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Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung schwerer Brennstoffe in Verpunungs- kraftmaschine.
Die Knappheit an leichten Brennstoffen hat zu der Notwendigkeit geführt, schwere Brennstoffe in Verpuffungskraftmaschinen zu verbrennen. Diese eignen sich aber für die Verwendung in der gewöhnlichen Fahrzeugmaschine sehr schlecht. Sie werden nur mangelhaft ausgenutzt, verbrennen unvollkommen, führen zur Verrussung von Zylinder und Zündkerzen und damit zur Unterbrechung des Betriebes und hinterlassen einen lästigen Geruch. Die Ursache liegt in der geringen Verdichtung der Fahrzeugmaschine, die mit Rücksicht auf die Forderung möglichst geringen Eigengewichtes als Schnelläufer gebaut werden muss, in dem ein Gemisch von Luft-und Brennstoff verbrannt wird. Bei diesem Arbeitsverfahren neigen von den schweren Brennstoffen z.
B. die Erdöldestillate zum Selbstentzünden und Klopfen, wenn man den Verdichtungsdruck so hoch wählt, wie es für eine vollkommene Verbrennung und gute Wärmeausnutzung des Brennstoffes erwünscht ist. Die Verwendung der schweren Erdöldestillate in den normalen, schnellaufenden Wagenmaschinen ist daher ausgeschlossen. Die schweren Destillate der Teeröle verdunsten nur schwer, schlagen sich daher, so lange die Maschine nicht warm ist, in grossen Mengen in der Ansaugeleitung und dem Zylinder nieder, setzen die Funkenstrecke der Zündkerzen zu und stellen so die Maschine ab. Sie verlangen zur Vergasung und vollständigen Verbrennung sehr gute Vorwärmung und hohe Verdichtung, die wieder mit der normalen Wagenmaschine nicht erreicht werden kann.
Dazu kommt, dass die Verbrennung bei nicht genügender Verdichtung eine sehr träge ist, so dass die Druckentwicldung im Augenblick der Zündung nur eine langsame ist.
Man hat die Verbrennung schwerer Brennstoffe in Verpuffungsmaschinen dadurch versucht, dass man ähnlich wie bei der Dieselmaschine während des Saughubes reine Luft in den Zylinder einführte, und den schweren Brennstoff durch ein Zerstäubungsventil mittels eines vorverdichteten Gemisches aus Luft und einem leicht entflammbaren Brennstoff in den Zylinder einspritzt. Die Entzündung des Treibgemisches erfolgte dabei in einer dem Zylinder vorgelagerten Kammer mittels einer Kerze. Dieses Verfahren ist für schnellaufende Verpuffungsmaschinen nicht geeignet, weil die Zeit zur Umlagerung des schweren Brennstoffes zur Gemischbildung und zur Verbrennung fehlt.
Die Erfindung gibt nun einen Weg an, auf dem die Verwendung schwerer Brennstoffe in der gewöhnlichen schnellaufenden Verpuffungsmaschine, wie sie bei Fahrzeugen, Flugzeugen usw. Verwendung findet, gelingt. Das Verfahren besteht darin, dass das aus dem Vergaser angesaugte Gemisch von schweren Brennstoffen und Luft mit einem leichter brennbaren Gemisch, das von einer anderen Quelle herfliesst, angereichert wird. Dieses Anreicherungsgemisch wird durch eine die Zündkerze aufnehmende Vorverbrennungskammer in den Zylinder eingeführt und bewirkt bei seiner Verpuffung infolge Zündung durch die Zündkerze eine Steigerung des Verdichtungsdruckes des noch nicht verbrannten Hauptgemisches bis zu seiner Verpuffungstemperatur.
Auf diese Weise gelingt es, die schweren Brennstoffe vollkommen zu verbrennen und den thermischen Wirkungsgrad der Maschine auf seinen grösstmöglichen Wert zu bringen.
