Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesse rung der Verbrennung in Mehrzylinder-Brennkraftma schinen mit Kompressionszündung, welche zu den Zylin dern führende Ansaugöffnungen aufweist und einen Brenner für Brennstoff enthält.
Die Hersteller von Brennkraftmaschinen bemühen sich laufend, mehr Leistung aus einem Motor mit Gewicht und Kosten bestimmter Grösse zu erhalten; der Anteil der Leistung pro Kubikmeter, pro Kilogramm oder pro Franken eines Motors sind nämlich wichtige Faktoren. Hierzu haben die Hersteller von Motoren mit Selbstzündung Motoren mit variablem Verdichtungsver hältnis entwickelt. Ein Motor, der bei niedrigem Verdich tungsverhältnis betrieben wird, ist in der Lage, mehr Leistung zu erzeugen als ein üblicher Motor mit hohem Verdichtungsverhältnis, ohne dass unzulässig hohe Spit zentemperaturen und -drücke auftreten, wie dies bei der letztgenannten Motorart der Fall sein würde.
Eine Brennkraftmaschine mit festem niedrigen Druckverhältnis wird als einem Motor mit variablem Druckverhältnis überlegen angesehen, da diese schwieri ger aufgebaut sind. Wird die Änderung im Verdichtungs verhältnis erreicht, indem die Kolben verschoben werden, so wird der Motor teurer, schwer und ist übermässigem Verschleiss ausgesetzt. Es ist jedoch schwierig oder unmöglich, einen Motor mit festem niedrigen Verdich tungsverhältnis anlaufen zu lassen, und er wird selbst bei relativ hohen Umgebungstemperaturen weissen Rauch im Leerlauf oder bei Betrieb mit Teillast abgeben, es sei denn, eine Verbrennungshilfe ist vorgesehen.
Weisser Rauch ist das Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung in den Zylindern und tritt auf, wenn die Verdichtungstemperatur in den Zylindern des Motors nicht ausreicht, um den gesamten eingespritzten Brenn stoff zu verbrennen.
Ein Hauptproblem, welches die Entwicklung eines Motors mit niedrigem Verdichtungsverhältnis behindert hat, war die übermässige Erzeugung von weissem Rauch, besonders beim Anlassen, im Leerlauf und bei Teillastbe trieb. Weisser Rauch enthält unverbrannte Brennstofftröpf chen, welche mit den Auspuffgasen aus den Zylindern austreten. Er tritt auf, wenn die Temperatur in einigen Teilen des Zylinders nicht ausreicht, um den Brennstoff hierin zu verbrennen, wie es z.B. der Fall ist, wenn der Motor angelassen und die Temperaturverteilung der den Zylindern zugeführten Ansaugluft ungleichmässig ist.
Weisser Rauch unterscheidet sich somit von seiner Substanz her vom schwarzen Rauch, der Kohlenstoffteil chen enthält und dann auftritt, wenn die Verdichtungs temperatur zwar ausreichend ist, um die Verbrennung zu gewährleisten, die örtliche Sauerstoffversorgung jedoch nicht ausreicht, um den gesamten Kohlenstoff im Brenn stoff zu oxydieren.
Es sind Vorrichtungen bekannt geworden, bei wel chen, wie etwa nach dem brit. Patent Nr. 932 025, Brennstoff entzündet und in der Ansaugleitung verbrannt wird. Solche Vorrichtungen haben jedoch den Nachteil, dass die Verbrennungswärme des Brennstoffs nicht gut auf alle Zylinder verteilt wird. Weiter geht ein sehr grosser Anteil der Verbrennungswärme durch die Wan dungen der Ansaugleitung verloren.
