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Verfahren zum Laden einer Brennkraftmaschine und Maschine zur Ausführung des Verfahrens.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Brennkraftmaschine, die ohne weiteres mit einer grossen Anzahl von auf dem Markt befindlichen flüssigen Brennstoffen trotz der Unterschiede in ihrer Natur, ihrem Flüssigkeitsgrad oder ihrer Dichte, wie mit Alkohol, Benzin, Petroleum, mineralischen und vegetabilischen Schwerölen und andern Destillationsrückständen sowie auch mit Gemischen dieser Brennstoffe, zu arbeiten vermag.
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arbeiten, und das Mass der Verdichtung, das für einen Brennstoff geeignet ist, passt nicht für einen andern.
Die Unmöglichkeit, verschiedene Brennstoffe zu verbrennen, hat einzig und allein ihren Grund darin, dass alle Brennstoffe in flüssigem Zustande verbrannt werden. Wenn man dagegen diese Brennstoffe unter Luftabschluss vorher vergast, verändern und vereinheitlichen sich ihre physikalischen
Eigenschaften.
Manche Brennstoffe lassen sich nicht zur Gänze vergasen, nichtsdestoweniger bleiben ihre nicht- vergasten Teile doch brennbar.
Diese Erwägungen führen zu einer Kraftmaschine mit einer Vorkammer oder einem Glühkopf, in welchen der Brennstoff in flüssigem oder gasförmigem Zustande und getrennt von Luft eingeführt wird, die ihrerseits unmittelbar in den Zylinder durch bekannte Mittel eingeleitet wird. Eine derartige
Kraftmaschine erfordert besondere Ladungs-oder Besehiekungsverhältnisse, die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden.
Der Zweck derselben ist, die Technik der Ladung für eine Niederdruckkraftmaschine mit Glühkopf (oder Verbrennungskammer) zu verwirklichen, wobei die Kammer oder der Glühkopf nur durch Unter- druck und ohne Hilfe von Pumpen oder Kompressoren gespeist wird und wobei der Brennstoff und die
Luft getrennt voneinander und aufeinanderfolgend in die Kammer eingeführt werden.
Die Eigenheiten dieser Vorgangsweise ermöglichen, diese bekannte Kraftmaschine, sei es auf- einanderfolgend oder sei es gleichzeitig, mit untereinander so verschiedenen Brennstoffen, wie Alkohol,
Benzin, Benzol, Petroleum, Gasöl, vegetabilischen, mineralischen oder tierischen Schwerölen, zu beschicken oder zu laden.
Da die verwendbare Verdichtung 6-7 Atm. nicht übersteigt, ist es möglich, rasch und ohne
Schwierigkeiten durch dieses Verfahren schon bestehende Kraftmaschinen, die für Benzin bestimmt sind, umzuwandeln, wobei im übrigen eine Ersparung im Verbrauch dieses Brennstoffes selbst erzielt wird.
Die erfindungsgemässen Einrichtungen sind also nur für Motoren mit Vorkammer oder Glühkopf abgestellt und bilden mit ihnen eine untrennbare Einheit.
Der Zweck der Erfindung wird durch die Vereinigung und die besondere Anordnung zweier Arten von Organen erzielt, nämlich erstens von Verteilungsorganen, welche einen integrierenden Bestandteil des Zylinderkopfes bilden, und zweitens von Gefässen mit konstant gehaltenem Flüssigkeitsspiegel.
Die Leitungen und die Verteilorgane sind im Zylinderkopf untergebracht, damit sie durch diesen erhitzt werden ; auf diese Weise wird ein Niederschlagen des Brennstoffes in Tröpfchenform hintangehalten.
Nach einer weiteren Ausbildung wird diese Vorwärmung so weit getrieben, bis der Brennstoff in den
Zustand von mehr oder minder trockenem Dampf übergeht.
Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele erfindungsgemässer Einrichtungen, u. zw. ist Fig. 1 ein Schnitt durch den Kopf einer Kraftmaschine, bei welcher der Brennstoff in flüssigem Zustande in
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die Vorkammer gelangt ; Fig. 2 zeigt ein Gefäss mit konstant erhaltenem Flüssigkeitsniveau für diese Maschine ; Fig. 3 stellt eine Abänderung der Einrichtung nach Fig. 1 dar, woselbst der Brennstoff vor seinem Eintritt in die Vorkammer verdampft wird : Fig. 4 stellt eine Abschlussplatte für diese Vorkammer und Fig. 5 eine Abänderung gemäss der Fig. 3 dar.