Voraussetzung für die vollkommene Verbrennung ist, dass Kondensation des schweren Brennstoffgemisches nicht eintritt. Diese Gefahr ist bei Verwendung sehr schwerer Brennstoffe und beim Anlassen der Maschine vorhanden. Man kann die Kondensation verhindern, indem man nur so viel schweren Brennstoff in Form von Brennluftgemisch ansaugen lässt, dass Niederschläge an Brennstoff nicht eintreten, während der Rest des für die Verbrennung erforderlichen schweren Brennstoffes in flüssiger Form in einer besonderen Kammer abgesetzt und durch die Explosionswirkung des leichten Gemisches in den Verdichtungsraum hinein zerstäubt wird.
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Eine zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung ist in der Zeichnung im Schnittdargestellt. a bezeichnet den Zylinder einer schnellaufenden Verpuffungsmaschine, b das Einlassventil für das vom Vergaser kommende Brennstoffgemisch aus Luft und einem schweren Brennstoff, c die Ventilverchraubung. In letztere ist die Vorrichtung zur Zuführung von leichten Brennstoffen eingeschraubt. Sie besteht aus einem Stutzen d, der eine Kammer e bildet. Die Kammer e steht einerseits durch einen Kanal f mit dem Verdichtungsraum g, anderseits durch ein selbsttätiges Saugventil h mit einer Leitung für ein leichter entzündbares Gemisch in Verbindung. Zur Zündung dieses Gemisches dient eine Zündkerze i. Die Kerze i sitzt in einem Deckel & , durch dessen Einstellung die Grösse der Kammer e geändert werden kann.
Der Körper des Ventils h enthält zweckmässig Kerzengewinde, damit die Ziindkerze i und das Ventil h gegeneinander ihre Plätze wechseln können. Neben der Kammer e ist eine Kammer l angeordnet, die durch ein selbsttätiges Saugventil m gegenüber einer Zuflussleitung n für schwere Brennstoffe abgeschlossen werden kann. Der Hub des Ventils ist durch Exzenterscheiben o begrenzt, die von aussen durch einen Hebel p eingestellt werden können. Die Kammer I steht durch Kanal q mit dem Kanal f in Verbindung. Die Eintrittsmündung liegt an der Spitze der kegelförmigen Kammerwand, so dass das Ablaufen des Brennstoffes in die Kammer t verhindert ist. Ein Kanal r stellt die Verbindung zwischen der Kammer I und der Kammer e her.
Bei dieser Einrichtung spielen sich die Verbrennungsvorgänge folgendermassen ab : Es sei zunächst angenommen, dass das Ventil m durch die Exzenter o auf seinem Sitz festgehalten werde. Beim Saughub wird ein Gemisch von Luft und schwerem Brennstoff durch das Ventil b angesaugt. Gleichzeitig wird aber auch durch das Ventil h ein Gemisch von Luft und einem leichter entzündbaren Brennstoff angesaugt, das Hauptgemisch also angereichert. Bei dem nachfolgenden Verdichtungshub wird das den Zylinder füllende Gemisch auf die bei Wagenmaschinen übliche Verdichtungsspannung von etwa 5-6 Atm. verdichtet, d. h. also auf eine Spannung, bei der die Verbrennung des Hauptgemisches nur unvollkommen stattfindet. Im Augenblick der Zündung wird aber das die Kammer e füllende leichter brennbare Gasgemisch sofort gezündet.
Die bei der Verpuffung entstehende Drucksteigerung pflanzt sich durch den Kanal f in den Verdichtungsraum g fort und bewirkt hier eine Steigerung des Verdichtungsdruckes in dem Masse, dass die Entzündungstemperatur des schweren Brennstoffluftgemisches erreicht wird. Die durch die Vorverpuffung in der Kammer e eingeleitete Verbrennung pflanzt sich daher augenblicklich über die ganze Zylinderfüllung fort.
Die Druckentwicklung im Augenblick der Zündung gestaltet sich zu einer äusserst raschen.
Frühzündungen sind bei diesem Verfahren ausgeschlossen, da die Drucksteigerung des verdichteten Hauptgemisches erst durch die Verpuffung des leichter brennbaren Gemisches bewirkt wird.
