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Verfahren und Einrichtung zur Vermischung des Brennstoffes und der Verbrennungsluft bei
Brennkraftmaschinen.
Bei Brennkraftmaschinen, bei denen die Entzündung des Brennstoffes dadurch erfolgt, dass die Temperatur im Arbeitszylinder durch Verdichtung auf die Entzündungstemperatur des Brennstoffes gebracht wird, muss zwecks Erzielung einer möglichst vollkommenen Verbrennung für eine innige Vermischung von Brennstoff und Ladeluft Sorge getragen werden. Die Vermischung wird gewöhnlich durch Erzeugung einer Strömung während der Brennstoffzufuhr bewerkstelligt.
Es wurde bereits vorgeschlagen, diese Luftströmung dadurch hervorzurufen, dass man die Verdichtung im Arbeitszylinder nicht, wie üblich, bis zum Eintritt der Entzündungstemperatur des Brennstoffes durchführte, sondern nach Erreichung eines niedrigeren Verdichtungsdruckes einen mit dem Arbeitszylinder durch verhältnismässig enge Öffnungen bzw. Kanäle in Verbindung stehenden Raum durch Verschiebung eines gesteuerten Hilfskolbens vergrösserte, wodurch der Druck in diesem Raum sich gegenüber dem im Arbeitszylinder herrschenden Druck verringerte und die Luft aus dem Arbeitszylinder durch die Verbindungsöffnungen in diesen Raum hinüberströmte. In den derart erzeugten Luftstrom wurde dann der Brennstoff eingespritzt, und die Vermischung ging ohne Verbrennung vor sich.
Der Verdichtungsenddruck, d. h. jener Druck, bei dem die Temperatur der Luft die Entzündungstemperatur des Brennstoffes erreicht, wurde dann von dem Hilfskolben geliefert, sobald dieser beim Rückgang den erwähnten Raum verkleinerte, wobei das Brennstoff-Luft-Gemisch aus diesem Raum in den Arbeitszylinder hinübergedrängt wurde.
Bei dieser Arbeitsweise müssen sämtliche Teile der Steuervorrichtung des Hilfskolbens der sich aus dem vollen Verdichtungsenddruck ergebenden Beanspruchung entsprechend dimensioniert werden, so dass die Steuervorrichtung zu gross und zu gewichtig ausfällt. Dies bedeutet einerseits ein erhebliches Mehrgewicht, anderseits wird die notwendige rasche Bewegung der Steuerteile durch die grossen Trägheitskräfte stark erschwert.
Bei Anwendung des erfindung-gemässen Verfahrens hat der Hilfskolben mit der Verdichtung nichts zu tun und die Steuervorrichtung braucht nicht der sich aus dem Verdichtungsenddruck ergebenden Kraft angepasst werden, so dass die Einzelteile dieser Vorrichtung viel leichter ausgebildet sein können und auch die Reibungsverluste geringer sind.
Gemäss der Erfindung wird durch den Arbeitskolben eine bis zur Erreichung der Entzündungtemperatur des Brennstoffes gehende Verdichtung bewirkt, so wie dies bei den üblichen Maschinen der Fall ist. Beim Einspritzen des Brennstoffes herrscht in dem mit dem Arbeitszylinder in Verbindung stehenden Raum, der durch Verschiebung des Hilfskolbens vergrössert wurde, ein geringerer Druck als im Arbeitszylinder, und die von diesem her erfolgende Einströmung bewirkt die Vermischung von Brennstoff und Luft. Da jedoch hiebei die Luft bereits die Entzündungstemperatur des Brennstoffes erreicht hat, geht auch die Verbrennung, u. zw. fast ausschliesslich im Hilfskolbenraum, bereits vor sich.
Der Druck steigt in diesem Raume infolge der Verbrennung über den im Arbeitszylinder herrschenden Druck, so dass - wozu auch der Druckabfall infolge der während des Arbeitshubes vor sich gehenden Entspannung beiträgt-die Verbrennungsgase von hier in den Arbeitszylinder überströmen. Gegen Ende des Arbeitshubes bzw. während des Auspuffs und der Spülung bewegt sich der Hilfskolben unter Verkleinerung seines Hubraumes wieder zurück und schiebt den Inhalt des Raumes unter Überwindung eines unerheblichen Gegendruckes in den Arbeitszylinder hinaus.
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Bei der zur Durchführung des erfindungsgemässen Betriebsverfahrens geeigneten Kraftmaschine kann der Hilfskolben oder eines der Elemente, die diesen bewegen, gleichzeitig auch zur Steuerung des Ladevorganges verwendet werden, indem man den Kolben oder das diesen bewegende Element mit einem die Ladelufteinlassöffnung oder die Auslassöffnung verschliessenden und öffnenden Element, z. B. einem Ventil, Schieber od. dgl., verbindet.
