DE1032024B - Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und deren Arbeitsweise, insbesondere auf solche Maschinen, wie sie in der deutschen Patentschrift 898 824 beschrieben sind.

Die hier in Frage kommenden Brennkraftmaschinen sind Kolbenmotoren mit scheibenförmigem Brennraum. Der im Motor zu verbrennende flüssige Brennstoff wird bei jedem Arbeitsgang eingespritzt und bildet eine aus einem brennbaren Gemisch bestehende Wolke, die auf der einen Seite durch einen Strom eines oxydierenden Gases begrenzt wird, das sich auf die Wolke zu bewegt und wenig oder keinen verdampften Kraftstoff enthält, so daß es unbrennbar ist. Die Wolke wird auf der anderen Seite durch die gasförmigen Verbrennungsprodukte begrenzt, die sich ¹S von einer an der Wolke befindlichen Flammenfront entfernen, in der das Gemisch im wesentlichen so schnell verbrennt, wie es sich bildet. Infolgedessen können sich nur geringe Mengen oder keine »Rückstandsgase« bilden, und selbst wenn sie entstehen, unterliegen sie nicht dem Druck und der Temperatur, die zur Selbstzündung führen, insbesondere auch nicht während einer hierzu notwendigen Zeitspanne.

Bei der bevorzugten Arbeitsweise des Motors, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, bildet das zur Verbrennung dienende Oxydationsgas in dem Motorenzylinder eine komprimierte, sich rasch drehende Masse. Der gasförmige oder flüssige Kraftstoff wird so in dieses Oxydationsgas eingespritzt, daß er ein begrenztes Segment der in Drehung befindliehen Masse durchsetzt und eine brennbare Wolke bildet. Der erste Teil der Wolke wird im wesentlichen gezündet, sobald er sich bildet, wobei die Zündung nahe der Stelle erfolgt, an der der Kraftstoff eingespritzt wird. Auf diese Weise bildet sich an der Stirnseite der Wolke eine Flamme. Diese Flammenfront neigt dazu, sich entgegengesetzt zur Drehrichtung mit Richtung auf die Stelle der Kraftstoffeinspritzung zu bewegen. Die in der brennenden Wolke gebildeten Verbrennungsprodukte entfernen sich in der Drehrichtung von der Flammenfront. Der Flammenfront werden dann weitere Mengen des brennbaren Gemisches zugeführt, das sich auf sie zu bewegt und aus Kraftstoff besteht, der in das in Drehung befindliche Oxydationsgas eingespritzt wurde. Dienachfolgenden Mengen des brennbaren Gemisches werden während jeder Verbrennungsperiode des Motors in der Wolke oder nahe der Flammenfront im wesentlichen so schnell verbrannt, wie sie sich bilden, wobei die Einspritzung von Kraftstoff aufhört, sobald jeweils ausreichend Kraftstoff für jeden Arbeitshub eingespritzt worden ist. Die brennbare, aus Gemisch bestehende »Wolke« wird also auf einer Seite durch eine unbrennbare Schicht der sich von der Wolke weg-

Anmelder:

Texaco Development Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M.-Höchst, Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Juni 1952

Everett McMullin Barber,

Wappinger Falls, N. Y. (V. St. A.)_r

ist als Erfinder genannt worden

drehenden Verbrennungsprodukte und auf der gegenüberliegenden Seite durch eine unbrennbare Schicht aus Oxydationsgas begrenzt, in das noch kein Kraftstoff eingespritzt ist oder das noch nicht genügend verdampften Kraftstoff enthält, um zündfähig zu sein. Die Verbrennung ist also auf die Wolke beschränkt und läuft in ihr vollständig ab. Unter diesen Bedingungen bilden sich im wesentlichen keine »Rückstandsgase, oder sie erreichen nicht die Temperatur, den Druck und die Dichte, bei denen Selbstzündung eintritt. Infolgedessen wird selbst bei Kraftstoffen, die bei hohen Kompressionsverhältnissen zum Klopfen neigen, dieses Klopfen verhindert. Das brennbare Gemisch der Wolke wird bisher in üblicher Weise, z. B. durch eine im Zylinder am Ort der Wolke angeordnete Zündkerze oder Glühkerze, gezündet.

