AT111748B

AT111748B - Verfahren von Vorrichtung zur Herstellung eines Brennstoffluftgemisches zum Laden von Verbrennungskraftmaschinen.

Info

Publication number: AT111748B
Authority: AT
Original assignee: Friedr Deckel Praez Smechanik
Priority date: 1925-01-20
Filing date: 1925-11-03
Publication date: 1928-12-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Brennstoffluftgemisches zum Laden von Verbrennungskraftmaschinen.
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stehenden Zeit günstige Verhältnisse zu erhalten, muss der Brennstoff in feinste Teilchen zerlegt und möglichst gleichmässig auf den Verbrennungsraum verteilt werden.

Beim Einspritzverfahren mittels Luft. bei dem eine beträchtliche, etwa 10% der im Verbrennungsraum enthaltenen Luftmenge den vorgelagerten Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit hineinbläst, wird eine gute Verteilung des Brennstoffes auf den Luftraum bewirkt, jedoch verbleiben verhältnismässig grosse Tröpfchen, die einen gewissen Zünd- verzug bedingen, und es besteht ferner der Nachteil einer unangenehmen Apparatur und einer starken Temperatursenkung. Bei der luftlosen Einspritzung sind zwei Verfahren zu unterscheiden. Einmal wird der Brennstoff unter mässigem Drucke (etwa 100 Atm.) zwischen scharfen Kanten durch schmale Spalt-
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für die Verteilung in den Brennraum.

Bei dem zweiten Verfahren wird der Brennstoff unter hohem Drucke (etwa 400 Atm. ) in den Brennraum hineingetrieben. Die hiebei entstehenden verhältnismässig grossen Brennstofftröpfchen werden wohl tief in den Brennraum hmeingetrieben, aber die allmähliche Zer- splitterung und Vergasung bedingen einen gewissen Zündverzug und eine Brenndauer, die eine von den Ausmassen der Maschine und den besonderen Verhältnissen abhängige Drehzahl der Maschine nicht zu
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stammende Wärme teilweise oder ganz zu vergasen. Auf diese Weise kann wohl eine feine Zerteilung des Brennstoffes, aber nicht eine genügende Durchschlagskraft der Brennstoffteilehen erreicht werden.

Diesen bekannten Verfahren gegenüber unterscheidet sich die Erfindung dadurch, dass eine regelbare Menge Brennflüssigkeit mit weniger als 2% der zur Verbrennung notwendigen Luft innig vermischt und das Gemisch verdichtet wird, bis eine Emulsion entsteht, in der die Brennflüssigkeit einen beträchtlichen Teil bildet, wobei nach Einführung in den Verbrennungsraum das in der Emulsion enthaltene Gas sich ausdehnt und ein kräftiges Zerreissen der Brennflüssigkeitsteilchen bewirkt. Durch dieses Verfahren werden die Vorteile der obenangeführten bekannten Verfahren ohne ihre Nachteile weitgehend vereinigt und es wird eine grosse Schnelläufigkeit bei guter Brennstoffausnutzung erreicht.

Zur Erzeugung der Emulsion wird Brennflüssigkeit unter Druekzerstäubung in eine Luftmenge eingespritzt, das Gemisch durch enge Öffnungen gepresst und in einer oder mehreren Stufen verdichtet. Um die Emulsion zu verbessern bzw. ihren Zustand zu erhalten, wird dieselbe erfindungsgemäss im Kreislauf geführt und durch eine Regelvorrichtung aus diesem Kreislauf die zur Verbrennung notwendige Menge entnommen.

Die Mengenregelung der Emulsion kann durch einen Drehschieber erfolgen, der je nach seiner axialen Stellung bei jeder Umdrehung während eines grösseren oder kleineren Winkelweges den Sammei- raum mit der Brennstoffleitung in Verbindung setzt.

Zum schnellen Schliessen des Abschlussventils nach dem Verbrennungsraum, wodurch ein Nach-
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Dieser Mitteldruckraum ist in den Vermischungs-bzw. Verdichtungsweg eingeschaltet und das aus der Brennstoffleitung abströmende Gemisch wird wieder verdichtet und nach dem Sammelraum geführt. wodurch ein die Emulsionsbildung bzw. -erhaltung fördernder Kreislauf erreicht wird.

