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Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht
sich auf eine luftverdichtende, vorzugsweise mit Selbstzündung arbeitende Einspritzbrennkraftmaschine,
bei welcher der Brennstoff mindestens zum Teil auf die in Abhängigkeit von einer
Betriebsgröße der Maschine, z. B. der Drehzahl, der Leistung oder dem Drehmoment,
zwangläufig temperierte Brennraumwand aufgespritzt wird und sich dort infolge seiner
eigenen kinetischen Energie und bzw. oder unter der Wirkung einer gerichteten Luftströmung
ausbreitet. Bei Brennkraftmaschinen dieser Art wurde bereits vorgeschlagen, hierbei
die Beheizung bzw. Kühlung zonenweise zu unterteilen, und zwar so, daß zeitlich
nacheinander oder zonenweise gleichzeitig gekühlt und geheizt wird, die Zonen also
zeitlich und örtlich abhängig von einer Betriebsgröße verschieden temperiert werden.
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Die Einspritzung des Brennstoffes erfolgt hierbei unmittelbar in den
Hauptbrennraum der Maschine oder in einen abgetrennten Brennraum, z. B. nach Art
einer Wirbelkammer oder Vorkammer oder auch - z. B. bei Luftspeichermaschinen -
derart, daß der Brennstoff ganz oder teilweise nur mittelbar, etwa durch die in
den abgetrennten Brennraum überströmende Luft, in diesen gelangte. Ferner waren
Maßnahmen vorgesehen, um der Verbrennungsluft eine geordnete rotierende Bewegung
innerhalb des Brennraumes zu erteilen.
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Die Erfindung bezweckt vor allem die Weiterbildung einer solchen Maschine
in Hinsicht auf die besondere Art der Temperierung der Brennraumwand. Sie geht hierbei
von der Erkenntnis aus, daß die bisher vorgeschlagene zonenweise Beheizung oder
Kühlung noch eine Verbesserung zuläßt, und besteht im wesentlichen darin, daß durch
zwangläufige Beheizung bzw. vom übrigen Kühlsystem der Maschine gesonderte zwangläufige
Kühlung der Brennraumwand von der Auftreffstelle des gesamten Brennstoffes eines
Arbeitsspieles oder der Auftreffstelle einer Teilmenge dieses Brennstoffes in Richtung
seiner Ausbreitung die Wandtemperatur, insbesondere unter stetiger Änderung, ihrem
allgemeinen Verlauf nach anwächst.
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Im einzelnen ist hierbei die für ein Optimum notwendige gesetzmäßige
Temperaturverteilung an der Brennraumwand sowohl hinsichtlich ihrer absoluten Höhe
als auch in Hinsicht auf ihren besonders charakteristischen Verlauf verschieden,
je nachdem, welche Kombination von Brennraumform, Luftbewegung und Brennstoffstrahl
angewandt werden soll.
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Vorzugsweise wird die Temperatur der Brennraumwand derart eingestellt,
daß die Wandtemperatur im Bereich der unmittelbaren Wandberührung des Brennstoffes
über der Siedetemperatur desselben liegt, wobei im allgemeinen im unmittelbaren
Bereich der Auftreffstelle des Brennstoffes eine örtlich begrenzte höhere Temperatur
als in der unmittelbar anschließenden Umgebung herrscht, über diese Umgebung hinaus
jedoch die Wandtemperatur wesentlich über die Siedetemperatur des Brennstoffes ansteigt.
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Um die Temperaturverteilung in der notwendigen stetigen und gesetzmäßigen
Art wirkungsvoll zu erreichen, werden zweckmäßig die Heiz- bzw. Kühlelemente nicht
auf der Außen- oder Innenfläche der Brennraumwand, sondern in der Brennraumwand
selbst, und zwar mehr oder weniger nahe der Innenwand des Brennraumes untergebracht,
wobei die Heiz- bzw. Kühlelemente z. B. in einer Ebene ungefähr parallel zur Brennraumwand
oder senkrecht dazu liegen können und wobei die Temperatur der Brennraumwand durch
verschiedenen Abstand der Heiz-bzw. Kühlelemente voneinander oder von der Innenoberfläche
der Brennraumwand in der gewünschten Weise beeinflußt werden kann. Die Heiz- bzw.
Kühlelemente können flächen-, linien- oder punktförmig bzw. derart ausgebildet oder
angeordnet sein, daß ihre Ebenen oder Achsen die Richtung der Brennraumwand bzw.
des Brennstoffstrahles oder der Luftbewegung in einem beliebigen Winkel schneiden
bzw. im Grenzfall senkrecht oder parallel zu einer der genannten Richtungen liegen.