Es wurde nun gefunden, daß es auch möglich ist, die aus brennbarem Gemisch bestehende Hauptwolke durch eine »Zündwolke« zu zünden, die getrennt von und vor der Hauptwolke gebildet wird. Diese Zündwolke bewegt sich bei gleichzeitiger Komprimierung auf die Stelle zu, an der der Kraftstoff eingespritzt wird, wobei der Kompressionsgrad und die Dauer der Kompression der Zündwolke so eingestellt sind, daß die Zündwolke durch Kompressionszündung etwa gerade in dem Augenblick zündet, in dem sie an der Stelle vorbeiläuft, an der der die Hauptwolke bil-

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dende Kraftstoff eingespritzt wird. Die brennende Zündwolke entzündet den ersten Teil des brennbaren Gemisches in der Hauptwolke und erzeugt so· die erforderliche Flammenfront. Danach läuft der Prozeß in der oben beschriebenen Weise weiter.

Die Zündwolke wird vorzugsweise so gebildet, daß man eine wesentliche Zeitspanne vor dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung für die Hauptwolke mit einem kurzen Stoß Kraftstoff in den Zylinder spritzt, wobei der besondere Zeitpunkt der Einspritzung des Kraft-Stoffs für die Zündwolke sich nach der Drehgeschwindigkeit des Oxydationsgases im Zylinder richtet. Falls erwünscht, kann der für die Zündwolke vorgesehene Kraftstoff verschieden sein von dem Hauptbrennstoff, der zur Bildung der Hauptwolke verwendet wird. In einem solchen Fall wird ein zusätzliches Einspritzsystem verwendet. Für die Hauptwolke und die Zündwolke kann aber auch der gleiche Kraftstoff verwendet werden, wobei ein einziges Einspritzsystem vorgezogen wird, das die Einspritzungen zeitlich regelt.

Die Verwendung einer Zündwolke kann sowohl in Zweitakt- als auch in Viertaktmotoren des hier in Frage kommenden Typs erfolgen. Die Bildung der Zündwolke muß mit der Gasdrehgeschwindigkeit koordiniert werden, so daß die Zündwolke im richtigen Augenblick, d. h. während sie zündet, an der Stelle vorbeiläuft, wo sich die Hauptwolke bildet, und zwar in dem Zeitpunkt, wo sich der erste Teil des brennbaren Gemisches für die Hauptwolke bildet.

Der Kraftstoff für die Zündwolke kann an der gleichen Stelle eingespritzt werden, wo der Kraftstoff für die Hauptwolke eingespritzt wird; in diesem Fall kann die Zündwolke im Motor eine oder mehrere vollständige Umdrehungen machen, bevor sie zündet. Der Kraftstoff für die Zündwolke kann aber auch an einem anderen Punkt des Zylinderumfanges eingespritzt werden, vorausgesetzt, daß die Cetanzahl, Drehgeschwindigkeit, Kompressionsdauer und Kompressionsgrad so aufeinander abgestimmt sind, daß sich die Zündwolke an der zur Zündung des ersten Teils der Hauptwolke erforderlichen Stelle und in dem erforderlichen Zeitpunkt entzündet.

Die Dauer der Kraftstoffeinspritzung für die Zündwolke muß im Vergleich zur Kraftstoffeinspritzung für die Hauptwolke kurz sein, um sicherzustellen, daß die Zündwolke klein und isoliert bleibt. Um dies zu erreichen und um zu verhindern, daß die Zündwolke sich zu stark mit der umgebenden Luft vermischt, muß eine turbulente Durchwirbelung des Oxydationsgases vermieden und dieses mit möglichst konstanter Winkelgeschwindigkeit gedreht werden.

Erfindungsgemäß erfolgt die Einspritzung zur Bildung der Zündwolke während des Kompressionshubes so früh, z. B. 90° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt, daß die Zündwolke genügend Zeit hat, im Verbrennungsraum in unverbranntem Zustand eine wesentliche Strecke zu kreisen, bevor die Haupteinspritzung erfolgt, die Zündwolke darauf durch Kompressionswärme mehr als 20° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt des Kolbens und an der Stelle, wo sich die erste Teilmenge des eingespritzten Kraftstoffs befindet, sich entzündet, wobei diese Stelle von der Einspritzstelle um die obengenannnte Strecke entfernt ist, so daß die erste Teilmenge des eingespritzten Kraftstoffs zwar genügend Zeit hat, mit der Wirbelluft ein brennbares Gemisch zu bilden, aber nicht genügend Zeit hat, durch die Kompressionswärme gezündet zu werden, und die Flamme der Zündwolke an der .genannten Stelle die erste Teilmenge der brennbaren Hauptwolke sofort unter Bildung einer Flammenfront zündet.