Da die Verbrennung schwerer Gemische um so schlechter ist, je geringer die Füllung und Maschinenbelastung ist, ist es notwendig, dass die Anreicherung des Gemisches mit leichter brennbarem Brennstoffgemisch im Leerlauf und bei geringer Belastung stärker stattfindet. Da nun die Wirkung des Unterdruckes auf das Ventil h umso grösser ist, je mehr die vom Vergaser zur Maschine führende Drossel in der Ansaugeleitung geschlossen ist, wird diese Forderung erfüllt sein. Die Ladung des Zylinders mit den beiden Brennstoffgemischen wird sich daher selbsttätig den verschiedenen Belastungen der Maschine anpassen. Je nach der Wahl der Brennstoffe wird natürlich die Belastung des Ventils h geregelt werden müssen.
Bei ganz geschlossener Drossel wird das durch den Vorverbrennungsraum zugeführte leichter brennbare Gemisch genügen, um bei Leerlauf die Maschine in Gang zu setzen und im Gang zu erhalten, bis die nötige Betriebswärme erreicht ist und die Drosselklappe geöffnet werden kann.
Lässt man während des Anlassens die Maschine so lange leer laufen und betreibt sie während des Leerlaufens lediglich durch das leichter entzündbare Gemisch, bis der normale Betriebswärmezustand erreicht ist, so besteht kaum die Gefahr, dass eine Kondensation des schweren Brennstoffluftgemisches eintritt. Um aber diese Gefahr von vornherein auszuschliessen, kann man das Hauptgemisch so arm an schwerem Brennstoff machen, dass eine Entmischung von Luft und Brennstoff in der Ansaugeleitung und in den kühleren Teilen der Zylinderwandungen ausgeschlossen ist. In diesem Falle führt man den Rest des für die Verbrennung erforderlichen schweren Brennstoffes in flüssiger Form durch das Ventil m zu. Die Exzenter o werden dann mittels des Hebels p so eingestellt, dass das Ventil m sich beim Saughub öffnen kann.
Unter der Wirkung des Unterdruckes lagert sich Brennstoff in der Kammer l ab, der im Augenblick der Zündung durch die Verbrennungsgase des leichter entzündbaren Gemisches in der Kammer e in dem Verdichtungsraum g hinein zerstäubt wird. Trotz der Form der Kammer I findet eine gründliche Entleerung statt, da der an der Mündung des Kanals q vorbeistreichende Gasstrom saugend, der durch den Kanal 'eintretende Gasstrom drückend auf die Füllung der Kammer I einwirkt. Da die Kammer i ! unmittelbar an die Verbrennungskammer e anschliesst, wird sie wirksam geheizt, so dass der eingelagerte flüssige schwere Brennstoff gut vorgewärmt wird.
Durch den hohen Luftgehalt der durch das Ventil angesaugten Leitung kann auch bei geringen Belastungen und Drehzahlen hohe Füllung und dementsprechende Temperatursteigerung durch Verdichtung erzielt werden. Der Zeitpunkt der Anreicherung des Gemisches im Verdichtungsraum durch den flüssigen schweren Brennstoff ist durch den Zündzeitpunkt regelbar. Die Kerzen sind vor Verölung
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und Überhitzung vollständig geschützt, zumal der Verbrennungsraum sich dauernd selbsttätig reinigt und kühlt.
Das Verfahren kommt nicht nur für Neuausführungen in Frage, sondern lässt sich auch an normalen
Maschinen ohne besondere Änderung derselben durch eine Hilfsvorrichtung verwirklichen.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Verbrennung schwerer Brennstoffe in Verpuffungskraftmasehinen, dadurch ge- kennzeichnet, dass schweres Brennstoffluftgemisch angesaugt und während des Aussaugens mit einem leichter brennbaren, von einer andern Quelle fliessenden Gemisch angereichert wird, das durch eine, eine Zündkerze aufnehmende Vorverbrennungskammer in den Zylinder eingeführt wird und durch seine
Verpuffung den Verdichtungsdruck des noch nicht verbrannten Hauptgemisehes im Laufe der gesamten Verbrennung bis zur Selbstentzündung steigert.