Entsprechend ist es das Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verbesserung der Verbrennung in Mehr zylinder-Brennkraftmaschinen mit Selbstzündung vorzu sehen, die einen wirksamen Gebrauch von der Wärme machen, die durch Verbrennung von in die Ansauglei tung eingespritztem Brennstoff entsteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Wärmeverteilvorrichtung in der Luftansauglei tung zur Verteilung der heissen Gase vom Brenner zu den Ansaugöffnungen vorgesehen ist, der Brenner für Brennstoff so befestigt ist, dass seine Flamme auf die Wärmeverteilvorrichtung gerichtet ist, die Wärmeverteil- vorrichtung sich in die Luftansaugleitung mindestens an einer der Ansaugöffnungen vorbei erstreckt und eine Einlassvorrichtung zur Aufnahme heisser Gase von dem Brenner sowie Austrittsvorrichtungen benachbart zu mehr als einer der Ansaugöffnungen aufweist, welche die heissen Gase von dem Brenner zu den Ansaugöffnungen verteilen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung hilft in verlässli- cher Weise den Motor bei niedrigen Umgebungstempera turen schnell zu starten. Die Verbrennungshilfe kann auch bei Leerlauf und niedrigen Lasten benutzt werden und, falls erforderlich, um weissen Rauch zu entfernen, um gleichförmig vom gezündeten Brennstoff die Wärme auf die Luftansaugöffnungen zu verteilen, wenn der Brenner den Öffnungen eng benachbart ist. Die Wärme- verteilvorrichtung besteht vorzugsweise aus einem Rohr, dessen eines Ende in der Nähe der Düse angeordnet ist, derart. dass der zerstäubte Brennstoff in das Innere des Rohres gesprüht und hierin gezündet wird.
Eine Öffnung kann in der Wand des Rohres in der Nähe jeder Einlassöffnung ausgebildet werden und die heissen Gase des gezündeten Brennstoffs strömen dann aus den Öff nungen und direkt in die Lufteinlassöffnungen. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Öffnungen so bemessen und bezüglich der Einlassöff- nungen angeordnet, dass die Wärme im wesentlichen gleichmässig auf die jeweiligen Zylinder verteilt wird.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstands näher be schrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht eines Motors, Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Teildarstellung eines Teils eines Sammmelleitungsbrenners des in Fig. 1 gezeigten Motors, Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch den Motor längs der Linie 4-4 in Fig. 2, Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4, Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 2 Fig. 7 eine Teildraufsicht einer bevorzugten Ausfüh rungsform eines Sammelleitungsbrenners, Fig. 8 eine teilweise Seitenansicht des in Fig. 7 gezeig ten Brenners und die Fig.
9 bis 11 Diagramme, in denen durch Kurven das Leistungsvermögen eines Motors mit einer erfindungsge- mässen Vorrichtung aufgetragen ist.
Während die Erfindung sowohl auf Zweitakt- wie Viertaktmotoren anwendbar ist, ist sie nachstend bei spielsweise anhand eines Viertaktmotors beschrieben. ausserdem befasst sich die nachstehende Beschreibung mit einem V-Motor, obwohl die Erfindung auf einen kompressionsgezündeten Motor irgendeiner Bauart an wendbar ist.
Der in den Fig. 1 bis 8 dargestellte Motor ist ein V 12-Dieselmotor mit einem V-förmigen Motorblock 240 mit zwei Reihen von Zylindern 241, die durch Zylinder köpfe 242 geschlossen sind, in denen Kolben 243 in Buchsen 244 hin- und herbewegbar sind.
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 255, Lufteinlassven tile 256 und Auslassventile 257 arbeiten zu geeigneten Zeitpunkten bei jedem Motortakt entsprechend norma lerweise ansaugenden oder abgasturboaufgeladenen Ma schinen. Während das Einlassventil 256 eines Zylinders offen ist, wird Luft durch einen Kanal 258 in den Zylinder gesaugt, wie in den Fig. 2 und 4 dargestellt ist. Ist ein Auslassventil 257 offen, so werden Abgase durch eine zur Auslassöffnung 274 führende Leitung ausgetra gen. Bei der besonderen dargestellten Ausführungsform der Maschine sind in jeder Reihe von Sechszylindern 250, die in gestrichelten Linien in Fig. 2 dargestellt sind, vier Einlasskanäle 258 vorgesehen. Der Kanal 258 an jedem Ende des Blocks leitet Luft zu nur einem Zylinder hin, die Zylinder sind den stirnseitigen Zylindern zugeordnet.
Jeder der anderen zwei am weitesten innen liegenden Kanäle 258 leitet Einlassluft zu zwei Zylindern. Wie Fig. 2 zeigt, ist jeder der beiden am weitesten innen angeordneten Kanäle von V-Form und Einlassventile 256 für zwei benachbarte Zylinder sind an den Enden der Zweige des Y angeordnet.
Die Brennstoffüllung für jeden Zylinder wird über die Brennstoffeinspritzvorrichtung 255 zugeführt und mit der Luft vermischt, wonach der Zylinder gefüllt wird; die Luft ist erwärmt worden aufgrund der Kompression des Aufwärtshubs des Kolbens, und zwar auf eine Tempera tur, die hoch genug ist, um für die Zündung des Brennstoffs auszureichen.