Es sind bereits Dieselmaschinen bekannt, bei denen die Kraftstoffeinspritzung in zwei Abschnitten erfolgt und die einen Luftwirbel verwenden. Bei diesen bekannten Maschinen läuft die Verbrennung jedoch nicht unter Bildung einer Flammenfront im Luftwirbel ab. Die Einspritzung erfolgt im allgemeinen dicht am oberen Totpunkt des Kompressionstaktes, wobei das Kompressionsverhältnis 16:1 oder größer ist. Hierbei steht genügend Kompressionswärme zur Verfugung, um den Kraftstoff zu zünden. Im Gegensatz dazu arbeitet die erfindungsgemäße Maschine bei niedrigeren Kompressionsverhältnissen, z.B. 10:1 bis 12:1, und beginnt mit der Haupteinspritzung mehr als 20°, z. B. 30 bis 45°, vor dem oberen Totpunkt des Kompressionstaktes. Infolge der geringeren Kompression und der früher bewirkten Einspritzung entsteht nicht genügende Kompressionswärme, um die erste Teilmenge der Einspritzung zu zünden, was zum Klopfen des Motors führen würde. Die vorliegende Erfindung löst die hierdurch entstehenden Probleme.

Die Erfindung wird in den Fig. 1 bis 4 erläutert.

Fig. 1 erläutert die Regulierung der Kraftstoffeinspritzung zur Bildung der Zünd- und der Hauptwolke sowie die Vorgänge im Motor während dieser Regulierung;

Fig. 2 ist ein senkrechter schematischer Schnitt durch einen Motor, der erfindungsgemäß eingerichtet ist und bei dem eine einzige Kraftstoffzufuhr verwendet wird;

Fig. 3 ist ein teilweiser senkrechter Schnitt durch einen Motor, der erfmdunngsgemäß eingerichtet ist und bei dem verschiedene Kraftstoffzuführungen für die Bildung der Zünd- und Hauptwolke vorgesehen sind;

Fig. 4 ist ein teilweiser waagerechter Schnitt durch den Motor der Fig. 3 und zeigt die Anordnung der Glühkerze, die nach ausreichender Erhitzung an Stelle der Zündwolke verwendet werden kann.

Der in Fig. 1 erläuterte Motor ist ein Ottomotor oder Viertaktmotor des in der deutschen Patentschrift 898 824 beschriebenen Typs, mit der Abweichung, daß er zur Zündung nicht mit einer Zündkerze oder Glühkerze versehen ist. Er enthält einen Zylinder 10, der an seinem Lufteinlaß 12 mit einem Tellerventil 11 mit Schirm versehen ist; der Schirm ist dabei so angeordnet, daß er die während des Ansaughubes eingesaugte Luft in eine schnelle Drehbewegung um die Achse des Zylinders versetzt. Die auf diese Weise erzeugte Drehung wird von der Kurbelwelle des Motors gesteuert, d. h., die Drehgeschwindigkeit der Luft steht in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis zu der Drehzahl des Motors, und zwar ohne Rücksicht auf Veränderungen der Motorengeschwindigkeit. Dieses Verhältnis kann verändert werden, indem man die Gestalt des Schirms und der Einlaßöffnung verändert. Bei Viertaktmotoren der hier in Frage kommenden Art kann ein zufriedenstellendes Arbeiten erreicht werden, wenn die Drehgeschwindigkeit etwa sechsmal so groß ist wie die Drehzahl des Motors in Umdrehungen pro Minute. Fig. 1 wurde auf Grund der Annahme gezeichnet, daß diese Drehgeschwindigkeit erreicht wird; die Drehung verläuft dabei entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in den oberen Teilen der Zeichnungen der Fig. 1 gezeigt wird.

Der Motor ist im Zylinderkopf 14 mit einem üblichen Auspuff-Tellerventil 13 und einer einzigen Kraftstoffeinspritzdüse 15 versehen, die durch die Wand des Zylinders ragt und einen Sprühstrahl aus

