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Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bei welcher der flüssige Kraftstoff gegen Ende des Verdichtungshubes in den Zylinder eingespritzt, dabei nach einem bereits bekannten Verfahren unmittelbar auf eine Brennraumwand aufgetragen und dann durch die in den Brennraum einströmende, in Drehung versetzte Luft in Dampfform von der Wand allmählich abgelöst, mit der Luft vermischt und verbrannt wird und bezweckt eine verbrennungsmotorische Verbesserung der bekannten Maschine.
Man unterscheidet nach dem derzeitigen Stand der Technik im wesentlichen folgende Grundtypen von Verbrennungsmotoren, die nach folgenden Verfahren arbeiten :
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<tb>
<tb> 1. <SEP> Gemischverdichtende
<tb> Brennkraftmaschinen- <SEP> Ottoverfahren <SEP>
<tb> 2. <SEP> Luftverdichtende, <SEP> selbstzündende <SEP> Brennkraftmaschinen <SEP> - <SEP> Dieselverfahren <SEP>
<tb> 3. <SEP> Glühkopfmaschinen <SEP> - <SEP> Glühkopfverfahren <SEP>
<tb> 4. <SEP> Mitteldruckmaschinen <SEP> - <SEP> 11itteldruckverfahren <SEP>
<tb>
Bei den Ottomaschinen, die im wesentlichen nur für leicht flüchtige Kraftstoffe verwendet werden, sieht man die Bildung eines Brennstoffdampf-Luft-Gemisches während des Ansaughubes vor, d.
h. die Bildung des Gemisches erfolgt ausserhalb des Motors in einem Vergaser, oder bei neuzeitlichen Ausführungen durch Einspritzung des Kraftstoffes in das Saugrohr-oder in den Zylinder mittels einer Düse. Auf alle Fälle ist man dabei bestrebt, eine möglichst innige Mischung des flüssigen Kraftstoffes mit Luft noch während des Ansaughubes durchzuführen, so dass für die Bildung eines möglichst gleichmässigen Brennstoffdampf-Luft-Gemisches genügend Zeit zur Verfügung steht. Die Zündung des brennfertigen Gemisches erfolgt durch eine fremde Zündungsquelle. Die Ottomaschine ist, da sie mit einem brennfertigen Gemisch arbeitet, an ein Verdichtungsverhältnis gebunden, das eine Selbstzündung des Gemisches ausschliesst.
Damit sind thermodynamische Nachteile verbunden, die auf den engen Zusammenhang zwischen thermischem Wirkungsgrad und Verdichtungsverhältnis zurückzuführen sind.
Bei Dieselmaschinen wird die Gemischbildung, deren bisheriges Ziel in gleicher Weise in einer möglichst schnellen und innigen Vermischung des flüssig eingespritzten Kraftstoffes mit der im Zylinder vorhandenen Verbrennungsluft gesehen wurde, am Ende der Verdichtung in einem ausserordentlich kurzen Zeitraum, der durch den Zündverzug des Kraftstoffes gegeben ist, soweit als möglich durchgeführt. Zur Bewältigung dieser Aufgabe wird eine Reihe von Brennraumformen benützt, die durch die Bezeichnungen "Vorkammer","Wirbelkammer","Luftspeicher"und"Brennkammer für direkte Einspritzung" usw. gekennzeichnet sind.
Alle diese dieselmotorisch arbeitenden Brennkraftmaschinen haben das Gemeinsame, die oben angegebene innige und schnelle Vermischung des Kraftstoffes mit der Verbrennungsluft in der kurzen, vor dem Beginn des Expansionshubes zur Verfügung stehenden Zeitspanne durchzuführen. Hiebei
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Bei den Glühkopfmaschinen wird ein Teil der zur Selbstzündung erforderlichen Wärme, die beim Dieselmotor ausschliesslich durch die Höhe der Verdichtung hervorgerufen wird, durch Anordnung von Stellen hoher Temperatur im Brennraum sichergestellt. Das Verdichtungsverhältnis bei Glühkopfmaschinen ist niedriger als bei Dieselmaschinen, wodurch wohl mechanische Vorteile entstehen, thermodynamisch dagegen Nachteile, die dadurch bedingt sind, dass der thermische Wirkungsgrad als Funktion der Höhe des Verdichtungsverhältnisses schlechter wird. Die Zündung in der Glühkopfmaschine erfolgt dabei, wie nicht weiter erläutert zu werden braucht, nicht durch Selbstzündung des Kraftstoffes nach Art der Dieselmaschine.
