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Glühkopfbrennkraftmaschine
Die Erfindung bezweckt die Vervollkommnung der Glühkopfmotoren und insbesondere der Zweitakt-
Glühkopfmotoren, bei welchen eine Wirbelkammer angewendet wird, deren Wand im Bereich des Über- strömkanals und in dem in der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft anschliessenden, die Einspritzdüse enthaltenden Teil gekühlt ist, jedoch auch einen ungekühlten, als Glühfläche wirkenden Teil aufweist.
Bei den bekannten derartigen Motoren wurde der Brennstoff-Strahl meistens senkrecht zu der Strömungs- richtung der Luft gerichtet, und es wurde behauptet, dass hiedurch eine innige und günstige Mischung der
Luft mit dem Brennstoff erzielbar ist.
Dagegen wurde festgestellt, dass durch eine derartige Einspritzung schädliche Wirbelungen auftreten, die Stelle und der Zeitpunkt des Zündens unsicher und veränderlich sind, wodurch die Menge der Verbren- nungsluft an bestimmten Stellen der Wirbelkammer ungenügend und somit der Brennvorgang unvollständig ist.
Es wurde schon vorgeschlagen, den Kraftstoff tangential in die Wirbelkammer einzuspritzen und teilweise gegen den von der Verbrennungsluft zuerst angeströmten Teil zu richten, wobei aber gleichzeitig auch gegen den zuletzt angeströmten Wandteil Kraftstoff gespritzt wird. Auf diese Weise können aber die erwähnten Nachteile nicht vermieden werden, die Wirbelungen, unrichtige Zündungen, usw. sind auch bei diesen Motoren unvermeidlich.
Im Sinne der Erfindung wird nicht nur ein Teil des Brennstoffes, sondern die gesamte Menge desselben gegen den von der Luft zuerst angeströmten Teil des als eine geschlossene, gekrümmte Fläche ausgebildeten ungekühlten Wandteiles gerichtet, wodurch der Brennvorgang verbessert, die Leistung der Maschine in überraschender Weise erhöht und der spezifische Verbrauch ganz wesentlich erniedrigt wird.
Ferner wurde festgestellt, dass die ungenauen Zündungen und unvollständigen Verbrennungen auch infolge der Koksablagerungen auftreten können. Es wurde gefunden, dass die nachteiligen Ablagerungen meistens durch eine zu hohe Temperatur der Glühfläche zustandegebracht werden. Bei Glühkopfmotoren hat man bisher keine Massnahmen getroffen, um die Wandtemperatur des Brennraumes zu begrenzen, ja sogar dachte man, dass für den Betrieb des Motors eine besonders hohe Temperatur des ungekühlten Wandteiles günstig ist.
Es wurde vorausgesetzt, dass eine nachteilige, verspätet Zündung durch einen sehr heissen Glühkopf vermieden werden kann ; dagegen wurde aber festgestellt, dass bei etwa 6000 C jeder Betriebsstoff bestimmt und ohne Verspätung gezündet wird, eine höhere Temperatur also nicht nötig und dabei eine zu hohe Temperatur sehr nachteilig ist, da das Öl auf der heissen Wand des Brennraumes zersetzt und gekrackt wird, wodurch nicht brennbare Teile entstehen und Kohlenablagerungen unvermeidlich sind.
Falls also der Glühkopf heisser ist als etwa 6000 C, so bilden sich nach einer kurzen Betriebszeit im Zylinder Ablagerungen, wodurch der Betrieb unwirtschaftlich wird, weil bei denglühendenKohlenablagerungen Fehlzündungen auftreten. Auf diese Weise kommt das bereits erwähnte unvollständige Brennen zustande, wodurch der Verbrauch der Maschine stark erhöht wird. Hiezu kommt der Nachteil, dass der Zylinder sehr oft gereinigt werden muss.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass erstens durch die Begrenzung der Wandtemperatur die Russ-
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und Koksbildung vermieden werden kann, und zweitens, dass für die Begrenzung der Temperatur keine zusätzlichen Vorrichtungen nötig sind, da man nur die Abmessungen und die Proportionen entsprechend wählen muss.
