the end of the pre-chamber protruding into the main combustion chamber, dead spaces below the pre-chamber, in which a fuel-poor mixture would otherwise occur, are avoided. The rounded end of the antechamber insert results in a favorable heat flow to the cylindrical parts of the insert and an advantageous absorption of thermal stresses. Machines according to the invention are characterized by low fuel consumption and high performance.

In. der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. i einen Achsschritt durch die Zylinder- und Vorkammerachse und Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. i. In dem Zylinder io, welcher nach oben durch den Zylinderkolben i i abgedeckt ist, bewegt sich der Kolben 12 derart, daß sein äußerer Kolbenrand: 13 im oberen Totpunkt bis dicht an. den Zylinderkopf ii herantritt. Im Zylinderkopf ist, z. B. seitlich neben einem Einlaßventil 14 und einem Auslaßventil 15, schräg und exzentrisch zur Zylinderachse eine Vorkammer 16 angeordnet, welche durch einen Einsatz 17 ausgekleidet bzw. gebildet wird und aus einem der Einspritzdüse i8 benachbarten erweiterten, z. B. etwa kugelförmigen Brennraumteil ig und einem nach dem Hauptbrennraum zu axial zur Einspritzdüse 18 anäeordneten kanalförmigen Raum 2o besteht. Das die Vorkammer bildende Einsatzstück, 17 ragt mit seinem unteren, etwa halbkugelförmig abgerundeten Ende 21 verhältnismäßig weit in den Hauptbrennraum hinein, wobei der kanalförmige Raumteil 2o durch z. B. acht auf den Umfang verteilte, unter einem Winkel a von z: B. io bis 2o° zum Kolbenboden geneigte Durchtrittsöffnungen 22 mit dem Hauptbrennraum verbunden ist.In. the drawing shows an embodiment of the invention, namely Fig. i shows an axis step through the cylinder and antechamber axis and FIG. 2 shows a section along line 2-2 of FIG. In the cylinder io, which after is covered at the top by the cylinder piston i i, the piston 12 moves in such a way that that its outer edge of the piston: 13 in the top dead center to close. the cylinder head ii approach. In the cylinder head is, for. B. laterally next to an inlet valve 14 and an outlet valve 15, an antechamber 16 inclined and eccentric to the cylinder axis arranged, which is lined or formed by an insert 17 and from one of the injector i8 adjacent extended, z. B. approximately spherical combustion chamber part ig and one arranged axially to the injection nozzle 18 after the main combustion chamber channel-shaped space 2o consists. The insert piece 17, which forms the antechamber, protrudes with its lower, approximately hemispherical rounded end 21 relatively wide into the main combustion chamber, wherein the channel-shaped space part 2o by z. B. eight distributed over the circumference at an angle a of, for example, io to 2o ° to the piston crown inclined passage openings 22 is connected to the main combustion chamber.

Der Hauptbrennraum wird hierbei durch eine Vertiefung im Kolbenboden, gebildet, welche aus einer mittleren Vertiefung 23 und einer dies"- umgebenden ringförmigen: Vertiefung 2q. besteht. Diese Vertiefungen sind; derart gestaltet, daß, wie Fig. i zeigt, im oberen Kolbentotpunkt die Wandung der Vertiefung 23 bis dicht an das Ende 21 der Vorkammer herantritt und die abgerundeten Wandungen der ringförmigen Vertiefung 24 sich unmittelbar tangential an die Durchtrittsöffnunge:n 22 der Vorkammer anschließen.The main combustion chamber is created by a recess in the piston crown, formed, which consists of a central recess 23 and an annular ring-shaped: Deepening 2q. consists. These wells are; designed in such a way that, as shown in Fig. i shows the wall of the recess 23 in the top dead center of the piston until it is close to the Approaching the end of the antechamber and the rounded walls of the annular Recess 24 is tangential directly to the passage opening: n 22 of the antechamber connect.