Die Zeichnung stellt schematisch eine beispielsweise Ausführungsform des zur Durchführung des erfindungsgemässen Betriebsverfahrens geeigneten Zweitaktmotors im Schnitt durch die Achse des Arbeitszylinders dar, u. zw. zeigt Fig. 1 den Motor bei der oberen und Fig. 2 bei der unteren Totlage des Arbeitskolbens.
Der im Arbeitszylinder 1 aufwärtsgehende Arbeitskolben 2 verdichtet die in den Zylinderraum vorher eingeführte Luft bis zur Erreichung des Verdiehtungsenddruckes. Während der Kolben die letzten 30-20'vor der oberen Totpunktlage (an der Kurbelwelle gemessen) zurücklegt, ist der Hilfskolben 3 durch eine (nicht dargestellte) Feder bereits in seine dargestellte untere Lage verschoben worden (Fig. 1), wodurch der Druck im Raume 4 über dem Hilfskolben 3 sich gegenüber dem im Zylinder 1 herrschenden Druck verringert und die durch den Kolben 2 verdichtete Luft bis zur Erreichung der oberen Totlage durch die Verbindungsöffnung 5 mit grosser Geschwindigkeit in den Raum 4 strömt ;
gleichzeitig wird durch die Düse 6 die erforderliche Brennstoffmenge in den Luftstrom mittels eines zu diesem gleichachsigen Strahles eingespritzt. Der eingespritzte Brennstoff entzündet sich und verbrennt, wobei die Verbrennung fast ausschliesslich im Raum 4 vor sich geht. Wenn der Kolben 2 die obere Totlage erreicht hat, befindet sich sozusagen das gesamte Gemisch im Raume 4.
Infolge der Verbrennung steigt der Druck, gleicht sich in den miteinander in Verbindung stehenden Räumen aus und verschiebt den Kolben 2 unter Arbeitsleistung in seine untere Totlage. Sobald der Kolben 2 die Auspufföffnung-y-teilweise freilegt, wird der Hilfskolben 3 durch eine (nicht dargestellte) angetriebene Nockenscheibe mittels der Stange 8 hinaufgeschoben (Fig. 2), das Volumen des Raumes 4 auf nahezu Null verringert und die darin befindlichen Verbrennungsgase unter Überwindung eines
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Einlassöffnung ab und verdichtet die im Zylinder vorhandene frische Ladeluft bis zur Erreichung des Verdichtungsenddruckes. Gegen Ende des Verdichtungshubes beginnt der eingangs beschriebene Vorgang von neuem.
Die Brennstoffzuführung kann auch in einer von der dargestellten abweichenden, beliebigen Weise erfolgen, z. B. kann die Einspritzdüse 6 auch über dem Arbeitskolben 2 angeordnet werden, wobei die Brennstoffteilchen in Richtung der Verbindungsöffnung 5 geführt werden müssen, oder es kann der Brennstoff in den Raum 4 im Gegenstrem zu der hieher einströmenden Luft eingespritzt werden. Unter gewissen Umständen genügt such die Einlagerung des Brennstoffes in einer geeigneten Aussparung im Raum 5.
Die genaue zeitliche Einstellung der Bewegung des Arbeitskolbens 2 und des Hilfskolbens J in bezug aufeinander erfolgt am besten durch Versuch, bis der Brennstoffverbrauch möglichst gering ist.
Die Bewegung des Hilfskolbens 3 lässt sich mittels einer geeigneten Vorrichtung (z. B. durch Anbringung einer Steilgewindenuss) auch während des Betriebes zeitlich verändern, so dass man z. B. beim Anlaufenlassen des Motors das Einsetzen des Unterdruckes auf einen späteren Zeitpunkt als der betriebsmässige verlegen und auf diese Weise eine höhere Verdichtung erzielen kann.
Zur Steuerung des Ein-und Auslassens können Ventile oder andere Steuerorgane vorgesehen werden, die Ladeluft kann im Kurbelgehäuse oder mittels eines besonderen Gebläses verdichtet werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Vermischung des eingespritzten Brennstoffes mit der verdichteten Verbrennungsluft bei Brennkraftmaschinen mit Verdichtungszündung, darin bestehend, dass in einem mit dem Arbeitszylinder durch eine oder mehrere Öffnungen bzw. Kanäle in Verbindung stehenden besonderen Raume durch Volumsvergrösserung der Druck gegenüber dem im Arbeitszylinder herrschenden verringert und nach erfolgter Verdichtung der Luft durch den Arbeitskolben bis zur Erreichung der Entzündungstemperatur des Brennstoffes eine Luftströmung vom Zylinder in diesen Raum erzeugt wird, so dass die Verbrennung des in diese Luftströmung eingespritzten Brennstoffes sich vorwiegend in dem besonderen Raume abspielt und das Volumen dieses Raumes während des Arbeitshubes bzw.
Spülvorganges auf Null oder nahezu auf Null verringert wird, so dass die hier vorhandenen Verbrennungsgase unter Überwindung eines verhältnismässig geringen Gegendruckes in den Arbeitszylinder gedrängt werden.