Während nach der dargestellten Ausführungsform die maximale Leistungsausbeute für einen Motor von gege bener Grösse das Hauptziel ist, sind Vorkehrungen getroffen, um die Ansaugluft zu komprimieren, wenn der Motor unter Last arbeitet und die komprimierte Luft, bevor sie in die Zylinder eintritt, gekühlt wird. Solch eine Aufladung wird durch einen sogenannten Abgasturbola der 267 erreicht, vorzugsweise je einen für jede Reihe von Zylindern, welcher aus einem durch eine Turbine 269 angetriebenen Kompressor 268 besteht (Fug. 1).
Im vorliegenden Fall ist der dargestellte Motor für maximale Leistungsabgabe ausgelegt, wobei zu diesem Zweck die jeden Kompressor 267 durch die zugeordnete Leitung 272 verlassende Anlaufluft wesentlich gekühlt wird, wenn die Maschine unter Last arbeitet. Erreicht wird dies durch einen Wärmeaustauscher 276, einen für jede Reihe von Zylindern, der sich über die volle Länge der zugeordneten Lufteinlasssammelleitung 273 erstreckt und in den oberen Teilen der hierdurch gebildeten Kammern 277 angeordnet ist.
Eine kalte Maschine mit einem niedrigen Verdich tungsverhältnis kann mittels Durchdrehen und Anlassen des Motors allein nicht gestartet werden, es sei denn, es herrschten sehr hohe Umgebungstemperaturen, da die Temperatur aufgrund der Verdichtung innerhalb der Zylinder bei niedrigen Umgebungstemperaturen nicht hoch genug ist, um eine Zündung herbeizuführen. Dies natürlich darum, weil die der Luft durch die Kompres sion innerhalb der Zylinder zugeführte Wärme minus der an das umgebende kalte Metall verlorengehenden Wärme zu einer Lufttemperatur führt, die unterhalb der Zünd- temperatur der Brennstoff-Luftmischung liegt.
Nachdem einreal doch gestartet ist und nachdem die Zylinder durch eine kurze Betriebsperiode bei normaler Geschwin digkeit und unter Last erwärmt wurden, läuft eine solche Maschine weiter.
Die Ausnutzung eines solch niedrigen Verdichtungs verhältnisses, um eine erhebliche Leistungsabgabe oder eine verlängerte Lebensdauer zu erreichen, wird nun möglich gemacht, indem Motorbrennstoff innerhalb der Lufteinlasssammelleitung 273 in derartiger Weise ver brannt wird, dass schnell und konsistent unter sämtlichen Startbedingungen die Gesamtheit der den Motorzylindern zugeführten Luft erwärmt wird.
Diese Luft wird auf eine Temperatur erwärmt, die ausreichend hoch ist, um inner halb jedes Zylinders, im wesentlichen zum Zeitpunkt der ersten Brennstoffeinspritzung, eine Verdichtungstempera tur zu erzeugen, die über die gesamte Luftfüllung gleichförmig ist und ausreichend oberhalb der theoreti schen Zündtemperatur des Brennstoffs liegt, um ein Zünden und ein Starten des Motors nach einigen Sekun den des Anlassems sicherzustellen. Die Brennstoffver- brennung wird augenblicklich mit dem Anlassen und bei einer Geschwindigkeit gestartet, die wenigstens aus reicht, um die Verluste zu überwinden, die dadurch entstehen, dass die kalten Metallteile in Kontakt mit den Luftfüllungen kommen.
Das Ergebnis ist, dass eine Verdichtungstemperatur erheblich oberhalb der Tempe ratur, die zur Zündung notwendig ist, schnell und ohne Schwierigkeiten unter sämtlichen erwarteten Bedingun gen des Kaltstartens erreicht wird.
Nachdem die Maschine angelassen wurde und nur einige Takte lang gelaufen ist, wird die in die Zylinder eintretende Luft gleichförmig über ihre Masse auf eine Temperatur erwärmt, die, kombiniert mit der von den Zylinderwandungen aufgenommenen Wärme zu einer wirksamen Verdichtungstemperatur führt, die wesentlich höher als die ist, die zur Zündung notwendig ist und die ausreicht, die Periode der Erzeugung weissen Rauchs zu eliminieren oder im wesentlichen zu reduzieren. Weisser Rauch ist das Ergebnis einer unvollständigen Verbren nung in den Zylindern und tritt dann auf, wenn die Verbrennungstemperatur in den Motorzylindern nicht ausreicht, um den gesamten eingespritzten Brennstoff zu verbrennen.
