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Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung.
Gegenstand des Patentes Nr. 125545 ist ein Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung, insbesondere Dieselmaschinen, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass der flüssige Brennstoff auf dem Wege zum Arbeitszylinder unter Druck erwärmt wird. Eine solche Erwärmung hat hauptsächlich folgende Vorteile :
1. Es wird durch die Erwärmung das Flüssigkeitsvolumen vergrössert, wodurch sowohl die Brennstoffpumpen als auch die Löcher der Einspritzdüsen vergrössert werden können und der Betrieb sowohl in bezug auf das genaue Arbeiten der Pumpe als auch in bezug auf die Verstopfung der Düsenlöcher günstiger gestaltet wird.
2. Es wird dadurch, dass beim Einspritzen in den Zylinder ein Teil des Brennstoffes infolge der bei der Einspritzung entstehenden Druckverminderung verdampft, die Zerstäubung verbessert.
3. Es wird durch die Dampfbildung und auch durch die bessere Zerstäubung die Verbrennung begünstigt und die Verbrennungsdauer verkürzt.
Durch ein solches Verfahren wird erreicht, dass die mit Brennsloffeinspritzung arbeitenden Maschinen (Dieselmaschinen) mit einer höheren Drehzahl betrieben werden können als ohne Vorwärmung.
Die genannten Vorteile können um so stärker zur Geltung gebracht werden, je höher die einzuspritzende Flüssigkeit unter Druck vorgewärmt wird. Die Grenze der Vorwärmung ist dadurch gegeben, dass die Brennstoffeinspritzpumpe nur Flüssigkeit ansaugen darf. da sonst. wenn auch Brennstoffdampf angesaugt würde, die Dosierung unsicher würde, weil der Dampf ein viel grösseres Volumen als die Flüssigkeit hat.
Die Erfindung zielt darauf ab, die genannten Vorteile bis zur äussersten Grenze auch ohne die Verwendung eines vermittelnden Heizmediums auszunutzen, u. zw. dadurch, dass man den einzuspritzenden Brennstoff selbst unvermittelt seine Vorwärmung durch seinen Dampfdruck, seine Dampfdichte. seine Temperatur od. dgl., u. zw. durch diese Grössen einzeln oder in beliebiger Weise kombiniert, regeln lässt.
Die Benutzung des Brennstoffdampfes, der Dampfdichte oder der Temperatur des vorgewärmten Brennstoffes hat den Vorteil, dass die gewünschte Regelung auch hei solchen Brennstoffen sicher erreicht werden kann, für welche (wie es zumeist in der Praxis tatsächlich vorkommt) die thermischen Eigenschaften (Zusammenhang zwischen Dampfdruck und Temperatur usw. ) unbekannt sind.
Wenn der Dampfdruck zur Regelung verwendet werden soll, so wird gemäss der Erfindung die Heizung so durchgeführt, dass die Flüssigkeit während der Erwärmung an der Oberfläche bzw. in der Nähe der Oberfläche wärmer ist als in den tieferen Stellen der Flüssigkeit. Der im oberen Teil der Flüssigkeit sich bildende Dampf wird dann zur Regelung der Heizung ausgenutzt, während aus dem unteren kälteren Teile der Flüssigkeit die Pumpe den einzuspritzenden Brennstoff ansaugt.
Da zur Regelung der Heizung die Bildung ganz geringer Dampfmengen genügt und durch eine entsprechende Gestaltung des Heizgefässes sicher erreicht werden kann, dass im untersten Teil der Flüssigkeit eine um einige Grade tiefere Temperatur herrsche
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als an der zu verdampfenden Oberfläche, so kann sicher erreicht werden, dass die Brennstoffpumpe Flüssigkeit von einer Temperatur ansauge, welche um einige Grade unter der Sattdampftemperatur liegt, welche dem im Heizgefäss befindlichen Drucke entspricht.