Bei der Ausführung nach Fig. 1 ist das Verteilsystcm veranschaulicht, u. zw. ist A der Zylinder,
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welchem sich das nicht dargestellte Auspuffventil befindet ; die Reglerklappe E für die Hauptluft : der Glühkopf G, welcher mit dem Zylinder durch ein Venturirohr ! 7 in Verbindung steht und in welchem die Zündkerze V hineinragt : das Brennstoffzuführungsventil H, dessen Hub durch mechanische Mittel geändert werden kann. Oberhalb dieses Ventils mündet die Brennstoffzuleitung ein, u. zw. in einem
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mit dem einen oder andern von zwei Zerstäubungskegeln L und L' (Fig. 2) in Verbindung gesetzt werden kann.
Dieser Schieber oder Hahn ist mit der Luftklappe E durch einen zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellten Steuermechanismus zwangläufig verbunden.
Alle diese Organe, Glühkopf G, Brennstoffventil H, Leitung I, Schieber K und die Zerstäubungkegel L, sind am Zylinderkopf untergebracht und werden durch diesen erhitzt. Der Zweck dieses Erhitzens besteht darin, ein Niederschlagen des Brennstoffes während seiner unter der Wirkung des Unterdruckes erfolgenden Zerstäubung hintanzuhalten.
Unterhalb des Teiles des Zylinderkopfes, welcher den Schieber K und die Zerstäubungskegel L und L'trägt, befinden sich Zwillingsgefässe M und M'mit konstantem Niveau, die in Fig. 2 in ihren Einzelheiten veranschaulicht sind. In diesen Gefässen sind die üblichen Beschickungs-oder Ladungs- mittel, die bei Flüssigkeitsgefässen mit konstantem Niveau verwendet werden, angeordnet, nämlich ein Schwimmer, ein Nadelventil usw.
In der Mitte jedes Gefässes befinden sich ein Sehacht N, der mit seinem oberen Teil mit der Aussenluft in Verbindung steht und durch eine Ausgleichsdüse 0 beschickt wird ; ein Ausgleichsrohr P. welches in diesen Schacht taucht und konzentrisch zu diesem liegt ; ein Hauptrohr Q in konzentrischer Anordnung zum Rohr P und Schacht N, das in die Laufdüse R endigt, die unmittelbar vom Gefäss gespeist wird ; ein Hauptzerstäubungskegel S, der die Enden der Rohre P und Q verbindet und in dem die erste Mischung mit Luft vor sich geht, die durch die Kanäle T zutritt.
Das sich im Hauptzerstäubungskegel S bildende Gemisch tritt in den Hilfs- oder sekundären Zerstäubungskegel L über, der seinerseits für schwachen Luftzutritt ausgebildet ist.
Die Wirkungsweise ist folgende : Vorerst ist zu erwägen, dass, wenn sich bei geringen Leistungen das Brennstoffventil H nur sehr wenig öffnet, der Ansaugunterdruck auf dieses Ventil deshalb mehr fühlbar wird, weil die Hauptluftklappe E nahezu geschlossen ist. Im umgekehrten Falle öffnet sich bei grösseren Leistungen das Brennstoffventil H, desgleichen auch die Luftklappe E mehr, und der Ansaug- unterdruck wirkt sieh auf das Ventil H in geringerem Masse aus ; demzufolge ist die vom Unterdruck auf das Ventil H ausgeübte Kraft konstant.
Die Menge an Ladung kann auf nachfolgende zwei Weisen geregelt werden : 1. indem man den Hub des Ventils H ändert, in welchem Falle es durch eine Exzenterwelle gesteuert wird, oder 2. indem man den Hub des Ventils konstant erhält, dabei aber die zutretende Menge an Ladung mittels des Dreh- sehiebers steuert, der den Durchtrittsquerschnitt der Öffnungen oder Kanäle verändert, welche den Zutritt des Brennstoffes regeln.
In beiden Fällen erfolgt das Öffnen des Ventils H in der gleichen Phase wie jenes der Luftzutrittsklappe, und das Mass des Unterdruckes kann man erhöhen oder vermindern, indem man der Klappe E in bezug auf dieses Ventil verschiedene Einstellung gibt.