Der Brenner 304 weist eine Düse 305 auf, von der eine Mischung verdichteter Luft und zerstäubten Brenn stoffs in das Ende 306 eines Rohres 307 ausgetragen wird, welches innerhalb der Ansaugkammer 277 unter halb des Wärmeaustauschers 276 angeordnet ist und längs der Innenwand 398 der Kammer dieser Ansaug kammer in der Nähe der darin befindlichen Öffnungen 309 sich erstreckt, die zu den Einlasskanälen 258 führen. Das Rohr ist mit Seitenöffnungen<B>311</B> gegenüber jede= der Öffnungen 309 und der Kanäle 258 ausgebildet. Für eine Reihe von Sechszylindern wird der Brenner mit zwei Düsen 305 ausgestattet, die zwischen den Enden 306 der beiden Rohre 307 angeordnet sind, die durch Schie nen<B>312</B> verbunden werden.
Die anderen Enden der Rohre stehen durch die Stirnwände 313 der Sammel- oder Ansaugleitung vor und sind durch Passstücke 314 gelagert.
Die Düsen sind in gegenüberliegende Seiten eines Gussstücks 315 am innen gelegenen Ende eingeschraubt, das Gussstück steht durch eine Bohrung 316 in der Aussenwand der Ansaugleitung und zwischen den Stan gen 312 vor. Das Gussstück ist zwischen seinen Enden mit einem Flansch 317 ausgebildet, der durch Schrauben gegen diese Wand verspannt ist. Hier stehen die Rohre an einem Ende des Blocks miteinander durch ein Rohr 318 in Verbindung, um die Drücke zwischen den beiden Sammelleitungen immer auszugleichen.
Durch ein Rohr 335 wird jedem der zwei Brenner Brennstoff zugeführt, Luft zur Aussenansaugung von Brennstoff durch die Brennstoffdüse 305 und zum Zer stäuben des Brennstoffs wird durch jeweilige Brenner den Kanälen 341 zugeliefert. Luft wird von irgendeiner geeigneten Quelle bei einem Druck, der ausreichend höher als der Druck in der Sammelleitung ist, geliefert, um eine adäquate Strömung zum Ansaugen von Brenn stoff bei der richtigen Geschwindigkeit bzw. bei einge stelltem Durchsatz durch die Düse anzusaugen, um den Brennstoff richtig zu zerstäuben und um einen angemes senen Teil an Luft zu liefern, der zum Verbrennen des Brennstoffs notwendig wird.
Eine Zündung der zerstäubten Brennstoff-Luftmi schung wird von jeder Brennerdüse in sich nach aussen verbreitender Weise durch Funken herbeigeführt, die den Spalt 349 einer Zündkerze 350 überspringen, die auf dem Flansch 317 angeordnet ist, wobei der Spalt nahe der Brennerdüse und in der Bahn der zerstäubten Mischung angeordnet ist. Der Funkenschlag wird in üblicher Weise durch eine übliche Zündspule und einen Vibrator er zeugt.
Die Bildung der Heizflamme innerhalb eines Rohres der obengenannten Konstruktion und von kleinerem Querschnitt als die Sammelleitung, während das Rohr längs der Einlassöffnungen 258 in .unmittelbarer Nähe hierzu sich erstreckt, ist aus verschiedenen Gründen vorteilhaft. Die Flamme wird auf eine Zone nahe den Ansaugöffnungen begrenzt, so dass die brennende Mi schung schnell und gleichförmig in die Öffnungen gelie fert wird, während das Einlassventil geöffnet wird. Während des Startes kommt die Flamme nicht in Kon takt mit den Wänden der Sammelleitungskammer 277, wodurch Wärmeverluste an diesen Teilen auf ein Mini mum herabgesetzt werden.
Auch isoliert der nicht perfo rierte Kopf des Rohres die Brennerflamme und schirmt den Wärmeaustauscher 276 gegen die Wärme ab, die im Rohr erzeugt wurde, und vermindert eine Abstrahlung hierauf, so dass der benötigte Abstand reduziert wird, um jede Gefahr einer Beschädigung des Wärmeaustauschers zu vermeiden.