Beseitigt man nämlich die heissen Stellen des Zylinderkopfes, so bleibt der Motor stehen, ebenso wie beim Ausschalten der elektrischen Zündung der Ottomotor stehen bleibt.
Die Mitteldruckmaschine umgeht zwecks Erreichung einer genügend grossen Brennstoffgleichgültigkeit den dieselmotorischen Selbstzündungsvorgang und man ordnet daher ebenso wie bei der Ottomaschine eine Zündquelle meist elektrischer Natur an. Die Bildung des Gemisches erfolgt jedoch in einer dem Dieselmotor ähnlichen Form, nämlich erst am Ende des Verdichtungshubes unmittelbar vor der Zündung. Auch beim Mitteldruckmotor ist die Verdichtungswärme selbst nicht ausreichend, um das fertige Brennstoffdampf-Luft-Gemisch zu zünden.
Das gemeinsame Merkmal der vorgenannten Maschinen ist, ein möglichst brennfertiges Gemisch vor Einsetzen der Zündung herzustellen, wobei sich die einzelnen Typen jeweils in demAnteil des Kraftstoffes unterscheiden, der bei Einsetzen der Zündung bereits in dampfförmigen Zustand übergegangen ist.
Beim Otto- und Glühkopfmotor ist in diesem Zeitpunkt die Verdampfung am weitesten fortgeschritten ; bei der Mitteldruckmaschine ist beim Einsetzen der Zündung erst nur ein geringerer Teil des Kraftstoffes verdampft und bei der Dieselmaschine gelingt es ebenfalls nicht, mehr als eine teilweise Verdampfung des Kraftstoffes durchzuführen.
Grundsätzlich ist aber beim Dieselmotor die Temperatur so hoch, dass die Selbstzündungstemperatur des entstehenden Gemisches durch die Höhe der Verdichtung überschritten ist und eine sofortige Zündung nach Ablauf der Vorreaktion automatisch stattfindet, ohne dass dieser Vorgang von aussen noch steuerbar wäre.
Für den Ablauf der motorischen Verbrennung ist es aber von wesentlicher Bedeutung, in welchem Zeitpunkt die Bildung des Dampf-Luft-Gemisches stattfindet. Denn in enger Verbindung damit laufen molekulare Vorreaktionen ab, die den späteren Ablauf der Verbrennung ausschlaggebend bestimmen. So ist beispielsweise die Klopferscheinung bei einem Ottomotor darauf zurückzuführen, dass in dem unverbrannten aber brennfertigen Gemischrest infolge der wachsenden Verdichtung durch die Expansion des verbrannten Teiles Vorreaktionen ablaufen, die dann eine spontane Reaktion des gesamten Restteiles hervorrufen. Hier tritt ganz deutlich die Bedeutung dieser Vorreaktionen hervor, deren Vorhandensein auch der eigentliche Grund dafür ist, warum das Ottoverfahien an die Einhaltung eines relativ niedrigen Gemischverdichtungsverhältnisses gebunden ist.
Das Entstehen von Vorreaktionen ist aber immer abhängig von gewissen Zuständen hinsichtlich Druck und Temperatur imBrennraum und einer gewissen Einwirkungszeit dieser Zustände auf das Gemisch. Wenn ein brennfertiges Gemisch schon während des Saughubes entsteht, ist immer genug Einwirkungszeit vorhanden ; im Dieselmotor ist die Zeit zwar kürzer, dafür sind aber Drücke und Temperaturen höher. Die Vorreaktionen sind auch hier in grösstem Umfang vorhanden.
Das Streben nach bestmöglicher Ausnützung des Kraftstoffes führt jedoch zwangsläufig dazu, Verfahren anzuwenden, die ein möglichst hohes Verdichtungsverhältnis benützen, damit der thermische Wirkungsgrad in einem günstigeren Bereich liegt. Mitteldruckmotoren und Glühkopfmotoren können daher die Forderung nach bester Ausnutzung der zugeführten Wärmeenergie nicht erfüllen und haben ihre Vorteile nur dort, wo Brennstoffunempfindlichkeit und niedrige mechanische Belastungen grössere Bedeutung haben als der spezifische Kraftstoffverbrauch.