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flüssigem Kraftstoff, beispielsweise Dieselöl, strom- Bei dem in Fig. 1 erläuterten Vorgang wird die

abwärts und quer in die in Drehung befindliche Luft Zündwolke so früh gebildet, daß sie etwa einen voll-

im Zylinder richtet. ständigen Kreis beschreibt, bevor sie selbst zündet

Wie in den schematischen Zeichnungen im oberen und ihrerseits den ersten Teil der Hauptwolke zündet. Teil der Fig. 1 angegeben ist, dreht sich die Luft ent- 5 Durch diese zeitliche Einstellung wird die Zündwolke gegen dem Uhrzeigersinn, wobei ihre Drehgeschwin- innerhalb einer Zeit komprimiert, die zur Selbstdigkeit etwa sechsmal so groß ist wie die Motoren- zündung ausreicht, jedoch kurz genug ist, um eine drehzahl in Umdrehungen pro Minute. Die Dreh- merkliche Diffusion der Wolke zu vermeiden, die ihre bewegung wird der Luft beim Ansaugen während des Eignung als Zündquelle beeinträchtigen könnte.
Ansaughubes mitgeteilt (nicht gezeigt in Fig. 1), hält io Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, daß der aber während des Kompressionshubes an, welcher be- Brennstoff für die Zündwolke am gleichen Punkt des ginnt, wenn der Kolben 17 seine Aufwärtsbewegung Zylinderumfanges eingeführt wird wie der für die vom unteren Totpunkt beginnt. Nachdem der Kolben Hauptwolke. Wenn z. B. die Cetanzahl des Kraftstoffs sich während einer Kurbelbewegung von 90° aufwärts derart ist, daß die Zündwolke während der für bewegt hat, wird während einer kurzen Zeitspanne 15 anderthalb Umläufe erforderlichen Zeit oder während (entsprechend einer Kurbelbewegung von 5°) Kraft- einer Kurbelbewegung von 90° zündet, kann die Düse stoff in den Zylinder gesprüht, wie in Teilzeichnung A für die Zündwolke gegenüber der Hauptdüse an der der Fig. 1 angegeben ist. Dieser Kraftstoff wird so- Zylinderwand bei 24 (Teilzeichnung A) angeordnet fort von der in Drehung befindlichen Luft mitgerissen sein. Dann würde die Einspritzung für die Zündwolke und bildet eine kleine Zündwolke 18, die weiter im 20 bei einer 90° vor dem Zeitpunkt der Haupteinspritzung Zylinder kreist, während der Kolben sich hebt und die liegenden Kurbelstellung erfolgen, und die Zündwolke Luft zusammenpreßt, die die sich bewegende Zünd- würde dann anderthalbmal umlaufen, bevor sie selbst wolke enthält. Da die Drehgeschwindigkeit sechsmal zündet und den ersten Teil der Hauptwolke zündet,
so hoch ist wie die Motorendrehzahl, beschreibt die Die in Fig. 1 gezeigten Kurbelwinkel dienen ledig-Zündwolke einen vollständigen Kreis, während der 25 lieh zur Erläuterung. Der Beginn der Kraftstoff-Kolben bei einer Kurbeldrehung von weiteren 60° einspritzung für die Hauptwolke kann in Abhängigweitersteigt und, wie in Teilzeichnung B der Fig. 1 keit von der Belastung des Motors auf beiden Seiten gezeigt ist, bei einer Kurbelstellung von 30° unter des oberen Totpunktes liegen. Die Kraftstoffdem oberen Totpunkt anlangt. Die Cetanzahl des die einspritzung für die Zündwolke kann fast zu jedem Zündwolke bildenden Kraftstoffs wird so gewählt, 30 beliebigen Zeitpunkt während des Kompressionshubes daß die Wolke infolge der Kompression gerade in einsetzen, vorausgesetzt, daß der diese Wolke bildem Augenblick zündet, in dem sie den ersten Um- dende Kraftstoff so beschaffen ist, daß er an dem für lauf beendet und wieder an der Einspritzdüse vorbei- die Zündung der Hauptwolke erforderlichen Ort und streicht. In diesem Augenblick wird der erste Teil des zur erforderlichen Zeit brennt. Weiterhin kann die Kraftstoffs für die Hauptwolke eingespritzt, der, 35 Dauer der Brennstoffeinspritzung für die Zündwolke während sich der erste Teil der Hauptwolke bildet, beträchtlich geändert werden, wobei zu beachten ist, durch die Zündwolke gezündet wird (Teilzeich- daß diese Dauer im Vergleich zur Dauer der KraftnungB). Wenn der erste Teil der Hauptwolke 20 ge- Stoffeinspritzung für die Hauptwolke verhältnismäßig zündet ist, bildet sich die Flammenfront. Diese hat kurz sein muß, um die Zündwolke zusammenzuhalten die Neigung, in Richtung auf die Einspritzdüse abzu- 40 und im Zylinder eine sich drehende Luftmasse zu bebrennen; sie verbraucht weitere Mengen brennbaren lassen, die so wenig Kraftstoff enthält, daß sie nicht Gemisches, die sich bilden, wenn die Kraftstoff- selbst zündet und, wie in Teilzeichnung B der Fig. 1 einspritzung für die Hauptwolke während einer Zeit- gezeigt ist, eine Seite der Hauptwolke abschirmt und spanne fortgesetzt wird, die etwas unter der für einen begrenzt.