Um die Spannungen im Hoch- und Mitteldruckraume im bestimmten Verhältnis zueinander zu halten, ist ein Differentialkolben angeordnet, der gleichzeitig als Überdruckventil ausgebildet ist, so dass bei zu hohem Drucke im Sammelraume ein Teil der Emulsion in den Mitteldruckraum abströmen kann.

Die absoluten Spannungen im Sammel-und Mitteldruekraume werden durch ein weiteres Überdruckventil geregelt, das bei zu hohem Drucke vom Mitteldruckraume Gemisch nach demBrennstoffbehälter zurück- leitet. Dieses zurückgeleitete Gemisch entmischt sich und dient dazu, einen niedrigen Druck in dem
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Gas entweichen.

Auf den beiliegenden Zeichnungen ist eine Vorrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 die Gesamtanordnung an einer Verbrennungskraftmaschine ; Fig. 2 die Draufsicht auf die Vorrichtung zur Gemischbildung, Regelung und Verteilung ; Fig. 3 ist ein Schnitt durch die Gemischpumpe nach der Linie A - Ader Fig. 2. Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Pumpe nach der Linie B- B der Fig. 2. Fig. 5 zeigt den sich drehenden Verteiler nach Fig. 3 im Schnitt, in vergrössertem Massstabe.

Fig. 6 ist eine Abwicklung des Verteilerumfanges im selben Massstab wie Fig. 5. Fig. 7 ist ein Querschnitt durch den Verteiler nach der Linie 0-0 der Fig. 5. Fig. 8 ist ein Schnitt durch den Verteiler nach der
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rückleitung J'mit'der Pumpe in Verbindung.

Die Gemischpumpe wird durch eine Welle im festen Verhältnis zur Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in nicht näher gezeigter Weise angetrieben. An und für sich ist dies bei der beschriebenen
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Aus der Saugleitung 4 tritt die Brennflüssigkeit in eine Bohrung 12 des Körpers 1 und von dort in den Zylinderraum 13 des Brennstoffkolbens 10. Um eine Regelung der bei jedem Kolbenhub zugeführten Brennflüssigkeitsmenge zu erzielen, ist der Brennstoffkolben ; ? mit einem Absatz 14 ausgeführt,
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regelt die geförderte Brennstoffmenge in der Weise, dass bis zum Eintritt in diese Bohrung die durch die Saugleitung 4 und J2iB den Zylinderraum Jf. 3 eingeführte BrennHüssigkeit wiederin die Saugleitung zurück- geschoben wird, Die Fördermenge ist also-gleich dem Produkt aus dem Querschnitte des Absatzes 14, multipliziert mit der Eintauchtiefe in die Bohrung.

Die- verdrängte Brennflüssigkeit wird durch eine zentrale Öffnung im Kolben über ein als Widerstand ausgebildetes Kugelventil 19 in eine Aussparung 20 auf der Umfläche des Kolbens getrieben, von wo es durch eine Bohrung 21 kleineren Durchmessers in den Zylinder 22 des Luftkolbens 9 unter Druck eingespritzt wird. Durch die Druckzerstäubung wird die Brennflüssigkeit in weitgehendem Masse vemebelt und mit der im Zylinder 22 befindlichen Luft vermengt.

Der Widerstand des Ventils 19 ist grösser als der Druck beim Zurückschieben der Brennflüssigkeit in die Saugleitung. damit während dieser Periode nichts durchtreten kann.

Beim Beginn des Einspritzens hat der Luftkolben 9- gerade seinen Verdielhtungshub begonnen und beim Ende des Einspritzens in der oberen Totpunktlage des Brennstoffkolbens 10 schliesst der Luftkolben die Bohrung 21 ab, so dass beim Saughube des Brennstoffkclbens kein Gemisch vom Luftzylinder 22 zurückströmen kann. Der Luftinhalt des Zylinders 22 wurde in der unteren Totpunktlage des Kolbens 9
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mit einem entsprechenden Behälter, beispielsweise mit der Auspuffleitung des Motors, herstellen.

Die Luft vermischt sieh mit der durch die Bohrung 21 in vernebeltem Zustand hineingetriebenen Brennflüssigkeit und wird gemeinsam mit dieser beim Aufwärtsgang des Kolbens 91 verdichtet.
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so dass der verdichtete Jnhalt des Zylinders 22 nach dem Zylinder 27 überströmen kann. Bei dieser Stellung des Kolbens 9 steht der Gemischkolben H ungefähr in niedrigster Stellung, so dass er die Öffnung 26

nicht verdeckt. Im Augenblick aber, in dem der Kolben 9 die obere Totpunktlage erreicht, schliesst die obere Kante des Kolbens 11 die Verbindungsöffnung 26 ab. so dass der zurückgehende Kolben 9 kein Gemisch zurücksaugen kann.