Der Dieselmotor als wirtschaftlichste Wärmemaschine arbeitet daher mit dem höchsten Verdichtung verhältnis und damit auch mit den höchsten Temperaturen vor Einsetzen der Verbrennung. Der Kraftstoff im Dieselmotor durchläuft, da es sich dabei grundsätzlich um einen Kohlenwasserstoff handelt, in gleicher Weise wie beim Ottomotor Vorreaktionen. Dieselben wirken sich jedoch anders aus, u. zw. im wesentlichen dadurch, dass das Brennstoffmolekül vor seiner eigentlichen Verbrennung zerfällt.
Wenn der flüssige Kraftstoff in die heisse Verdichtungsluft des Dieselmotors eingespritzt wird, so laufen nebeneinander her zwei Vorgänge ab. Der eine Vorgang ist derjenige der physikalischen Vermischung mit der Luft. Dieser Vorgang wird in den heutigen Dieselmotoren durch die Formgebung des Brennraumes oder durch die hervorgerufene Luftbewegung so unterstützt, dass in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit eine ausreichende Verteilung des zunächst noch flüssigen Kraftstoffes mit der im Brennraum vorhan-
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denen Luft stattfindet. Eine molekulare Vermischung entsteht jedoch dadurch nicht.
Zu diesen physikalischen Vorgängen ist ausser dem soeben genannten mechanischen Verteilungsvorgang noch die Diffusion zu zählen, die die Gemischbildung unterstützt und dank der bei der inzwischen einsetzenden Verdampfung durch die Erwärmung des fein zerstäubten Kraftstoffes eine weitere Verteilung des Kraftstoffdampfes auf die umgebende Verbrennungsluft hervorgerufen wird. Auch dieser Vorgang ist zu langsam, um eine molekulare Mischung nur einigermassen zu erreichen. Beim Einsetzen der Zündung in der Dieselmaschine sind deshalb alle Aggregatzustände des Kraftstoffes vorzufinden, die flüssige Phase und die dampfförmige Phase in nassem und überhitztem Zustand. Eine heterogene Reaktion ist deshalb zwangläufig im Gegensatz zu einer homogenen Reaktion in einer molekular gemischten Gasluftmischung.
Dieser Unterschied ist aber entscheidend für die Beschleunigung, die der Reaktionsablauf durch die Temperatur erfährt. Je mehr es gelingt, eine homogene Gasreaktion zu erzielen, umso grösser ist die Beschleunigung durch die Temperatur. Diese rein physikalischen Vorgänge laufen teils während des Zündverzuges ab, teils jedoch auch noch während des Verbrennungsvorganges selbst. Eine Beschleunigung ihres Ablaufes durch die Temperatur erfolgt nur in einem verhältnismässig geringen Masse. Durch eine Steigerung der Temperatur kann man also auf den Ablauf der physikalischen Vorgänge keinen wesentlich verkürzenden Einfluss ausüben.
Parallel zu den genannten physikalischen Vorgängen finden jedoch auch chemische Veränderungen des eingespritzten Kraftstoffes statt. Diese chemischen Veränderungen entstehen dadurch, dass der Kraftstoff sich an der Luft im Brennraum oder durch Strahlung stark erhitzt. Die Temperatur der Luft im Brennraum liegt nämlich weit über der Zündtemperatur des flüssigen Kraftstoffes oder des daraus gebildeten Kraftstoffdampfes im statu nascendi. Bevor aber nun eine Reaktion mit dem Sauerstoff der Verbrennungsluft stattfinden kann, vergeht eine gewisse Zeit, die mit Zündverzug bezeichnet wird.
Wenn es während des Zündverzuges nicht gelungen ist, eine molekulare Vermischung herbeizuführen - und dafür besteht wenig Aussicht-dann erfolgt mangels Sauerstoff keine Verbrennung, sondern der Molekülverband des Kraftstoffes wird aufgelöst und zerfällt in verschiedene Bruchstücke, die sich in ihrem Verhalten grundsätzlich von dem Ausgangskraftstoff unterscheiden. Dieser Zerfallvorgang ist anderseits für die Zündeinleitung erforderlich, da anlässlich des Bruches des Moleküls günstige Bedingungen für den Angriff des Sauerstoffes entstehen.