Umlauf der Luft notwendigen Zeit (etwa für die 45 Es ist ferner zu beachten, daß die Dauer der Kraft-Dauer einer Kurbelbewegung von 50°) liegt. Die Stoffeinspritzung für die Hauptwolke (während einer Hauptwolke, ihre Flammenfront und die gasförmigen Kurbeldrehung von 50° in Fig. 1) nur zur Erläute-Verbrenniungsprodukte drehen sich entgegen dem rung dient und daß diese Dauer in Abhängigkeit von Uhrzeigersinn von der Flammenfront weg, und die der Belastung des Motors beträchtlich geändert werunbrennbare Luft dreht sich in der gleichen Rieh- 50 den kann. Im allgemeinen ist es bei den Motoren des tung auf die Flammenfront zu, wie in der Teilzeich- hier beschriebenen Typs vorteilhaft, nicht die Luft, nung C der Fig. 1 gezeigt wird, die den Zustand im sondern den Kraftstoff für die Hauptdüse zu drosseln, Motor zu dem Zeitpunkt zeigt, in dem die Kraftstoff- um die Isolierung der brennenden Hauptwolke auf einspritzung für die Hauptwolke aufhört und der ihrer Vorder- und Rückseite sicherzustellen und so Kolben nach einer Kurbel drehung von 20° aus seinem 55 die Bedingungen zu erhalten, unter denen die Selbstoberen Totpunkt gesenkt wurde, d. h. nach einer zündung des für die Hauptwolke eingespritzten Kraftstoffeinspritzung, die während einer Kurbel- Brennstoffs verhindert wird,
drehung von 50° erfolgt ist. Fig. 2 erläutert einen Viertaktmotor des in Fig. 1

Der Arbeitshub geht weiter, während sich die Gase schematisch gezeigten Typs mit der Abweichung, daß weiter ausdehnen, bis der Kolben den unteren Tot- 60 bei dem Motor der Fig. 2 die Gasdrehung im Uhrpunkt wieder erreicht, und der Auspuffhub beginnt. zeigersinne erfolgt. Er besteht aus einem mit einem Der Auspuffhub dauert während einer Kurbel- Kühlmantel 31 versehenen Zylinder 30 und einem bewegung von etwa 180° an, wonach das Einlaßventil Zylinderkopf 32, der gleichfalls mit Kühlkanälen 33 sich öffnet und das Auspuffventil sich schließt und versehen ist. Eine Lufteinlaßöffnung 34 im Zylinderworauf der Ansaughub des Motors wieder beginnt 65 kopf öffnet sich durch ein Tellerventil 35 in dem Zy- und die einströmende Luft in Drehung versetzt wird. linder, das, wie in Fig. 4 gezeigt ist, auf seiner Rück-Auf diese Weise durchläuft der Motor während einer seite mit einem halbkreisförmigen Schirm 35^4 ver-Kurbeldrehung von 720° den vollständigen Arbeits- sehen ist. Eine Auspufföffnung 36 im Zylinderkopf ist gang eines Ottomotors, worauf eine neue Periode in mit einem üblichen Auspufftellerventil 37 versehen, der zuvor beschriebenen Weise wieder beginnt. 70 Ein üblicher mit Kolbenringen 39 versehener Kolben

38 bewegt sich im Zylinder auf und ab. Der Kolben ist ferner mit einer üblichen Kolbenstange und Kurbelwelle (nicht gezeigt) versehen. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 40 ragt oberhalb des oberen Totpunktes des Kolbens in den oberen Teil des Zylinders und sprüht Kraftstoff quer in die in Wirbelbewegung befindliche Luft. Die Düse ist durch eine Leitung 41 mit einem Kraftstoffventil 42 verbunden, das mit einer Zuführungsdruckleitung 43 und einer Ventilspindel

eines kleinen Vorsprungs 47., der die Einspritzung des für die Zündwolke bestimmten Kraftstoffs bewirkt, und eines großen Vorsprungs 48, der die Einspritzung des Kraftstoffs für die Hauptwolke bewirkt.