Um die Wandtemperatur des Glühkopfes unter 600 C zu halten, wird erfindungsgemäss der Quer- schnitt des Überströmkanals vom Zylinder zur kugelförmigen Wirbelkammer so bemessen, dass er etwa 4 - 6 U ; o der inneren Wandfläche der Wirbelkammer beträgt. Es wurde durch Versuche nachgewiesen, dass bei dieser Dimensionierung durch den Luftstrom und den Brennstoffstrahl der Glühkörper derart gekühlt wird, dass seine Temperatur den erwähnten Grenzwert von 6000 C nicht überschreitet.
Die Zündung kommt also bei dem erfindungsgemässen Motor - wie gesagt - nur an einer bestimmten Stelle des ungekühlten Wandteiles zustande, wodurch der Zeitpunkt und die Stelle der Zündung sehr genau geregelt werden, und es ist nicht mehr nötig, wie bei den bekannten Glühkopfmotoren, mit einer sehr grossen Voreinspritzung zu arbeiten, ja sogar soll bei dem erfindungsgemässen Motor der Betriebsstoff nur dann eingespritzt werden, wenn in der Wirbelkammer Reste der Auspuffgase nicht vorhanden sind.
Versuche haben nachgewiesen, dass infolge der guten, praktischen vollständigen Verbrennung bei dem erfindungsgemässenMotor, trotz des niedrigen, z. B. 1 : 4 betragenden Verdichtungsgrades, der spezifische Verbrauch nicht mehr ist, als bei Dieselmotoren mit sehr hohem Verdichtungsgrad. Es hat sich also herausgestellt, dass mit Hilfe einer Verbesserung der Verbrennung wesentlich wirtschaftlichere Betriebe erreicht werden können, als mit der Erhöhung des Verdichtungs-Enddruckes.
Dabei werden noch weitere wichtige Vorteile erreicht, unter anderem ein gleichmässiges Laufen des Motors, so dass zwei-und mehrzylindrige Glühkopfmotoren gebaut werden können, ferner die Tatsache, dass die schlechtesten und billigsten Brennstoffe benützt werden können und schliesslich, da bei dem erfindungsgemässen Motor niedrigere Temperaturen als bei den bekannten Motoren entstehen, Aluminiumkolben ohne Schwierigkeiten angewendet werden können. Wie bereits erwähnt wurde, sind die Massenkräfte infolge des durch den geringen Enddruck des Verdichtungshubes ermöglichten leichten Aufbaues verhältnismässig gering und diese Massenkräfte werden durch die Anwendung eines Leichtmetallkolbens noch weiter verringert.
Auf diese Weise werden die Vibrationen auch beiEinzylindermotoren stark herabgesetzt, was insbesondere bei landwirtschaftlichen Schleppern von grosser Wichtigkeit ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erklärt. in der zwei beispielsweise angegebene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt sind.
Fig. l ist der Längsschnitt des Oberteiles des Arbeitszylinders bei der ersten Ausführungsform und Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt bei einer etwas abgeänderten Ausführung.
Gemäss Fig. l ist der kugelförmige oder annähernd kugelförmige Verbrennungsraum exzentrisch angeordnet, sein Mittelpunkt ist also im Vergleich zur Mittellinie des Zylinders verschoben, der Überströmkanal 3 ist aber zentrisch angeordnet. Der ungekühlte Teil 2 des Verbrennungsraumes ist abnehmbar, kann also leicht abmontiert und nötigenfalls durch einen ändern Glühkopf ersetzt werden. Die obere Fläche des Kolbens ist gewölbt und der Zylinderkopf wurde dementsprechend ausgebildet. Die Brennstoff-Düse 4 ist gegenüber dem Oberteil des ungekühlten Wandteiles 2 angeordnet.
Da während der Spülung die Luft in der Richtung der Pfeile strömt, erfolgt das Einspritzen des Brennstoffes im Wesen in der Strömungsrichtung der Luft, das Einspritzverfahren kann also als ein"Gleichstromverfahren"bezeichnet werden.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, schmiegt sich die ganze Menge des eingespritzten Brennstoffes zu der sich bogenförmig bewegenden Luft an, so dass durch diesen Luftstrom der eingespritzte Brennstoff die heisse Wand 2 bestreicht, wodurch auf dieser Wand eine vollständige Verbrennung zustandekommt. Die Strömung in einer mit der Bewegungsrichtung der Luft identischen Richtung wird dadurch erreicht, dass die Mittellinie der Einspritzdüse 4 auf die obere Hälfte des ungekühlten, im Wesen halbkugelförmigen Glühkopfes 2 gerichtet ist. Der Brennstoff wird also gegen. diejenige Hälfte des Glühkopfes gerichtet, die durch die strömende Luft zuerst getroffen wird.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 2 weicht im Wesen nur dadurch von der Ausbildung nach Fig. l ab,
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langt die aus diesem Kanal in den Verbrennungsraum eintretende Luft tangential in das Innere dieses Raumes. Diese in gerader Richtung eintretende Luft strömt auf einer bogenförmigen Bahn weiter u. zw. im Gleichstrom mit dem eingespritzten Brennstoff.