Das Gemisch wird beim Durchpressen durch die feinen Öffnungen weiter gemengt und im Zylinderraum 27 weiter verdichtet. Letzterer steht durch eine zentrale Öffnung 28 im Kolben 11 mit einer Aus- sparing 29 an der Kolbenumfläehe in Verbindung, von wo das Gemisch bei entsprechender Stellung des Kolbens 11 durch eine Bohrung 30 (Fig. 2) nach einer Aussparung. M des Brennstoffkolbens 10 übertreten
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Die innige Gemischbildung, die tatsächlich erreicht wird, beruht darauf, dass einmal die Brennflüssigkeit unter Druck in die zu verdichtende Luft eingespritzt wird. dass dann Brennstoff und Luft gemeinsam durch enge Kanäle gepresst werden und dass ferner das Gemisch in mehreren Stufen gemeinsam verdichtet wird.

Eine Mengenregelung des in den Verbrennungsraum einzuspritzenden Gemisches geschieht im vorliegenden Falle durch einen Drehschieber 33. der gleichzeitig als Verteiler ausgebildet ist. Der Antrieb des Schiebers. 33 erfolgt von der Hauptwelle 8 über zwei Schraubenräder und einer Welle-34, die durch eine Einfräsung als Mitnehmer für den Schieber ausgebildet ist. Die Mitnehmerverbindung gestattet dem Schieber eine axiale Bewegung unabhängig von der Welle 34. Die axiale Verstellung erfolgt durch ein Ritzel.'35. das mit einem mit zahnstangenförmigen Rillen versehenen Drehteil. 36 in Eingriff steht.
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Gemisches hoher Spannung und 40 für Gemisch niederer Spannung ausgebildet.

Das in die Bohrung 32 überströmende verdichtete Gemisch tritt in eine Ringnut 41 (Fig. 3) auf der Aussenfläche der Buchse 37, die durch Verbindungsöffnungen 42 mit einer Ringnut 43 auf der Innen- fläche der Bohrung der Büchse-37 in Verbindung steht und tritt durch Öffnungen 44 in der Wandung des Schiebers in den Sammelraum 39. Eine bzw. mehrere der Anzahl der Zylinder entsprechende Brennstoffleitungen 73 (in der Fig. 8 ist der Anschluss für drei Zylinder dargestellt) stehen mit Löchern 4.) (Fig. 5, 8) in der Wandung der Büchse 37 in Verbindung.

Eine absetzende Verbindung mit den unter hohem Drucke stehenden Sammelraum 39 wird während jeder Umdrehung durch eine trapezförmige Öffnung 46 in der Wandung des Schiebers 33 hergestellt. Bei einer axialen Verstellung des Schiebers tritt ein grösserer oder kleinerer Schnitt der Öffnung 46 mit den Leitungsöffnungen 45 in Verbindung, wodurch bei gleichbleibendem Druck im Sammelraum 39 eine verschieden grosse Gemischmenge dem bzw. den Verbrennungsräumen zugeführt wird. Die Brennstoffleitungen 7. 3 stehen mit Längsnuten 47 am Umfang der Büchse 37 in Verbindung.

Radiale Bohrungen 48 (Fig. 5 und 9) stellen eine Verbindung der Nuten mit dem Innenraum der Büchse-37 her, so dass durch eine Aussparung 49 in der Wandung des Schiebers 3. 3 bei jeder Umdrehung eine periodische Verbindung mit dem Raum 40 hergestellt wird. Die Öffnung 16 und die Aussparung 49 liegen so zueinander, dass bei Schluss der Verbindung der Brennstoffleitung 45 mit dem Sammelraum 39 durch die steuerde Kante 50 (Fig. 6) die entsprechende steuernde Kante 51 der Aussparung 49 gerade Verbindung mit dem Raum 40 herstellt, wodurch eine plötzliche Drueksenkung in der Brennstoffleitung auf den Druck des Raumes 40 erfolgt.