Zu dem in Fig. 2 gezeigten Zeitpunkt hat der Ansaughub begonnen, und der Kolben bewegt sich nach einer Kurbeldrehung von 30° vom oberen Totpunkt nach unten. Das Einlaßventil ist geöffnet, und die an-

Ansaughub und der erste, während einer Kurbeldrehung von 90° erfolgende Teil des Kompressionshubes beendet sind.

Der in den Fig. 3 und 4 erläuterte Motor entspricht 5 im allgemeinen der Vorrichtung der Fig. 2, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Er unterscheidet sich von dieser jedoch dadurch, daß er mit zwei getrennten Kraftstoffeinspritzsystemen sowie mit einer Glühkerze ver-

oder einem Ventilstößel 44 versehen ist, welcher durch io sehen ist, welche die Hauptwolke zu zünden vermag, einen Nocken betätigt wird. Der Nocken wird von nachdem die Kerze infolge der im Motor entwickelten der Kurbelwelle in üblicher Weise (nicht gezeigt) an- Verbrennungswärme zu glühen begonnen hat. getrieben und macht eine vollständige Umdrehung auf In den Vorrichtungen der Fig. 3 und 4 ist die

je zwei Umdrehungen der Kurbelwelle. Haupteinspritzdüse 40 mittels ihrer Leitung 41 mit

Der Nocken 45 sitzt auf einem Zapfen 46 und be- 15 dem stößelbetätigten Ventil 42 verbunden. Der Stößel sitzt einen kreisförmigen Querschnitt mit Ausnahme 44 dieses Ventils wird durch einen besonderen Nocken

50 gesteuert, der auf einem Zapfen 51 sitzt und gegen den Stößel drückt. Das Ventil 42 wird aus einem getrennten Vorratsbehälter 52 mit Kraftstoff beschickt, 20 der durch eine Leitung 54 eine Hochdruckpumpe 53 beliefert. Der Ausgang dieser Pumpe ist eine Leitung 55, die zu einem Sammelbehälter 56 führt. Dieser ist wiederum über ein Kontrollventil 57 und die Ventilzuführungsleitung 43 mit dem Steuerventil 42 vergesaugte Luft wird in eine im Uhrzeigersinne ver- 25 bunden.

laufende Drehung im Zylinder versetzt (s. Fig. 4). Der Motor der Fig. 3 und 4 ist mit einer zweiten

Der Nocken wird durch die Kurbelwelle im Uhr- für die Zündwolke bestimmten Einspritzdüse 58 verzeigersinne angetrieben, und der kleine Vorsprung 47 sehen, die über eine Leitung 60 mit einem Steuerventil muß sich um etwa 120° oder während einer Kurbel- 59 verbunden ist. Dieses Steuerventil besitzt einen drehung von 240° drehen, bevor er auf den Stößel 44 30 Stößel 61, der durch einen Nocken 62 betätigt wird, trifft, ihn anstößt und den Sprühstrahl für die Zünd- welcher auf einem Zapfen 63 sitzt und gegen das Ende wolke in den Zylinder eintreten läßt. Dementsprechend des Stößels drückt. Diesem Steuerventil wird von wird dieser Sprühstrahl nach einer Kurbeldrehung einem getrennten A^orratsbehälter 64 flüssiger Kraftvon 240°, von dem in Fig. 2 gezeigten Zeitpunkt an stoff mit hoher Cetanzahl zugeführt. Der Behälter 64 gerechnet, oder in dem Zeitpunkt beginnen, in dem 35 ist durch eine Leitung 65 mit einer Hochdruckpumpe der Kolben sich nach Abschluß des Einlaßhubes bei 66 verbunden, deren Ausgang über eine Leitung 68 einer Kurbel drehung von 90° während des Kompres- mit einem Sammelbehälter 67 verbunden ist. Der Aussionshubes gehoben hat. Zu diesem Zeitpunkt ist gang des Sammelbehälters ist durch ein Rohr 69 mit natürlich das Einlaßventil geschlossen. Der kleine dem Steuerventil verbunden und enthält ein Kontroll-Vorsprung auf dem Nocken nimmt etwa 2,5°, ent- 40 ventil 70.

sprechend 5° der Kurbeldrehung auf dem Umfang des Beide Kraftstoffeinspritzsysteme können den üb-

Nockens ein, so daß der Sprühstrahl für die Zündwolke während etwa diesen Zeitraumes eingespritzt wird.