Im Verdichtungshub des Kolbens wird die Verbrennungsluft durch den äußeren Kolbenrand 13 nach innen in die ringförmige Vertiefung 2q. verdrängt, so: daß sich in dieser ringförmige Luftwirbel 25 bilden. Der aus den Öffnungen 22 austretende Vorkammerinhalt -wird von diesen Wirbeln unmittelbar an der Austrittsstelle erfaßt und in Richtung Ader Bodenwandungen der Vertiefungen 2q.- nach außen geführt, wobei er sich- gleichmäßig über den Hauptbrennraumverteilt. -Wie insbesondere aus Fi,g. 2 hervorgeht, ist die ringförmige Vertiefung 24 des Kolbenbodens, um einen Betrag e zum Mittelpunkt des in den Hauptbrennraum hineinragenden Endes der Vorkammer bzw. zu der mittleren Vertiefung 23 exzentrisch versetzt, und zwar nach. derjenigen Seite des Haupt; Brennraumes, nach welcher die Vorkammerachse mit dem Kolbenboden einen stumpfen Winkel bildet. *Die Durchtrittsöffnungen 22 können hierbei dieser exzentrischen Anordnung entsprechend angepaßt werden, indem die nach der Zylinderachse bzw. dem Mittelpunkt der ringförmigen Vertiefung zu gelegenen Durchtrittsöffnungen. 2211 einen größeren Querschnitt als die ihnen gegenüberliegenden Öffnungen 22b erhalten, wobei der Querschnitt der einzelnen Öffnungen von der einen zur anderen Seite entsprechend den. mit Brennstoff zu beliefernden Brennraumteilen abgestuft sein kann.In the compression stroke of the piston, the combustion air is inwardly through the outer piston edge 13 into the annular recess 2q. displaced so: that in this ring-shaped air vortices 25 are formed. The pre-chamber contents emerging from the openings 22 are captured by these eddies directly at the exit point and guided outwards in the direction of the bottom walls of the depressions 2q., Whereby they are distributed evenly over the main combustion chamber. -As in particular from Fi, g. 2, the annular recess 24 of the piston head is offset eccentrically by an amount e to the center point of the end of the prechamber projecting into the main combustion chamber or to the central recess 23, namely to. that side of the head; Combustion chamber, according to which the prechamber axis forms an obtuse angle with the piston head. * The passage openings 22 can be adapted accordingly to this eccentric arrangement by the passage openings located after the cylinder axis or the center point of the annular recess. 2211 get a larger cross-section than the openings 22b opposite them, the cross-section of the individual openings from one side to the other corresponding to the. with fuel to be supplied combustion chamber parts can be graded.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kanni z. B. statt einer ringförmigen Vertiefung, insbesondere bei stark exzentrischer Vorkammer, eine im wesentlichen sektorförmige Vertiefung vorgesehen sein. Auch kann die ringförmige Vertiefung in mehrere gesonderte Sektoren aufgeteilt werden, z. B. derart, daß jeder Durchtrittsöffnung ein einzelner Sektor zugeordnet ist.The invention is not limited to the illustrated embodiment. So can z. B. instead of an annular recess, especially when it is very eccentric Antechamber, a substantially sector-shaped recess may be provided. Also can the annular recess can be divided into several separate sectors, e.g. B. such that each passage opening is assigned a single sector.

Claims

PATENT ANSYR. CIIE: i. Dieselmaschine mit einer Vorkammer, welche urch eirizelne# näc II-den=färigsteileti des Hauptbrennraumes gerichtete Durchtri_ttsöffnungen mit dem durch, eine Vertiefung im Iiölbenboden gebildeten Hauptbrennraum i'n Verbindunb steht, dadurch gekennzeichnet, däß der vorzugs-#vei.se durch einen Einsatz gebild#te, die Durchtrittsöffnüngen, enthaltende Teil 'der V6rl:ammerr@'@o weit in den Hauptbrennraurn hineinragt und der Kolben o#den mit einer mitteren und einer ring- oder se_ gmentförmigen_ ' Vertiefung derart gestaltet ist, daß im oberen Kolbentotpunkt das Vorkammerende in die mittlere Vertiefung eintaucht und die durch die schräg nach abwärts gerichteten Durchtrittsöffnungen austretenden Vorkammerstrahlen unmittelbar von der Wandungsfläche der ring-oder segmentförmigen Kolbenbodenvertiefung im Sinne der im Verdichtungshub entstehenden Luftwirbel nach außen geführt werden. PATENT ANSYR. CIIE: i. Diesel engine with an antechamber which is connected to the main combustion chamber formed by a depression in the bottom of the chamber, characterized by the fact that the preferred embodiment is formed by an insert #te, part of the V6rl that contains the passage openings: ammerr @ '@ o protrudes far into the main combustion chamber and the piston is designed with a central and an annular or segment-shaped recess in such a way that the end of the antechamber is at the top dead center of the piston immersed in the middle recess and the antechamber jets exiting through the obliquely downwardly directed passage openings are guided to the outside directly from the wall surface of the ring-shaped or segment-shaped piston bottom recess in the sense of the air eddies created in the compression stroke.

2. Dieselmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das in die mittlere Vertiefung des #olbenbod-°ns eintauchende Ende der Vorkammer im oberen Kolbentotpunkt mit nur geringem Spiel von der entsprechend ausgebildeten Wandung der Vertiefung umschlossen wird. 2. Diesel engine according to claim i, characterized in that that the end of the antechamber dipping into the middle recess of the # olbenbod- ° ns in the top dead center of the piston with only a small amount of play from the appropriately designed one Wall of the recess is enclosed.

3. Dieselmaschine nach Anspruch i und 2, -dadurch gekennzeichnet, daß das in die'mittlere Vertiefung des Kolbenbodens eintaüchende Ende der Vorkammer stark _abgerundet in die__ die ; c-rittsöffnungen #enthalterideri# - S#eitenwandungen. der Vorkammer bzw. des Einsatzes ; übergeht. q.. 3. Diesel engine according to claim i and 2, - characterized in that the dipping into the middle recess of the piston crown End of the antechamber strongly rounded into the; c-openings # enthalterideri # - side walls. the antechamber or the insert; transforms. q ..

Dieselmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen sich gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilen. Diesel engine according to claim i to 3, characterized in that the passage openings are Distribute evenly over the entire circumference.

5. Dieselmaschine nach. Anspruch i bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen zur Waagerechten leicht geneigt, z. B. unter einem Winkel von ungefähr io bis 2o", in den Hauptbrennraum ausmünden und der bis dicht an die Durchtrittsöffnungen herantretende Boden der abgerundeten ringförmigen Kolbenvertiefung anschließend an die Durchtrittsöffnungen unter einem im wesentlichen gleichen Winkel geneigt ist. 5. Diesel engine after. Claim i to 4., characterized in that the passage openings to the horizontal easily inclined, e.g. B. at an angle of about io to 2o ", in the main combustion chamber open out and the bottom of the rounded annular piston recess adjoining the passage openings is inclined at a substantially equal angle.

6. Dieselmaschine mach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, da.ß die Vorkammer schräg angeordnet ist und die ringförmige Vertiefung exzentrisch zur Vorkammerausmündung bzw. zur mittleren Vertiefung im Kolbenboden nach derjenigen Seite versetzt liegt, nach welcher der Kolbenboden mit der Vorkammerachse einen stumpfen Winkel bildet. 6. Make diesel engine Claims 1 to 5, characterized in that the antechamber is arranged obliquely and the annular recess eccentric to the opening of the antechamber or to the central one Depression in the piston head is offset to the side after which the The piston head forms an obtuse angle with the prechamber axis.

7. Dieselmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnungen nach derjenigen Seite des, Hauptbrennraumes, nach welcher die Vorkammerachse einen. stumpfen Winkel mit dem Kolbenboden bildet, einen größeren Querschnitt haben als die nach der gegenüberliegenden Seite gerichteten Öffnungen, wobei die Querschnitte der Öffnungen von der einen zur anderen Seite entsprechend den mit Brennstoff zu beliefernden Brennraumteilen abgestuft sein können. B. Dieselmaschine nach Anspruch i bis 7, dadurcli-ä kennzeichnet, daß die Vorkammer aus einem der Einspritzdüse benachbarten erweiterten Raumteil und einem nach dem Hauptbrennraum zu ini Richtung der Einspritzdüse gelegenen kanalförmigen Raumteil -besteht, an dessen in den Hauptbrennraum eintauchendem Ende die Durchtrittsöffnungen angeordnet sind, wobei beide Raumteile durch ein. gemeinsames Einsatzstuck ausgekleidet bzw. gebildet sein können.7. Diesel engine according to claim 6, characterized in that the passage openings after that Side of the, main combustion chamber, after which the antechamber axis one. obtuse angle forms with the piston head, have a larger cross-section than that after the opposite Side-facing openings, the cross-sections of the openings from the one to the other side according to the combustion chamber parts to be supplied with fuel can be graded. B. Diesel engine according to claim i to 7, dadurcli-ä indicates, that the antechamber from an enlarged space part adjacent to the injection nozzle and a channel-shaped one located after the main combustion chamber in the direction of the injection nozzle Part of the space exists, at the end of which dipping into the main combustion chamber, the passage openings are arranged, with both parts of the room through a. common insert lined or can be formed.