Die Öffnungen 44, 46 und 49 sind in Grösse und Lage zueinander so angeordnet, dass unter Berücksichtigung des Druckunterschiedes das Regelungsorgan 33 sowohl gegen seitlichen hydraulischen Druck wie gegen Kippmomente entlastet ist (Fig. 6).

Durch eine Bohrung 52 und eine ringförmige Aussparung 53 in dem Schieber eine weitere
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steht der Raum 40 dauernd in Verbindung mit einem Speicherraum 57 (Fig. 4), der zu einem besseren Druckausgleich vorgesehen ist.

Da bei jeder Drueksenkung in der Verbrennungsleitung eine gewisse Gemischmenge nach dem Raum 40 bzw. 57 abgeführt wird, ist es notwendig, dieses unter niederem Drucke stehende Gemisch wieder zu verdichten. Hiedurch entsteht ein Kreislauf eines Teiles des im Sammelraume enthaltenen Gemisches, der die Gemischbildung bzw. Erhaltung fördert. Hiezu ist eine Verbindungsbohrung 58 vom Raume 57
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Gemisch aus dem Raum 57 in den Zylinder 27 eintritt. Bei den vorgesehenen Gemisch-und Verdichtungs- verhältnissen ist die Abmessung des Zylinders 27 gross genug gewählt, um eine beträchtliche Gemisehmenge aus dem Raum 57 entnehmen zu können.

Das Druckverhältnis zwischen dem Sammelraume 39 und dem Raume40wird durch einen Differentialkolben 59 bestimmt (Fig. 5), der mit einem Kolbenteile kleineren Durchmessers in einer Bohrung der Zwischenswand 38 sich bewegt, während der grössere Kolben in der Bohrung des Mitteldruckraumes 40

geführt ist. Bei zu hohem Drucke im Sammelraume wird der Kolben 59 nach unten geschoben, bis durch eine Bohrung 60 und Querbohrung 61 eine Verbindung des Sammelraumes 39 mit einer Aussparung 62 des Raumes 40 hergestellt wird und ein Gemisch überströmen kann. Ein Begrenzungsstift 63 im oberen Ende der Nabe der Zwischenwand 38 verhindert ein Anschlagen des Kolbens. Die Bewegung des Differentialkolbens nach unten wird durch den Boden der Kammer 40 begrenzt.

Damit sich in dem Raume zwischen dem Kolben 59 und der Wand 38 kein Gegendruck bilden kann, ist dieser Raum durch eine Öffnung 64 in der Buchse 37 mit einer Bohrung 65 verbunden, die mit der Rückleitung 5 nach dem Brennstoffbehälter 7 in Verbindung steht.
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eine Feder 67 gegen einen Anschlagstift gehalten. Bei zu hohem Druck wird der Kolben zurückgeschoben, bis Öffnungen 68 im Kolben ein Überströmen des Gemisches in den Federraum 69 gestatten. Derselbe steht durch eine Bohrung 70 mit dem Raum zwischen dem Kolben 59 und der Wand 3S in Verbindung, von wo das überströmende Gemisch, wie oben beschrieben, zum Brennstoffbehälter 7 abgeleitet wird.

Das nach 7 zurückgeführte Gemisch dient dazu, den abgedichteten Behälter unter Druck zu setzen und so die Brennflüssigkeit mit einem gewissen Überdruck zur Pumpe zu befördern.