Wenn die Lufteinlaßöffnung und das Ventil so be- 45 getrieben und so mit der Umdrehung des Motors synschaffen sind, daß die Luft, wie in Fig. 1 gezeigt ist, chronisiert, daß die Sprühstrahlen für die Zünd- und bei jeder Motorumdrehung sechs Umdrehungen macht,
dann wird die Zündwolke einen vollständigen Umlauf machen, während sich der Kolben, bei einer
Kurbeldrehung von 60° auf seinem Kompressionshub 50
in Richtung auf den oberen Totpunkt aufwärts bewegt. Während dieser Zeit hat sich der Nocken bei
einer Drehung der Kurbel um 60° selbst um 30°
weiterbewegt, wodurch der zweite Vorsprung 48 mit

dem Ventilstößel in Kontakt kommt und ihn während 55 förmig und stromabwärts eingesprüht, des Durchgangs seiner Breite (etwa 25° des Nocken- Neben den zwei Einspritzsystemen besitzt die Vorrichtung der Fig. 3 und 4 eine Glühkerze72, die in die Wand des Zylinders eingeschraubt und mit einem Teil 73 von hoher spezifischer Wärme versehen ist. Dieser 60 Teil ist gegen den Rest der Kerze wärmeisoliert und an einer Stelle des Zylinders angebracht, die sich gerade vor den Einspritzdüsen, d. h. an dem Punkt befindet, der zur Zündung des ersten Teils der Hauptwolke geeignet ist, nach dem die Glühkerze heiß genug Teil der brennbaren Hauptwolke gebildet wird. Die 65 geworden ist.

Hauptwolke wird dann gezündet, und das Verfahren Der Betrieb des in den Fig. 3 und 4 dargestellten

nimmt, wie zu Fig. 1 erläutert, seinen Fortgang, bis Motors wird. unter Verwendung beider Einspritzder Arbeitsgang abgeschlossen ist. Hierbei wird kein systeme begonnen. Kraftstoff mit hoher Cetanzahl Kraftstoff mehr eingesprüht, solange nicht der Rest wird zur Bildung der Zündwolke eingespritzt. Diese des Arbeitshubes, der vollständige Auspuffhub und 70 entzündet sich infolge der Kompression im richtigen

liehen Dieseleinspritzsystemen entsprechen. Ihre jeweiligen Nocken werden über übliche (nicht gezeigte) A'Orrichtungen durch die Kurbelwelle des Motors an-

Hauptwolke zu den in der Beschreibung zu Fig. 2 angegebenen Zeitpunkten und während der dort angegebenen Zeitspannen eingespritzt werden.

Die Einspritzdüsen für die Zündwolke und die Hauptwolke sind parallel zueinander angeordnet, wobei die Einspritzdüse für die Zündwolke näher beim Kolben sitzt. Beide Sprühstrahle werden quer in die im Zylinder in Drehung befindliche Luft fächer-

umfangs, entsprechend einer Kurbeldrehung von 50°) eindrückt. Während der Zeit, in der der Stößel eingedrückt ist, wird der Sprühstrahl für die Hauptwolke eingespritzt.

Wenn die Cetanzahl des Kraftstoffs richtig gewählt ist, wird die infolge der Tätigkeit des Vorsprungs 47 gebildete Zündwolke gerade brennen, wenn sie sich an der Einspritzdüse vorbeibewegt und während der erste

Augenblick, um den ersten Teil der Hauptwolke zu entzünden, die dann auf die zuvor beschriebene Weise abbrennt. Dieser Arbeitsgang wird wiederholt, bis der die Wärme speichernde Teil der Glühkerze heiß genug ist, um die Hauptwolke selbst zu entzünden. Danach kann das Einspritzsystem für die Zündwolke stillgelegt werden, bis ein neues Anlassen notwendig wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Betreiben eines Motors des zuvor beschriebenen Typs ohne Verwendung einer Funkenzündung oder eines anderen elektrischen Zündungssystems. Sie ist bei großen stationären Maschinenanlagen besonders vorteilhaft, kann aber auch in vielen anderen Anlagen und mit den verschiedensten Kraftstoffen betrieben werden. Es ist nur notwendig, daß der Kraftstoff für die Zündwolke sich durch Kompression im richtigen Augenblick entzündet. Der Kraftstoff für die Hauptwolke kann aus fast jedem brennbaren Kraftstoff bestehen, wie z. B. Naturgas, Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff oder sogar noch schwereren Kohlenwasserstoffen, denn weder die Oktanzahl noch die Cetanzahl ist für die Hauptwolke kritisch.