Mit 5 ist die Einlassöffnung der Luft bezeichnet und der in der Zeichnung nicht dargestellte, sich zu dieser Öffnung anschliessende Lufteinführungskanal ist derart angeordnet, dass die Luft in schiefer Richtung nach oben, gegen den Überströmkanal 3 gerichtet wird ; hiedurch wird gesichert, dass die Luft nicht direkt La die Auspufföffnung 6 gelangen kann, wobei dieses schiefe Einblasen der Luft eine möglichst wirbelfreie Strömung entlang der Wandungen des Verbrennungsraumes begünstigt. DieEinblaseöffnung 5 der Luft ist
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also im Vergleich zur Mittellinie desZylinders gemäss der Zeichnung nach links und der Überströmkanal 3 nach rechts verschoben.
Für eine tatsächlich gute Verbrennung ist auch die Temperatur des ungekühlten Wandteiles wichtig.
Bei den bisherigen Glühkopfmotoren war man bestrebt, diesen Wandteil so heiss als möglich zu halten, wodurch der Glühkopf während des Betriebes oft weissglühend oder beinahe weissglühend war. Es wurde im Sinne der vorliegenden Erfindung sowohl theoretisch, wie auch durch eingehende Versuche nachgewiesen, dass eine zu heisse Wand nachteilig ist, weil der Brennstoff auf dieser Wand krackt und abgebaut wird, was für die Verbrennung nachteilig ist und zu Kohlenablagerungen im Inneren des Zylinders führt.
Die Temperatur des Glühkopfes wird durch die Grösse des Überströmkanals 3 bestimmt, da je grösser dieser Kanal ist, umso stärker der Glühkopf durch die Spülluft gekühlt wird. Es wurde gefunden, dass die ideale Temperatur des Glühkopfes etwa 5500 C ist, da bei dieser Temperatur keine schädlichen chemischen Änderungen im Brennstoff hervorgerufen werden, der Zündvorgang jedoch vollständig sicher ist.
Ferner wurde festgestellt, dass um diese vorteilhafte Temperatur zu erreichen die Querschnittsoberfl che des Überströmkanals wenigstens 4 % der Oberfläche des Verwendungsraumes erreichen muss und die optimale Grösse 4, 5 - 6 % dieser Oberfläche beträgt.
Die Erfahrung hat nachgewiesen, dass bei Glühkopfmotoren, bei denen der ungekühlte Wandteil auf der bisher üblichen Temperatur von etwa 7000 C gehalten wird, der Zylinder ungefähr nach einem achtstündigen Betrieb gereinigt werden muss, die Kohlenablagerungen also entfernt werden müssen, wogegen bei dem erfindungsgemässen Motor, dessen Glühkopf 2 nur auf einer Temperatur von etwa 5500 C gehalten wird, praktisch überhaupt keine Kohlenablagerungen entstehen. Die schwerfällige und kostspielige Arbeit der Reinigung kann also vermieden werden.
Der Vollständigkeit halber soll noch bemerkt werden, dass bei der obenerwähnten günstigen Abmessung des Überströmkanals auf jeden Liter des Verbrennungsraumes wenigstens 20 cmz des Überströmkanals kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Glühkopfbrennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer, deren Wand im Bereich des Überström- kanals und in dem in der Strömungsrichtung der Verbrennungsluft anschliessenden, die Einspritzdüse enthaltenden Teil gekühlt ist und einen ungekühlten, als Glühfläche wirkenden Teil aufweist, wobei Kraftstoff tangential gegen den von der Verbrennungsluft zuerst angeströmten Teil des ungekühlten Wandteiles gespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der ungekühlte Wandteil in an sich bekannter Weise eine geschlossene gekrümmte Fläche bildet und dass die Strahlrichtung des gesamten Kraftstoffes gegen den von der Luft zuerst angeströmten Teil des ungekühlten Wandteiles verläuft.