Der Unterdruck entsteht auch in der Leitung I und wirkt sieh auf die im Gefässe 31 befindlichen Spritzdüsen aus.
Der Brennstoff spritzt durch die Ausgleichsdüse 0 und die Laufdüse R empor. Bei Erhöhung der Geschwindigkeit der Kraftmaschine nimmt der Unterdruck bei R und im Rohr Q zu, dagegen sinkt gleichzeitig der Flüssigkeitsspiegel im Rohr P, denn die Abgabe durch die Düse 0 ist durchaus konstant und unabhängig von der Wirkung des Unterdruckes, da der Schacht N mit der freien Luft in Verbindung steht. Der Vorgang vollzieht sich wie bei den üblichen Vergaser.
Die konzentrische Anordnung des Schachtes N und der Rohre P und Q beseitigt jeden Einfluss einer Neigung der Kraftmaschine, da der Flüssigkeitsspiegel in den Rohren konstant bleibt.
Der aus den Rohren P und Q kommende Brennstoffstrahl mischt sich mit der Luit, die durch die Kanäle T des Hauptzerstäubungskegels eintritt, welch letzterer die beiden Rohre P und Q konzentrisch umgibt und verbindet.
Diese Mischung trifft neuerlich mit einem Luftstrahl im Hilfszerstäubungskegel L oder L'zusammen, je nachdem der Betrieb mit dem einen oder dem andern Flüssigkeitsgefäss erfolgt. Von diesem Momente an durchzieht das Gemisch den Schieber K und die ganze Zuleitung bis zum Ventil H und erfährt dabei während des Durchganges durch den Zylinderkopf infolge der dort herrschenden Temperatur eine erste
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Erhitzung, bevor es in die Vorkammer oder in den Glühkopf übertritt, in welchem die Vergasung vor sich geht.
Die Temperatur in dieser Vorkammer oder in diesem Glühkopf ermöglicht die Verwendung sehr armer Gemische und damit einen sehr geringen Brennstoffverbrauch.
Letzten Endes vermag das vorstehend beschriebene Ladungs- oder Besehickungssystem eine weitergehendere, allmähliche Verdampfung des Brennstoffes zu einem mehr oder minder trockenen Dampf hervorzurufen. Zweckmässig, aber nicht notwendigerweise, wird dem Brennstoff eine minimale und für eine Entzündung des Gemisches unzureichende Menge an Luft beigemischt, die das Mitreissen besorgt.
Dieses sehr reiche und in dampfförmigem Zustande in den Glühkopf während der Ansaugperiode eingeführte Gemisch vollendet dortselbst seine Vergasung bis zu dem Augenblick, wo die Luft aus dem Zylinder während der Verdiehtungsperiode dorthin eintritt ; das alsdann richtig dosierte und durch die Wirbelungen infolge des Venturirohres zwischen Glühkopf und Zylinder homogenisierte Gemisch wird im gewünschten Augenblick durch die Kerze gezündet.
Die Einführung des Brennstoffes in dampfförmigem Zustande hat gegenüber jener, bei welcher der zerstäubte Brennstoff in flüssigem Zustande zugeführt wird, die nachfolgenden Vorteile : 1. wird eine gleichmässigere Verteilung über die einzelnen Zylinder und demzufolge ein besseres Kräftegleichgewicht in der Maschine erhalten ; 2. wird die vollkommene Vergasung des Brennstoffes in der Verbrennungskammer unterstützt und beschleunigt und demzufolge eine bessere Verbrennung erzielt und 3. wird die Temperatur dieser Kammer konstanter und in für die verschiedenen Laufgeschwindigkeiten der Maschine geeigneterer Höhe gehalten.
Im flüssigen Zustande eingeführter Brennstoff kühlt die Verbrennungskammer bei niedrigerer Tourenzahl beträchtlich ab. Es ist daher notwendig, die abgekühlten Partien des Zylinderkopfes thermisch zu isolieren, was aber bei höherer Tourenzahl des Motors eine zu starke Erhitzung nach sich zieht, die zu vorzeitigen Zündungen Anlass geben kann. Da die Einführung des Brennstoffes in dampfförmigem Zustande die Verbrennungskammer weit weniger kühlt, ist es möglich, dort eine weniger stark schwankende Temperatur aufrechtzuerhalten, die bei allen Tourenzahlen eine gute Verbrennung gewährleistet.