Diese hier in grossen Zügen angedeuteten chemischen Vorgänge, die in ihren Einzelheiten wesentlich komplexer sind, erfahren nun durch die Temperatur im Gegensatz zu den physikalischen Vorgängen eine ganz beträchtliche Steigerung. Beispielsweise erhöht sich bei einer Temperatursteigerung von 5400 auf 7000C das Reaktionsverhältnis um das Hundertfache. Die Temperatursteigerungen, die beim Einsetzen der Verbrennung im Brennraum auftreten, sind jedoch weit grösser als die genannten Temperatursteigerungen, so dass die Geschwindigkeit der chemischen Vorgänge in höchstem Masse von der Temperatur abhängig ist. Dies führt dazu, dass bei hohen Temperaturen für den Gesamtzündverzug nur noch der durch die'physikalischen Vorgänge bedingte Zündverzug Bedeutung hat, bei niederen Temperaturen dagegen der durch die chemischen Vorgänge bedingte Zündverzug ausschlaggebend ist.
Auf den motorischen Arbeitsvorgang hat dies nun folgenden Einfluss : Der Ablauf der chemischen Vorgänge in dem motorischen Temperaturbereich ist wesentlich schneller als der Ablauf der physikalischen Vorgänge, Das Ergebnis ist, dass der chemische Zerfallvorgang den Kraftstoff erfasst, bevor durch den physikalischen Mischungsvorgang genügend Sauerstoff für eine vollkommene Reaktion in die Nähe des Kraftstoffmoleküls gebracht werden konnte.
Die einsetzenden Zerfallvorgänge lassen aber eine immer grössere Menge an zur Reaktion bestens vòrbereitetenMolekülbruchstücken entstehen, die sofort reagieren, wenn sie mit Sauerstoff in Berührung kommen, was zur Folge hat, dass der dieselmotorische Verbrennungsvorgang durch eine sehr hohe anfängliche Verbrennungsgeschwindigkeit gekennzeichnet ist, deren Folge eine heftige schlagartige DrucKsteigerung im Verbrennungsraum ist.
Weiterhin ist in den Ablauf der chemischen Vorgänge als Folge des Zerfalles und des heterogenen Mischungszustandes eine Deshydrierung der Brennstoffmoleküle eingeschlossen, die dadurch entsteht, dass der geringe Sauerstoff, der bei dem flühzeitigen Einsetzen des Kraftstoffzerfalles zur Verfügung steht, im wesentlichen von dem Wasserstoff an sich gezogen wird, wodurch zunächst nur der Wasserstoff zur Reaktion kommt und immer kohlenstoffreichere Moleküle entstehen, die wesentlich verbrennungsträger sind als der Ausgangskraftstoff. Diese Vorgänge führen dazu, dass ein günstiger Wirkungsgrad bei einem Dieselmotor trotz der geschilde- ten Nachbrennvorgänge infolge der Bildung reaktionsträger deshydrierter Moleküle nur erreicht werden kann, wenn man die anfänglich hohe Verbrennungsgeschwindigkeit ausnützt.
Nur dadurch kommt man insgesamt zu einer Verbrennungszeit, die thermodynamisch günstig ist. Am besten lässt sich ein solches Verfahren in den sogenannten Motoren mit direkter Einspritzung durchführen, wobei aber ein beträchtliches Verbrennungsgeräusch, hohe Verbrennungsdrücke und hohe mechanische Verluste in Kauf genommen wer-
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den müssen ;
letzteres besonders deshalb, weil die schlagartige Verbrennung den Schmierölfilm in den Lagern teilweise beseitigt und damit ungünstigere Reibungsverhältnisse schafft.'Andere dieselmotorisch arbeitende Brennkraftmaschinen, beispielsweise solche mit einer Vorkammer, erlauben, durch Zurückhaltung des eingespritzten Kraftstoffes in der Vorkammer die anfängliche Reaktion mengenmässig zu vermindern und dadurch die harte jähe Druckänderung zu Beginn der Verbrennung vermeidbar zu machen. Der thermische Wirkungsgrad dieser Motoren ist aber geringer, da der gesamte Verbrennungsvorgang sich in die Länge zieht, eine Beschleunigung des Verbrennungsvorganges am Ende der Verbrennung auch bei Anwendung beträchtlicher Mischungseffekte nicht mehr erzielbar ist.