Der nichtperforierte Kopf des Rohres vermindert auch die Gefahr, dass die Flamme durch den Strom der Ansaugluft, die durch die Sammel- oder Ansaugleitung führt, ausgeblasen wird.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine bevorzugte Ausführungs form eines Sammelleitungsbrenners. Der Brenner ist in Verbindung mit einem Motor der beschriebenen Art gezeigt, bei dem die Lufteinlassöffnungen und die Ein- lasssammelleitungen innerhalb der Öffnung des V eines V-Motors angeordnet sind. Bei solch einem Motor liegen die Mittellinien der Zylinder jeder Reihe unter einem 45 - Winkel gegenüber einer vertikalen Linie. Fig. 7 ist ein horizontaler Schnitt durch die Sammelleitung solch eines Motors, wenn man aus einer unmittelbar oberhalb des Brenners liegenden Ebene auf diesen herabblickt; Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt, der so gelegt ist, dass man gegen den Brenner aus einer dem Brenner benachbart liegenden Vertikalebene blickt.
Der Motor weist eine Sammelleitung 416 mit vier hier in ausgebildeten Einlassöffnungen 417 bis 420 auf. Der Motor ist ein V-8-Motor mit vier Zylindern in jeder Reihe und jede der Einlassöffnungen 417 bis 420 führt Ansaug luft zu einem Zylinder. Es soll jedoch darauf hingewiesen werden, dass der in den Fig. 7 und 8 dargestellte Brenner auch bei anderen Arten von Motoren, beispielsweise Reihenmotoren sowie einem V-12-Motor der in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Art verwendet werden kann, bei dem sechs Zylinder in jeder Reihe vorgesehen sind und vier Lufteinlassöffnungen Ansaugluft zu den sechs Zylindern leiten.
Innerhalb der Sammelleitung 416 ist ein Brenner gelagert, der eine Düse 423 der vorher beschriebenen Art aufweist, wobei diese Düse auf einem Düsenhalterblock 424 gelagert ist, in dem Luft- und Brennstoffkanäle ausgebildet sind. Der Halter 424 trägt auch eine Zünd kerze 426, deren Spitzen 427 in der Nähe der Düse 423 angeordnet sind, um eine Brennstoff-Luft-Mischung, die aus der Düse 423 austritt, zu zünden.
Weiterhin weist der Brenner einen Wärmeverteiler bestehend aus einem offenendigen Brennerrohr 428 auf, das an der Wand der Sammelleitung 416 durch ein Paar von Bändern 429 und 430 befestigt ist. Das Brennerrohr 428 ist axial ausgerichtet zu und in der Nähe der Düse 423 angeordnet, so dass eine aus der Düse 423 austreten de Luftgasmischung in das benachbarte Ende des Bren nerrohres 428 eintritt. Das Brennerrohr 428 erstreckt sich bis in die Nähe der vier Ansaugöffnungen 417 bis 420 und besitzt vier Auslassöffnungen 432 bis 435, die jeweils in der Nähe der vier Ansaugöffnungen 417 bis 420 angeordnet sind.
Vom Standpunkt eines schnellen Anlaufens der Ma schine und vom Standpunkt einer frühen Beseitigung des weissen Rauchs her ist es wichtig, die Wärme vom Brenner auf die jeweiligen Zylinder gleichförmig zu verteilen. Es hat sich herausgestellt, dass dann, wenn die Wärme nicht gleichförmig verteilt wird, ein Zylinder, der weniger Wärme als die anderen aufnimmt, später in der Anlassperiode zündet als die anderen und mehr weissen Rauch aufgrund unvollständiger Verbrennung in diesem Zylinder erzeugt. Dies beruht selbstverständlich auf einem Fehlen der Wärme in der in den Zylinder eintre tenden Ansaugluft.
Es hat sich herausgestellt, dass ein oder zwei Zylinder eines Motors weissen Rauch in einer Menge erzeugen können, die die Maschine unzumutbar macht, selbst wenn solch eine Maschine relativ schnell auf den Zylindern anläuft, die genügend Wärme erhalten.
Um daher gleichförmig die Brennerwärme auf die Zylinder zu verteilen, ist das Rohr 428 ganz eng benach bart den Öffnungen 417 bis 420 gelagert und die Öffnungen 432 bis 435 des Rohres 428 sind so bemessen und relativ zu den vier Ansaugöffnungen 417 bis 420 angeordnet, dass die vier Ansaugöffnungen im wesentli chen gleiche Wärmemengen empfangen. Erreicht wird dies hauptsächlich, indem allmählich die Flächen der Öffnungen 432 bis 435 mit zunehmender Entfernung von der Wärmequelle (die Düse 423) vergrössert werden. So ist die Öffnung 432, die sich am nächsten der Düse 423 befindet, relativ klein und die Anströmkante 437 der Öffnung 432 ist etwa auf die Anströmseite der Öffnung 417 ausgerichtet.