Die Vorteile dieser Massnahmen sind für den Fachmann sofort erkenntlich. Sie ermöglichen einen Wechsel der Brennstoffe bei relativ geringem Verbrauch und halten die normale Leistung und Gesehwindigkeit der Kraftmaschine aufrecht, ohne dass schädliche Schwingungen aufträten. Ferner wird durch sie die Verdünnung des Öles im Karter durch die unverbrannten Rückstände des bzw. der verwendeten Brennstoffe hinangehalten.
Die Erfindung ist sowohl für Zweitakt-als auch Viertaktkraftmaschinen anwendbar.
Eine weitere Ausbildung der vorliegenden Erfindung bezweckt die Verbesserung der Ladung oder Beschickung dadurch, dass man den Brennstoff so erhitzt, dass er in Dampfform in die Verbrennungkammer gelangt, woselbst seine Vergasung unter Luftabschluss beendet wird. Die Erfindung betrifft auch besondere Ausführungen, um die geeignete Erhitzung, Verdampfung und Vergasung des Brennstoffes nach dem beschriebenen Verfahren dank besonderer Anordnung der Organe der Kraftmaschine zu erzielen.
Gemäss der Ausführung nach den Fig. 3-5 sind am Zylinderkopf C die Ansaug-und (nicht dargestellten) Auspuffventile D angeordnet, die durch Schwinghebel gesteuert werden. Oberhalb jedes Zylinders ist ein Hohlraum C vorgesehen, der an einer seiner Flächen durch das Kühlwasser gekühlt wird und mit dem zugehörigen Zylinder durch ein Venturirohr U in Verbindung steht, welches in Gestalt und Abmessung der Charaktersitik der Kraftmaschine entspricht. Der Zylinderkopf trägt ferner ein Ventil H für die Zuführung und Regelung der Beschickung mit Brennstoff je nach dem Bedarf der Maschine.
Dieses Ventil H ist mit der Klappe B für die Hauptluftzuführung gekuppelt, um den Ausgleich zwischen Luft und Brennstoff bei den verschiedenen Laufgeschwindigkeiten der Maschine sicherzustellen.
Die Hohlräume G sind durch eine einzige Seitenplatte Z solcher Gestalt abgeschlossen, dass die Hohlräume Kugelform aufweisen.
Diese Abschlussplatte, welche für jeden besonderen Verwendungsfall aus einem hiezu geeigneten Metall hergestellt und zur Begrenzung ihrer Temperatur auf einen geeigneten Wert nötigenfalls mit Flügel oder Rippen versehen sein kann, wird durch die Verbrennung selbst oder durch beliebig andere Mittel erhitzt, die insbesondere zur Erleichterung des Anlassens in der Kälte bestimmt sind. Die Platte ist gegen den Zylinderkopf C durch eine Isolierung J"isoliert. Unter diesen Umständen ist die Temperatur der heissen Wandungen in den einzelnen Kammern G einer mehrzylindrigen Kraftmaschine durchaus gleichmässig, wodurch die Bedingungen für die Vergasung, die Karburierung und die Verbrennung für die einzelnen Zylinder gleichartig werden.
Die Platte Z besitzt Kanäle X von geeigneter Form, um die fortschreitende Verdampfung des Brennstoffes bei allfälligem Rückfluss der nichtverdampften Flüssigkeit gegen den Lade-oder Beschiekungsapparat sowie auch eine gleichmässige Verteilung auf die einzelnen Zylinder der Kraftmasehine zu ermöglichen. Fig. 4 zeigt ein Beispiel der Ausgestaltung dieser Platte, die Kanäle X, X,, X", X"'
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Zutrittsventils H mit den Kammern oder Glühköpfen G in Verbindung setzen, von denen je einer einem
Zylinder der vierzylindrige Kraftmaschine zugeordnet ist.
Diese Kanäle, welche geeignete Gestalt und Abmessungen haben, können nötigenfalls einen ) katalytisch oder filtrierend wirkenden Stoff enthalten, der für die Verwendung gewisser Brennstoffe zweckmässig ist.