Denn durch den temperaturbedingten Zerfall des Kraftstoffes und den damit verbundenen Deshydrierungsvorgang entstehen grundsätzlich reak- tionsträgere Moleküle, die sich auch bei Vorhandensein ausreichenden Sauerstoffes nur langsam umsetzen.
Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, dass die Einflussgrösse, die beim Dieselmotor zu dem unerwünschten Verbrennungsablauf führt, in der am Ende der Verdichtung vorhandenen zu hohen Temperatur zu suchen ist, die jedoch anderseits zur Hervorrufung der Selbstzündung erforderlich ist. Die richtige Temperatureinhaltung im Brennraum und an der Brennraumwand ist somit für den Verbrennungsablauf bei der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine von wesentlicher Bedeutung.
Diese richtige Temperatureinhaltung der Brennraumwand ist ein Merkmal, das auch bereits bei der bekannten, mit Wandauftragung des Kraftstoffes arbeitenden Brennkraftmaschine erforderlich ist. Demgemäss liegt der vorliegenden Erfindung eine luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine zugrunde, bei welcher der flüssige Kraftstoff gegen Ende des Verdichtungshubes in den Zylinder eingespritzt und unmittelbar auf eine Brennraumwand filmartig aufgetragen wird, deren Temperatur gerade so hoch ist, dass sie den aufgespritzten Kraftstoff während der Berührungszeit nicht über die thermische Zerfallstemperatur ansteigen lässt, jedoch denKraftstoff noch bis angenähert auf seine Siedetemperatur vorwärmt, wobei die Aufbringung des Kraftstoffes auf die Brennraumwand in der Weise reflexionsfrei erfolgt,
dass eine möglichst grosse Fläche der Brennraumwand mit Kraftstoff benetzt wird, der Kraftstoff an der Wand haften bleibt und die Verbrennungsluft an den Auftreffstelle des Kraftstoffes auf die Brennraumwand mit hoher Geschwindigkeit vorübergeführt wird. Unter"thermischer Zerfallstemperatur"wird dabei diejenige Temperatur verstanden, bei deren Überschreiten strukturelle Änderungen des Kraftstoffmoleküls auftreten.
Mit "Siedetemperatur" ist nach üblicher technischer Kennzeichnung diejenige bei normalem Druck gemeint.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass der Hauptteil des eingespritzten Kraftstoffes, jedoch nicht mehr als 98%, in filmartiger Verteilung auf die Brennraumwand aufgetragen wird, während gleichzeitig der restliche Teil des Kraftstoffes, mindestens aber 2% und höchstens so viel, dass ein annähernd klopf- freier Verbrennungsvorgang erfolgt, unmittelbar In die Verbrennungsluft eingespritzt wird, wobei das Verdichtungsverhältnis für leicht selbstzündende Kraftstoffe (entsprechende Teeröle od. dgl. ) in an sich bekannter Weise bei etwa 1 : 16 und für schwer selbstzündende Kraftstoffe (Benzine) bei etwa 1 : 20 liegt.
Bei der Brennkraftmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung umgeht man noch besser als bei der bekannten Brennkraftmaschine die Schwierigkeiten, unter denen das Dieselverfahren bisher gelitten hat und durch die bei den wirtschaftlichen Direkt-Einspritzmotoren ein hartes Verbrennungsgeräusch bei hef- tigen Drucksteigerungen entstand und beiKammermotoren die Wirtschaftlichkeit herabgesetzt wurde. Die Vorreaktionen und Zerfallvorgänge, die der In der hocherhitzten Luft schwebende Kraftstoff während des Zündverzuges und während der anlaufenden, eine weitere heftige Temperatursteigerung herbeiführenden
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lässt, aber diese Verdampfung in einem Temperaturbereich vornimmt, in dem ein Zerfall der Kraftstoffmoleküle noch nicht auftritt.
Die Formgebung des Brennraumes muss dabei allerdings bestimmte Voraussetzungen erfüllen, die im wesentlichen darin bestehen, dass
1. eine filmartige Auftragung des Kraftstoffes möglich ist,
2. die erforderliche Wandtemperatur gewährleistet ist und
3. die Verbrennungsluft im Brennraum eine besonders intensive, über die vom Kraftstoff benetzten Wandungsstellen hinwegstreichende Luftbewegung ausführen kann.
Praktisch kommen dabei in erster Linie Brennräume in Betracht, wie sie bei der bereits bekannten Maschine verwendet sind.