Die Vorwärmung des Brennstoffes kann auch stufenweise vorgenommen werden, indem der Brennstoff in mehreren Heizgefässen nacheinander immer bis auf einige Grade unter der dem Druck im betreffenden Gefäss entsprechenden Sattdampftemperatur erwärmt wird.
Die Regelung der Heizung kann aber statt durch den Dampfdruck auch durch die Temperatur der Flüssigkeit bzw. durch die Dichte des Dampfes geregelt werden. Eine solche Regelung ist zweckmässig, wenn man die Erwärmung der Brennstoffflüssigkeit bis zum kritischen Punkt durchführen will. Die Erwärmung bis zum kritischen Punkt hat ausser den oben erwähnten Vorteilen noch den Vorzug, dass bei der kritischen Temperatur das Flüssigkeitsvolumen ein Maximum hat und dass bei dieser Temperatur die Flüssigkeit und der Dampf gleiches Volumen besitzen, also die regelrecht Dosierung der Pumpe durch Ansaugen von Dampf und Flüssigkeit gemischt nicht ungünstig beeinflusst wird.
Die Regelung der Erwärmung ; wenn der kritische Punkt erreicht werden soll, kann auf Grund des Prinzips durchgeführt werden, dass bei dieser Temperatur Dampf und Flüssigkeit gleiches Volumen bzw. gleiche Dichte haben. Es kann daher jede selbsttätige Kesselwasserstands-RegIervorrichtung zur Regelung der Heizung benutzt werdenDie Wirkung dieser Vorrichtungen ist nämlich allgemein darauf aufgebaut. dass Dampf und Flüssigkeit verschiedene spezifische Gewichte haben oder die Wärmeleitungsfähigkeit oder den elektrischen Widerstand verschieden- beeinflussen. Jede dieser Vorrichtungen kann also dazu benutzt werden, die Heizung des Heizgefässes derart zu regeln, dass darin angenähert die kritische Temperatur herrscht.
In der Zeichnung ist in Fig. 1 als Ausführungsbeispiel eine stufenweise Vorwärmung des Brennstoffes, die durch den Dampfdruck geregelt wird, gezeigt.
Die Pumpe 1 saugt Brennstoff aus dem Behälter 2 und fördert die Brennstoffflüssigkeit in das erste Heizgefäss 3. Dieses Gefäss ist durch eine elektrische Heizvorrichtung 4 an der zylindrischen Mantelfläche gewärmt. Die Regelung der Heizung erfolgt durch einen mit dem Gefäss 3 zusammenwirkenden Kolben 5, der vermittels eines unter der Wirkung einer Feder 18 stehenden Hebels 6 eine elektrische Regelvorrichtung 7 betätigt.
An das Gefäss 3 ist unten die Saugleitung einer Pumpe 8 angeschlossen, die den Brennstoff unten aus dem Gefäss 3 absaugt und denselben in das Heizgefäss 9 fördert, welches durch eine elektrische Heizvorrichtung 10 erwärmt wird, wobei diese Heizung durch einen Kolben 11 vermittels eines unter der Wirkung einer Feder 19 stehenden Hebels 12 und einer elektrischen Regelvorrichtung 13 geregelt wird.
An das Gefäss 9 ist unten die Saugleitung einer Pumpe 14 angeschlossen, die den Brennstoff aus dem unteren Teile des Gefässes 9 absaugt und denselben entweder unmittelbar oder durch ein gesteuertes Ventil 15 in den Arbeitszylinder 16 fördert. Im ersten Falle, also bei unmittelbarer Förderung, fällt das Ventil 15 weg und die Pumpe 14 fördert den Brennstoff durch eine offene Düse 17 in den Zylinder, wobei aber das Druckventil der Pumpe gesteuert ist.
Die Wirkungsweise der Heizungsregelung ist folgende :
Sobald duich die Heizung im Heizgefäss 3 jene Temperatur überschritten wird. welche dem Dampfdruck entspricht, der durch Federdruck und den Kolbendurchmesser 5 einheitlich bestimmt ist, entsteht an der Oberfläche der geheizten Flüssigkeit ein wenig Dampf, der den Kolben 5 entgegen der Federkraft in die Höhe bewegt und dadurch die Heizung insolang vermindert, bis die dem Druck im Gefässe entsprechende Temperatur aufrechterhalten bleibt.