Die Relativverstellung des Drehschiebers 33 erfolgt durch axiales Verschieben des antreibenden
Schraubenrades. Dieses ist nämlich durch Vorsprünge, die in eine Reihe von Nuten der Hauptwelle 8 passen, gegen Drehung gehalten, kann sieh aber axial bewegen. Zu diesem Zwecke ist eine Schulter 71 (Fig. 4) an dem Zahnrade vorgesehen, das zwischen einer Hülse 72 und einem an der Hülse befestigten
Deckel sich drehen kann, aber axial gehalten wird. Die Hülse 72 ist mit einem Gewinde versehen, so dass sie bei einer Drehung axial nach rechts oder links verschoben wird und das Schraubenrad mitnimmt. wodurch wegen der Steigung der Zahnflanken eine Verdrehung des angetriebenen Schraubenrads bewirkt wird. Das antreibende Schraubenrad ist auf einer Büchse gelagert, die gleichzeitig zur Führung der Welle 8 dient.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffluftgemisches zum Laden von Verbrennungskraft- maschinen durch Einführung des Gemisches in die verdichtete Verbrennungsluft, dadurch gekennzeichnet. dass eine regelbare Menge von flüssigem Brennstoff mit weniger als 2% des zur vollständigen Verbrennung notwendigen Luftgemisches innig vermischt und dieses Gemisch verdichtet wird, wobei die so gebildete
Emulsion in den Verbrennungsraum eingeführt wird, wo das in der Emulsion enthaltene Gas bei seiner
Ausdehnung die Brennstoffflüssigkeit kräftig zerreisst.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ladung aus einer Druckkammer zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Ladung der flüssige'Brennstoff unter Druckzerstäubung in eine Luft-oder Gasmenge eingespritzt, das erhaltene Gemisch durch enge Öffnungen gepresst, in einer oder mehreren Stufen (bis zur Emulsionsbildung) verdichtet und in einen Sammelraum gedrückt wird, aus dem es über ein Regelorgan der verdichteten Luft des Verbrennungsraumes zugeführt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung bzw, Verbesserung der Emulsion jeweils ein Teil im Kreislauf zu dem durch den Verbrauch gegebenen Strom geleitet wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen l und 2, dadurch gekennzeichnet. dass eine Pumpe (10, 14) flüssigen Brennstoff in den Zylinder (22) einer Luftpumpe (9) einspritzt, in der das gebildete Gemisch verdichtet und eventuell unter Weiterverdichtung in einer dritten Pumpe (11) einem Sammelraum (. 39) zugeführt wird, von dem es übel'ein Regelungsorgan (. 33) den Zylindern zuströmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennflüssigkeitskolben (10) mit einem Ansatz (14) ausgebildet ist, der in eine Aussparung (15) einer verstellbaren Hülse (16) ein- tritt und dadurch nur während eines regelbaren Teiles seines Hubes fördert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkolben (9) zusammen mit dem Brennflüssigkeitskolben (10) das Überströmen der Brennflüssigkeit in den Luftzylinder (22) steuert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gemischkolben (11) und der Luftkolben (9) das Überströmen des verdichteten Gemisches in den Gemischzylinder (27) steuern, während der Gemischkolben (11) und ein weiterer Kolben, beispielsweise der Brennflüssigkeitskolben (10) das Gemisch in den Sammelraum (39) treten lassen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Sammelraum (39) unter hohem Drucke ein unter niederem Drucke stehender weiterer Raum (40) vorgesehen ist, die beide EMI4.2 mit einem inneren Hohlraum (39) versehen ist, der einerseits durch eine ringförmige Ausspal1lng (43) I und entsprechende Öffnungen (41, 42 und 32) mit der das Gemisch bildenden Pumpe und anderseits <Desc/Clms Page number 5> durch Öffnungen (45) mit einer bzw. mehreren Brennstoffleitungen (73) während jeder Umdrehung in Verbindung gesetzt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung fd6) des Sammel- EMI5.1 binding mis der Brennstoffleitung (73) herstellt.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9. dadurch gekennzeichnet, dass im sich drehenden Regelungsorgan (33) neben dem Sammelraum (39) ein zweiter, unter niederem Drucke stehender Raum (40) angeordnet ist, der durch eine Öffnung (49) während jeder Umdrehung'mit der bzw. den Brennstoff- EMI5.2 dass ein vollständiger hydrostatischer Druckausgleich des Regelungsorgans (33) erfolgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Sammelraum (39) und dem Mitteldruckraum (40) ein Stufenkolben (, angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenkolben (59) durch die Anordnung einer Axialbohrung (60) und einer Querbohrung (61), die bei entsprechender axialer Stellung eine Verbindung zwischen Sammel- und Mitteldruckraum (39, 40) herstellen. als überdruckventil vom Hoch- zum Mitteldruckraum ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Höhe des Druckes im Sammel-und im Mitteldruckraum (39, 40) durch ein Überdruckventil (66) geregelt wird und dass überschüssiges Gemisch in einen Brennstoffbehälter (7) geleitet wird und diesen unter Druck setzt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Überdruckventil (66) zum Regeln der absoluten Druckhöhe im Stufenkolben (59) angeordnet ist und der zwischen dem Stufenkolben und der Absehlusswand (38) befindliche Raum mit dem Brennstoffbehälter (7) in Verbindung steht.