Der von der Brennraumwand verdunstende Kraftstoff besitzt also im wesentlichen noch die gleiche molekulare Struktur wie der ursprünglich eingespritzte Kraftstoff oder hat höchstens nur eine schwache Crackung erfahren. Die Menge des in der Zeiteinheit verdampfenden Kraftstoffes ist durch die Wandberührung weit weniger beeinflusst und den stark schwankenden Temperaturen in der Gasmasse im Brennraum
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des Motors, als wenn der flüssige Kraftstoff in Tropfenform in der Gasmasse schwebt. Die Verdampfung erfolgt gewissermassen isothermisch in dem von der Temperatur der Wandung vorgeschriebenen Temperaturintervall ; d. h. an dem Vermischungs- und Verbrennungsvorgang kann je Zeiteinheit nur jene Kraftstoffmenge teilnehmen, die an der Wandung genügend Verdampfungswärme aufgenommen hat.
Obwohl also der gesamte Kraftstoff sich im Brennraum befindet, kann in einem betrachteten Zeitintervall nur ein klei- ner Kraftstoffteil und nur in Dampfform an der Reaktion teilnehmen. Wenn nun auch an dem im betrachteten Zeitintervall dampfförmig zur Reaktion kommenden Kraftstoffanteil Vorreaktionen ablaufen, so beziehen sich diese doch jeweils nur auf kleine Teilmengen. Der gleiche Reaktionsvorgang, der sich beim Dieselmotor zwangsweise, sofort auf die gesamte Kraftstoffmenge überträgt und zu den anfänglich spontanen Reaktionen führt mit langsamen Nachbrennerscheinungen erstreckt sich hier auf eine grosse Anzahl kleiner Teilmengen, die zeitlich aufeinanderfolgend den gleichen Vorgang wiederholen.
Die beschleunigenden Momente, die aus der Vorreaktion entstehen, sind deshalb am Ende dieser kettenartigen Verbrennung noch ebenso vorhanden wie am Anfang. Man erhält'deshalb eine gleichmässige Verbrennungsgeschwindigkeit, wobei nach Massgabe der mit der Wandtemperatur einstellbaren Verdampfungsgeschwindigkeit der Gesamtablauf des Vorganges gesteuert werden kann.
Es kommt hier aber weiterhin noch folgender Vorgang zur Anwendung : Durch die Vorlagerung des Kraftstoffes auf der Brennraumwand wird der Kraftstoff vor übermässiger Erhitzung geschützt, also gewis- sermassen"gekühlt". Der Verdampfungsvorgang, der stets nur Teilmengen erfasst, lässt ein Brennstoffdampf-Luft-Gemisch entstehen, dessen Zündpunkt so hoch liegt, dass es durch die Verdichtungsendtemperatur nicht mehr gezündet werden kann im Gegensatz zu dem wie bei Dieselmotoren in die weit über der Zündtemperatur erhitzte Luft eingespritzten Kraftstoff, der im Dampfzustand den Zündpunkt der FlUssigkeit besitzt.
(Zündpunkt des Dampfes in statu nascendi ist bekanntlich gleich dem Zündpunkt der Flüssigkeit. ) Wahrscheinlich ist dieser Vorgang des unterschiedlichen Zündpunktes des Dampfes von luftverteiltem Kraftstoff und wandverteiltem Kraftstoff auch eine Folge des Aggregatzustandes des Brennstoffdampfes. Die auf einen fliegenden Tropfen eindringende Wärme ist zunächst nur in der Lage, um den Tropfen ein Nassdampfgemisch zu bilden, da der Verdampfungsvorgang als solcher zuviel Wärme in Anspruch nimmt, um den entstehenden Brennstoffdampf schnell und vor Einsetzen der Reaktion zu überhitzen.
Im Falle der Wandverteilung jedoch nimmt der Kraftstoff die zur Verdampfung erforderliche Wärme zum wesentlichen Teil aus der Wand des Brennraumes auf und da sich stets nur mit der Gesamtheit der im Brennraum vorhandenen Luft nur ein Teil des Kraftstoffes vermischen kann, entsteht bei dem Vermischungsvorgang mit der Verbrennungsluft vor Einsetzen der Reaktion ein Gemisch aus überhitztem Kraftstoffdampf und Luft, dessen Zündpunkt viel höher liegt als derjenige des Nassdampfgemisches, das bekanntlich den gleichen Zündpunkt wie der flüssige Kraftstoff hat.