Die Wirkungsweise ist folgende. In der Ansaugperiode tritt die durch die Klappe B gesteuerte
Hauptluft in die Zylinder durch die Ansaugventile D ein. Dabei sind die Kammern oder Glühköpfe , die Kanäle X, XI, X", X1I1 sowie der Ladeapparat M 1 unter Unterdruck gesetzt, und es tritt hiebei eine geringe Menge an Luft durch 1'vl ein, welche eine gewisse Menge an Brennstoff in Bewegung setzt. Diese
Menge wird in bezug auf die Menge der Hauptluft entsprechend geregelt, u. zw. wird der Ausgleich durch die Verbindung zwischen der Steuerung des Ventils H und der Steuerung der Klappe E geschaffen, welch letztere im Luftansaugrohr angeordnet ist.
Der Ausgleich zwischen Brennstoff und Luft wird auf diese Weise selbsttätig für alle Geschwindigkeiten und im Momente erhalten, wo die Kraftmaschine auf Touren kommt.
Der durch eine sehr geringe Menge Luft mitgerissene Brennstoff verdampft allmählich in den
Känälen X, Z', Z", Z"und tritt im Zustande von mehr oder weniger trockenem Dampf in den Glüh- kopf G ein, wo die Vergasung beendet wird.
Die in dem Zylinder eingesaugte Luft tritt unter Wirbelbildung durch das Venturirohr U während der Verdichtungsphase in den Glühkopf über und dabei entsteht die Karburierung und Homogenisierung des Gemisches ; die Zündung wird im gewünschten Zeitpunkte durch die Zündkerze V hervorgebracht, die ganz besonders hohen Temperaturen standhalten muss. Beim Austritt der entzündeten Gase durch das Venturirohr findet eine neuerliche Durchwirbelung statt, welche die vollständige Verbrennung gewährleistet.
Da die Zündkerze sehr heiss ist, kann sie in keinem Falle durch in flüssigem Zustande verbliebene Brennstoffteilehen, wie solche bei noch kalter Maschine verbleiben können, überschwemmt und dadurch unwirksam werden. Da die Gase in der heissesten Zone des Glühkopfes G entflammt werden, schreitet die Entflammung gegen eine kalte Zone vor, begünstigt daher die Regelmässigkeit der Verbrennung und vermeidet in allen Fällen die Bildung von Explosionswellen.
Würde von der Kraftmaschine eine Beschleunigung allzu plötzlich gefordert werden, so könnte der Fall eintreten, dass der korrespondierende Unterdruck nicht Zeit genug hätte, sich genügend rasch in den Verteilkanälen des Brennstoffes auszuwirken. Man muss daher ein besonderes Organ Y, welches in Fig. 5 dargestellt ist, etwa eine Klappe oder ein selbsttätiges Ventil, beim Luftzutritt vor der mechanisch gesteuerten Klappe E anordnen. Dieses Organ schliesst bei einer plötzlichen Beschleunigung den Luft- zutritt bis zu dem Augenblick ab, wo die Kraftmaschine die neue Geschwindigkeit annimmt.
Dieses
Abschliessen der Luft ruft bei den Brennstoffventilen einen sehr kräftigen Unterdruck hervor, wodurch augenblicklich jene Menge an Brennstoff herangebracht wird, die für die Geschwindigkeit notwendig ist, welche die Maschine annehmen soll.
Es ist klar, dass zahlreiche Varianten von Ausführungsformen ausser den dargestellten geschaffen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Laden einer Brennkraftmasehine mit einem im Zylinder angeordneten Vergasungsoder Glühkopf, in welchem die Karburierung sowie die Verbrennung eines flüssigen Brennstoffes vor sich geht und welcher mit einer nicht karburierten, ausschliesslich vom Unterdruck in der Maschine angesaugten Ladung beschickt wird, wogegen Frischluft vermittels eines Ansaugventil unmittelbar und getrennt von der erwähnten Ladung in den Zylinder eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff erstmalig ohne Luft oder mit einer nur geringen Menge Luft gemischt und zerstäubt, der zerstäubte Brennstoff erstmalig in einem Kanal vor seinem Eintritt in den Kopf erhitzt,
sodann ein zweites Mal im Augenblick seines Eintrittes in den Kopf fein verteilt sowie dortselbst das zweite Mal durch die Wärme der Umgebung erhitzt und schliesslich ein drittes Mal infolge der Durehwirbelung verteilt wird, die beim Einpressen der Frischluftmenge in den Kopf durch den Zylinderkolben bei dessen Verdichtungshub hervorgebracht wird.