Die Form des Behälters (hohe vertikal-zylindrische Gestaltung) und die Anordnung der Heizung im Gefässmantel hat zur Folge, dass die Flüssigkeit in der Nähe der Oberfläche um einige Grade wärmer sein wird als in dem unteren Teil. Die Dampfbildung wird sich also auf den oberen Teil der Flüssigkeit beschränken, während vom unteren Teil bzw. am untersten Punkt Flüssigkeit von der Pumpe 8 abgesaugt wird.
Der Druck im Behälter 3 und im Behälter 9 kann durch die Gestaltung der Federn 18 bzw. 19 beliebig geregelt werden. Die Pumpe 14 saugt die Flüssigkeit vom Gefäss 9 unter einen niedrigeren Druck an, als bei welchem die Einspritzung erfolgen soll. Es ist selbstver- ständlich, dass sowohl unmittelbare Einspritzung als auch Vorkammereinspritzung angewendet werden kann.
Die Tourenzahl der Pumpe 14 ist durch die Tourenzahl der Maschine 21 und deren
Taktzahl bestimmt, während die Pumpe 8 und 1 mit einer beliebigen, jedoch der angestrebten
Wirkung angepassten Tourenzahl betrieben werden können. Die Brennstofferwärmung kann auch in einer Stufe, mit Hilfe eines einzigen Heizgefässes, durchgeführt werden ; in diesem
Falle fällt die Pumpe 1 und der Heizbehälter 3 samt Ausrüstungen weg, und die Pumpe 8 saugt direkt aus dem Brennstoffbehälter 2.
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Falls die Regelung der Heizung bzw. der Brennstoffvorwärmung nicht durch den Dampfdruck erfolgt, sondern durch die Dampfdichte, um eine die kritische Temperatur des Brennstoffes annähernde Vorwärmung zu erreichen, kann die Regelung der Heizung mit einem beliebigen Kesselwasserstand-Sicherungsapparat erreicht werden.
In Fig. 2 der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung gezeigt, welche auf elektrischem Wege wirkt. Im Heizgefäss 22, in welchem der Flüssigkeitsspiegel durch eine Abflussleitung 23 gesichert ist. ist in dem Flüssigkeitsraum eine elektrische Leitung bzw. ein elektrischer Widerstand 24 und in den DampfLeil des Gefässes ein zweiter elektrischer Widerstand 25 untergebracht. Beide Widerstände sind aus einem Material angefertigt, durch welches sie je nach der Natur (der Dichte) des Mittels, in welches sie eingetaucht werden, verschiedenen elektrischen Widerstand aufweisen. Die beiden Widerstände sind in eine WheatstonBrücke, welche durch die Widerstände 24, 25, 26, 27 und die Brücke 28 gebildet ist, eingeschaltet.
Solange die Dichte des Dampfes und der Flüssigkeit verschieden sind, entsteht in der Brückenleitung 28 Strom, welcher durch das Relais 29 den Kontakt 30 schliesst, wodurch der von der Stromquelle 31 gelieferte Strom durch die Heizleitung 32 des Gefässes 22 strömt.
Sobald der Zustand im Heizgefäss den kritischen Punkt des Brennstoffes erreicht hat, sind die Widerstände 24 und 25 gleich gross ; die Brücke 28 wird stromlos und das Relais 29 lässt den Kontakthebel 33 fallen, wodurch der Kontakt 30 und dadurch der Heizstrom unterbrochen wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschienen mit Brennstoffeinspritzung gemäss Patent Nr. 125545, dadurch gekennzeichnet, dass man den einzuspritzenden Brennstoff selbst unvermittelt seine Vorwärmung durch seinen Dampfdruck, seine Dampfdichte, seine Temperatur od. dgl., u. zw. durch diese Grössen einzeln oder in beliebiger Weise kombiniert, regeln lässt.