Diese Erscheinung hat einen grundsätzlich andern Ablauf der Vorreaktion zur Folge und führt anderseits zu einem wesentlichen Kennzeichen einer gemäss der Erfindung betriebenen Brennkraftmaschine, in der die Zündung sofort aussetzt, wenn der luftverteilte Anteil des Kraftstoffes fortgelassen wird und damit eine zege Wandverteilung des Kraftstoffes vorgenommen wird.
Die Zündung wird erfindungsgemäss als Selbstzündungsvorgang des luftverteiltenKraftstoffanteilesin der verdichteten Verbrennungsluft eingeleitet. Die Wirkung der Brennkraftmaschine ist, wie ohne weiteres einzusehen, umso besser (Wirtschaftlichkeit, Geräuschlosigkeit der Verbrennung, Weichheit des Druckverlaufes, geringe Abgastrübung), als es gelingt, die Zündung, die ja nur wieder über die an sich unerwünschte dieselmotorische Reaktionsart luftverteilten Kraftstoffes durchzuführen ist, auf einen möglichst geringen Teil der eingeführten Kraftstoffmenge zu beschränken. Der luftverteilte Kraftstoffanteil liegt dabei zweckmässig zwischen 2 und 10%.
Bei der einleitend erwähnten bekannten Brennkraftmaschine entsteht zwar auch eine gewisse Luftverteilung von Kraftstoff durch Randablösung von Kraftstofftröpfchen aus dem Kraftstoffstrahl, jedoch bleibt diese Randablösung erfahrungsgemäss unterhalb der Grenze von 20/0.
Es ist verständlich, dass eine age Wandverteilung des Kraftstoffes nicht möglich ist, da eine Zündung in diesem Falle nicht mehr eintreten würde ; denn der Kraftstoff bleibt auf der Wandung in einer so niedrigen Temperatur, dass die zur Zündung erforderlichen Zerfallvorgänge und Vorreaktionen nicht mehr genügend schnell ablaufen können.
Weiter spielt für die Zündung des luftverteilten Kraftstoffante1les auch die Grösse des Verdichtungs- verhältnisses in der bereits beschriebenen Weise eine Rolle, indem dasselbe so zu wählen ist, dass einerseits die Selbstzündung des verwendeten Kraftstoffes bei der höchsten Motordrehzahl sichergestellt ist und dass anderseits der wandaufgetragene Kraftstoff allein nicht zündet. Dieses Verdichtungsverhältnis ist von der Art des verwendeten Kraftstoffes, sowie der Grösse des Zylinderdurchmessers abhängig und liegt im
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Bereich der bei üblichen Dieselmaschinen vorgesehenen Werte, ist jedoch hiebei verhältnismässig eng begrenzt.
So kommt beispielsweise bei Betrieb mit Gasöl ein Verdichtungsverhältnis von etwa 1 : 17, bei Betrieb mit Benzin ein solches von etwa 1 : 20 in Betracht.
Je günstiger die Luftführung an den Auftreffstellen geleitet wird, umso grössere Mengen gelingt es, auf die Wand zu verteilen.
Die bei der verbesserten Brennkraftmaschine erzielbaren Vorteile liegen in einem ruhigen stossfreien Verbrennungsablauf, hoher Wirtschaftlichkeit infolge Verringerung der mechanischen Reibungsverluste im Triebwerk und rechtzeitigen Abschlusses der Verbrennung trotz anfänglich geringer Reaktionsgeschwindigkeit, in einer sehr guten Luftausnutzung und geringer Abgastrübung vor allem im Teillastgebiet, sowie schliesslich in einem günstigen Verbrennungsablauf bei allen Brennraumgrössen und in allenDrehzahlge- bieten.
Mit der vorliegenden Erfindung haben alle diejenigen Brennkraftmaschinen nichts zu tun, bei denen der Kraftstoff im wesentlichen unmittelbar in die Verbrennungsluft eingespritzt wird. Dies gilt auch für eine bekannte Brennkraftmaschine mit einem als Wirbelkammer im Zylinderkopf ausgebildeten Brennraum, wobei der Kraftstoff im Übertrittskanal sowohl in Richtung der beim Verdichtungshub übergeschobenen Verbrennungsluft als auch entgegen dieser Luftströmung in diese eingespritzt wird.