Die nächste Öffnung 433 ist geringfügig grösser als die Öffnung 432 und deren Anströmkante 438 liegt ein kleines Stück näher der Düse 423 als die Anströmkante der Öffnung 418. Die nächste Öffnung 434 ist grösser als die beiden Öffnungen 432 und 433 und deren Anströmkante 439 ist um ein grösseres Stück näher der Düse 423 angeordnet als die benachbarte Kante der Öffnung 419. Schliesslich ist die Öffnung 435 grösser als eine der drei anderen Öffnungen 432, 433 und 434 und deren Anströmkante 440 wird selbst näher an die Düse 423 herangebracht als die Anströmkante der Öffnung 420. So führen die allmählich zunehmenden Grössen der Öffnungen mit zunehmenden Abständen von der Düse zu einer gleichförmigen Verteilung der Brennerwärme auf die verschiedenen Zylinder.
Die Flammenmischung von der Düse 423 leckt, wie in Fig. 8 dargestellt, nach oben und nach rechts und die Verschiebung der Anströmkan- ten 437 bis 440 relativ zu den Öffnungen 417 bis 420 ermöglicht es der Flamme und der erwärmten Luft, in die Öffnungen 417 bis 420 einzufegen .
Zusätzlich zu der zur Düse 423 gelieferten Luft ist es wichtig. dass der Brenner zusätzliche Luft aufnimmt, um eine völlige Verbrennung des Brennerbrennstoffs herbei zuführen. Hierzu ist eine Umlenkplatte 442 vorgesehen, die sich quer zur Leitung 416 zwischen der Düse 423 und dem benachbarten Ende des Brennerrohres 428 erstreckt. Die Umlenkplatte 442 ist von Bolzen 443 getragen, die die Platte 442 mit dem Block 424 verbinden, und die Platte 442 liegt normal zur Achse der Düse und des Rohres. Ein Venturirohr ist in der Platte 442 auf der Achse der Düse 423 und des Rohres 428 ausgebildet und die Brennstoff-Luft-Mischung aus der Düse 423 strömt durch das Venturirohr 444 und in das Brennerrohr 428.
Ein Teil der Ansaugluft in der Sammelleitung 416 strömt in den Raum zwischen der Düse 423 und der Platte 442 und wird durch die Mischung aus der Düse mit fortgeris sen. Die resultierende Mischung strömt in das Rohr 428 und verbrennt hierin; die Verbrennungsprodukte strömen aus den Öffnungen 432, 433, 434, 435. Die Luft, die in die Zylinder eintritt, wird sowohl durch Umströmen des heissen Rohres 428 als auch durch Mischung mit den Verbrennungsprodukten erwärmt, die die Rohröffnungen 432 bis 435 verlassen.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist das Brennerrohr 428 relativ niedrig, bezüglich des Niveaus der Öffnungen 417 bis 420 angeordnet, so dass das Rohr 428 die Strömung der Ansaugluft, die sich nach unten bewegt, wie in Fig.8 dargestellt, und die in die Einlassöffnungen 417 bis 420 strömt, nicht blockiert.
Fig. 9 zeigt die Arbeitsweise einer Kraftmaschine der Verdichtungs-Zündbauart mit einer Bohrung zwischen 12,7 bis 15,2 cm und einem Umgebungsdruck von etwa 103 kg pro cm absolut, wobei diese Betriebsweise als Funktion des Verdichtungsverhältnisses des Verdich tungsverhältnisses des Motors und der Verdichtungstem peratur gezeigt ist. Die Leitung 45 in Fig. 9 stellt die Ver dichtungstemperatur innerhalb der Zylinder der gleichen Maschine jedoch mit verschiedenen Verdichtungsverhält nissen dar, wenn die Brennkraftmaschine bei einer Umge bungstemperatur von minus 18 C gestartet wird.
Nach dem Anlassen liegt die Verdichtungstemperatur für solch eine Maschine mit einem Verdichtungsverhältnis von we niger als 12: 1 bei weniger als 304 C, wogegen die Ver dichtungstemperatur nach dem Anlassen solch einer Ma schine mit einem Verdichtungsverhältnis von 10 : 8 bei etwa 385 C liegt. Die Linie 46 in Fig. 9 zeigt die Verdich tungstemperatur, die innerhalb eines Zylinders erreicht werden muss, um die Zündung eines Dieselbrennstoffs und einer Luftmischung in einem Motor aufrechtzu erhalten; ersichtlich liegt die Zündtemperatur für Moto ren mit einem relativ niedrigen Verdichtungsverhältnis höher als bei Motoren mit einem höheren Verdichtungs verhältnis.