Um eine Verteilung und Verdünnung der Zündwolke zu verhindern, muß die Drehbewegung der Luft etwa der eines festen Körpers gleichkommen, d. h., die Winkelgeschwindigkeit der in Drehung befindlichen Luft sollte bei jedem Radius, bei dem sie gemessen wird, im wesentlichen konstant sein.

Die Anwendung der vorliegenden Erfindung beim Betrieb von Zweitaktmotoren ist die gleiche wie die beim Betrieb von Ottomotoren, wobei zu beachten ist, daß die Zündwolke in den Motor während des Kompressionshubes früh genug eingeführt wird, daß sie gerade brennt, wenn sie an der Stelle vorbeistreicht, an der die Kraftstoffeinspritzung für die Hauptwolke erfolgt, jedoch nicht so früh eingeführt wird, daß sie bis zu diesem Zeitpunkt zerstört ist und die Hauptwolke nicht mehr zünden kann.

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Brennkraftmaschine mit einem scheibenförmigen Brennraum, in dem sich die Verbrennungsluft während des Kompressionshubes in kreisender Bewegung befindet und zerstäubter flüssiger Kraftstoff in Richtung der kreisenden Luft während des letzten Teils des Kompressionshubes unter Bildung einer aus einem brennbaren Gemisch bestehenden Hauptwolke in einen örtlich begrenzten Teil der komprimierten, kreisenden Luft eingespritzt wird, wobei ein erster Teil des zur Bildung der Hauptwolke bestimmten Kraftstoffs, der bei jedem Arbeitsgang mehr als 20° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt des Kompressionshubes eingespritzt wird, unter Bildung einer sich über den Radius des Verbrennungsraumes erstreckenden Flammenfront durch eine vor der Einspritzung der Hauptwolke erzeugte, im Brennraum ebenfalls kreisende Zündwolke aus brennbarem Gemisch gezündet wird, sobald in der Hauptwolke ein brennnbares Gemisch entstanden ist und während die Hauptwolke von der Einspritzstelle um eine wesentlich kleinere Strecke als der Brennraumdurchmesser entfernt ist, worauf die Brennstoffeinspritzung bei jedem Arbeitsgang während einer bestimmten Zeitdauer nach der Zündung und der Bildung der Flammenfront in eine begrenzte Zone der direkt vor der fortschreitenden Flammenfront befindlichen Verbrennungsluft fortgesetzt wird, so· daß kontinuierlich neues, brennbares Gemisch vor der Flammenfront gebildet und durch sie gezündet wird und das Gemisch so schnell verbrannt wird, wie es sich bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung zur Bildung der Zündwolke während des Kompressionshubes so früh erfolgt, z. B. 90° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt, daß die Zündwolke genügend Zeit hat, im Verbrennungsraum in unverbranntem Zustand eine wesentliche Strecke zu kreisen, bevor die Haupteinspritzung erfolgt, die Zündwolke darauf durch Kompressionswärme mehr als 20° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt des Kolbens und an der Stelle, wo sich die erste Teilmenge des eingespritzten Kraftstoffs befindet, sich entzündet, wobei diese Stelle von der Einspritzstelle um die obengenannte Strecke entfernt ist, so daß die erste Teilmenge des eingespritzten Kraftstoffs zwar genügend Zeit hat, mit der Wirbelluft ein brennbares Gemisch zu bilden, aber nicht genügend Zeit hat, durch die Kompressionswärme gezündet zu werden, und die Flamme der Zündwolke an der genannten Stelle die erste Teilmenge der brennbaren Hauptwolke sofort unter Bildung einer Flammenfront zündet.

2. Brennkraftmaschine nadh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündwolke so lange verwendet wird, bis eine an der Stelle, wo die Flammenfront entsteht, angebrachte Glühkerze durch die während aufeinanderfolgender Arbeitsgänge erfolgenden Verbrennungen bei voller Belastung so stark erwärmt ist, daß sie das aus dem ersten Teil des eingespritzten Brennstoffs erzeugte brennbare Gemisch zu zünden vermag, und daß die Einspritzung von Brennstoff für die Zündwolke dann unterbrochen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 137 514, 143 673,
366, 749 356, 500229, 501 517;

schweizerische Patentschrift Nr. 116 210;
britische Patentschrift Nr. 366 008;
USA.-Patenitsdhrift Nr. 2484009.

Entgegengehaltene ältere Rechte:
Deutsches Patent Nr. 898 824.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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