So erfordert beispielsweise solch ein Motor mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als<B>10:</B> 1 eine Zündtemperatur von wenigstens 404 C, wogegen ein Motor mit einem Verdichtungsverhältnis von<B>18:</B> 1 eine Verdichtungstemperatur von etwa 384 C aufweisen muss. Die beiden Linien 45 und 46 überschneiden sich am Punkt 47, was einem Verdichtungsverhältnis von etwa 17,6: 1 entspricht; offensichtlich ist ein Verdich tungsverhältnis von mehr als<B>17,6:</B> 1 für solch einen Motor notwendig, um nach einer Minute Anlasszeit und einer Umgebungstemperatur von minus 18 C ohne eine Starthilfe anzulaufen.
Die Kurve 48 zeigt einen Betrieb ähnlich dem der Linie 45, jedoch bei einer Umgebungstemperatur von 4,4 C; es zeigt sich, dass eine solche Maschine ohne jede Hilfe mit einem Verdichtungsverhältnis von weniger als etwa 13,5 : 1 bei dieser Umgebungstemperatur überhaupt nicht anläuft.
Die Linie 49 in Fig. 9 gibt den Betrieb einer Maschine ohne jede Hilfe an, wenn die Maschine nach einer Periode ohne Belastung leer läuft, und zwar bei einer Umgebungstemperatur von 16 C. Von dieser Linie aus gehend ist es klar, dass für sämtliche Verdichtungsver hältnisse grösser als etwa 9,4: 1 die Verdichtungstempe ratur oberhalb derjenigen liegen wird, die notwendig ist, um die Zündung aufrechtzuerhalten. Für Verdichtungs- verhältnisse kleiner als 9,4: 1 fällt jedoch die Verdich tungstemperatur unterhalb die, die notwendig ist, um die Zündung aufrechtzuerhalten; der Motor hört auf zu laufen.
Die Linie 50 zeigt die Arbeitsweise solch einer Maschine ohne jede Hilfseinrichtung, wenn sie .unter Vollast läuft; es zeigt sich, dass die Verdichtungstempe raturen mit Verdichtungsverhältnissen bis hinab zu 9,2 bis 1 ausreichend hoch sind, um die Zündung aufrechtzu erhalten.
Als Vergleich zeigt die Linie 51 die Arbeitsweise einer turboaufgeladenen Maschine mit gleichem Zylin derdurchmesser, die unter Vollast läuft; ein Vergleich der beiden Linien 50 und 51 gibt an, dass die turboaufgelade ne Maschine bei erheblich höheren Temperaturen läuft als eine ähnliche Maschine ohne Turboaufladung.
Die Linie 50a zeigt die obere Temperaturgrenze, bei der weisser Rauch auftritt. Bei Temperaturen oberhalb der Linie 50a wird weisser Rauch eliminiert, während bei Temperaturen unterhalb der Linie 50a weisser Rauch vorhanden ist.
Es zeigt sich somit aus den Kurven in Fig. 9, dass, wenn die Maschine für ein Verdichtungsverhältnis von weniger als 12,0: 1 gebaut wird und wenn diese bei einer Umgebungstemperatur, die so niedrig wie - 29 C liegt, anlaufen soll, zudem bei solchen Temperaturen ein einwandfreier Leerlaufbetrieb gegeben sein soll und die zudem ohne weissen Rauch arbeiten soll, eine Verbren nungshilfe vorgesehen sein muss. Um darüber hinaus eine hohe Leistungsabgabe aus solch einer Maschine zu erreichen, muss eine Aufladeeinrichtung für hohe Aufla dedichten vorgesehen sein.
Wie Fig. 10 zeigt, ist es auch wichtig, dass die richtige Brennstoffmenge durch die Brennstoffdüse des Brenners für optimale Startbedingungen angesaugt bzw. gesogen wird. Die Kurve 115 gibt die Aufzeichnung eines Bren ner-Brennstoffdurchsatzes als eine Funktion der Zeitdau er, die zum Anlaufen einer Maschine erforderlich ist; die Kurve 115 basiert auf Daten, die von einer Viertakt- Maschine mit Eigen- oder Verdichtungszündung erreicht wird, deren Verdichtungsverhältnis bei 12,1:1 liegt. Weiterhin besitzt der Motor eine Sechszylinder-Maschine mit einer Zylinderbohrung von 13,7 cm Durchmesser und einem Kolbenhub von 15,24 cm. Die Umgebungstempe ratur lag zwischen -26 und -32 C und der höhere Heizwert des Brenner-Brennstoffs lag bei 11020 kcal pro kg Brennstoff.
Wie durch die Kurve<B>115</B> dargestellt, liegt die optimale oder minimale Startzeit bei einem Brenner- Brennstoffdurchsatz von etwa 1,85 mg Brennstoff pro cm3 Hubraum der Maschine. Ein Luftdurchsatz von der Luftdüse des Brenners von etwa<B>10%</B> der Menge der Ansaugluft, die durch die Sammelleitung strömt, wenn die Maschine anläuft, liefert diesen Brennstoffdurchsatz. Wird mehr Brennstoff als die genannte Menge dem Brenner zugeführt, so wird eine übermässige Sauerstoff menge in der Ansaugluft verbraucht und die Luft kann übermässig verunreinigt werden, und, wenn der Durch satz bei mehr als etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Hubraum liegt, so ist die Startzeit mit Fehlern äusserst behaftet und es kann passieren, dass die Maschine nicht anläuft.
Wenn andererseits zu wenig Brennstoff dem Brenner zugeführt wird, wird die Luft unter Umständen nicht ausreichend erwärmt. Wie durch die Kurve 115 angedeutet, kann die Maschine nicht anlaufen, wenn der Brennstoffdurchsatz kleiner als etwa 0,7 mg pro Minute pro cm3 Hubraum ist. Der Brennstoffdurchsatz sollte also innerhalb des Bereichs von etwa 0,7 mg bis etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Hubraum der Maschine zum Anlaufen der Maschine liegen. Darüber hinaus erfor dern Militärvorschriften, dass eine Maschine in weniger als 30 sec. bei -32 C anläuft, der bevorzugtere Brenn stoffdurchsatzbereich liegt daher zwischen etwa 1,16 bis etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Maschinenhubraum, um die Militärvorschriften zu erfüllen.
Für die optimale Leistung liegt der Durchsatz bei etwa 1,85 mg pro Minute pro cm3 Motorhubraum.
Für einen Zweitaktmotor wird es notwendig, den Brennstoffdurchsatz zu erhöhen, um den gesteigerten Luftdurchsatz zu kompensieren. Ein äquivalenter opti maler Brennstoffdurchsatz für einen Zweitaktmotor liegt bei etwa 2,77 pro Minute pro cm3 Motorhub raum.
In Fig. 11 gibt die Kurve 115a die Variation in der Sauerstoffmenge in der vom Brenner verbrauchten An saugluft als Funktion des Brennstoffdurchsatzes zum Brenner an. Offensichtlich wird, wenn mehr Brennstoff zum Brenner geführt wird, mehr Sauerstoff in der Ansaugluft verbraucht. Beträgt der Durchsatz 2,27 mg pro Minute pro cm3 Zylinderhubraum oder mehr, so werden über 31,57o des Sauerstoffs in der Ansaugluft verbraucht und es wird schwierig, die Maschine zu starten, vielleicht, weil Sauerstoff in unzureichender Menge in den Zylindern vorhanden ist.
Liegt der Durch satz bei 1,11 mg pro Minute pro cm3 Hubraum oder weniger, so ist ausreichend Sauerstoff in der in die Zylinder geführten Ansaugluft vorhanden, die anderen für den Schnellstart notwendigen Bedingungen brauchen aber nicht gegeben sein. Liegt der Brennstoffdurchsatz beim Optimalwert von 1,85 mg pro Minute pro cm3 Hubraum, so werden etwa 257o des Sauerstoffs in der Ansaugluft durch den Brenner verbraucht. Ein bevorzug ter Bereich des Brennstoffdurchsatzes liegt zwischen etwa 0,92 mg bis etwa 2,27 mg pro Minute pro cm3 Motor hubraum, weil, wenn der Brennstoffdurchsatz sich inner halb dieses Bereichs befindet, die Maschine normalerwei se innerhalb einer Anlasszeit von 1 Minute oder weniger anlaufen wird.
Dies ist wichtig, weil der Käufer von Motoren, die in Zugfahrzeugen eingebaut werden sollen, davon Abstand nimmt, einen Motor zu kaufen, dessen Startzeit bei mehr als einer Minute liegt. Arbeiten Sammelleitungsbrenner in der beschriebenen Weise, so läuft eine Maschine bei einer Temperatur an, die etwa 47 C niedriger als bei einem ähnlichen Motor ohne solchen Brenner liegt.