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Um den Erfindungsgedanken deutlicher zu machen, sollen nachstehend
einige Ausführungsbeispiele gegeben werden, die aber keineswegs erschöpfend sein
sollen, weil das erfindungsgemäße Verfahren von grundsätzlicher Art und demgemäß
auf alle Verbrennungsverfahren mit Erfolg anwendbar ist; d. h., es fallen darunter
alle Einspritzbrennkraftmaschinen,
und zwar gleichgültig, ob es
sich um solche mit unmittelbarer oder mittelbarer Einspritzung des Brennstoffes
oder um Maschinen mit einem einzigen Brennraum oder mit unterteilten Brennräumen
handelt, von denen letzteren die bekanntesten Vertreter. z. B. diejenigen mit Vorkammer,
Wirbelkammer öder Luftspeicher sind.
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In der Zeichnung zeigt somit beispielsweise und schematisch Fig. 1
eine Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung, Fig. 2 ein Diagramm für die Temperaturverteilung
an der den Brennraum- begrenzenden Kolbenbodenfläche, Fig. 3 eine Draufsicht auf
den Kolben nach Fig. 1 mit beispielsweiser Anordnung von Kühl- und Heizkanälen in
demselben, Fig. 4 eine Variante zu Fig. 3, Fig.5 eine Brennkraftmaschine mit Vorkammereinspritzung,
Fig. 6 ein Diagramm für die Temperaturverteilung an der die Vorkammer begrenzenden
Innenfläche der Brennraumwand, Fig. 7 eine Brennkraftmaschine mit einer Wirbelkammer,
Fig. 8 ein Diagramm für die Temperaturverteilung auf der Innenwand der Wirbelkammer
für verschiedene Brennstoffstrahlrichtungen, und zwar in Abhängigkeit vom Wandumfang
in Richtung a-b von Fig. 7, Fig. 9 und 10 eine Brennkraftmaschine mit einem Luftspeicher
im Schnitt nach Linie C-D der Fig. 10 bzw. A -B der Fig. 9, Fig. 11 und 12
je ein Diagramm für die Temperaturverteilung auf der Innenwand des Luftspeichers
bzw. des Hauptbrennraumes für verschiedene Brennstoffstrahlrichtungen, und zwar
in Fig. 11 in Abhängigkeit von der Schnittlinie x-y und in Fig. 12 in Abhängigkeit
vom Wandumfang in Richtung a-b von Fig. 10.
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Bei der Ausführung nach Fig. 1 erfolgt die Brennstoffeinspritzung
bei zentral im Zylinderkopf angeordneter Brennstoffdüse 1 unmittelbar in den Hauptbrennraum,
der im wesentlichen durch einen gewölbten Kolbenboden 2 gebildet wird. Die Düse
bildet in bekannter Weise mehrere Brennstoffstrahlen 3, die in mehr oder weniger
aufgelöstem Zustand auf den Kolbenboden 2 auftreffen. Die sich ohne besondere Beheizung
oder Kühlung von selbst einstellende Temperaturverteilung im Kolbenboden ist in
Fig. 2 durch die ausgezogene Kurve 4 beispielsweise in einer charakteristischen
Form wiedergegeben. Für den Gemischbildungsvorgang ist diese Temperaturverteilung
ungünstig und die Temperatur unter Umständen teilweise zu hoch.
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In Ausführung des Erfindungsgedankens werden nun in den Kolbenboden
Kühlelemente 5 und Heizelemente 6 eingebaut und so unterteilt und bemessen, daß
grundsätzlich eine Temperaturverteilung nach der gestrichelten Kurve 7 entsteht.
Die Relativlage dieser Kurve 7 kann zu der Kurve 4 eine verschiedene Höhenlage haben.
Durch die Temperaturverteilung nach Kurve 7 wird die Temperatur an der Auftreffstelle
des Brennstoffstrahles und in ihrer Nähe so erniedrigt oder erhöht, daß die Wandtemperatur
erfindungsgemäß etwas über der Verdampfungstemperatur des Brennstoffes liegt, damit
der Brennstoff in bestimmter zeitlicher Funktion gut verdampft, nicht aber zerstört
wird. Je nachdem, ob es sich um Leicht-oder Schweröle, um den Anfang oder das Ende
der Verdampfung handelt, liegt die Temperatur im allgemeinen zwischen 60 und 350°
C; es ist aber nicht ausgeschlossen; daß sie noch niedriger oder höher liegt.
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Von dem Brennstoff verdampfen zunächst die niedrigsiedenden Anteile.
Die Temperaturverteilung wird infolgedessen gemäß der Erfindung so gewählt, daß
die Wandtemperatur in der Strömungsrichtung des Brennstoffes zunimmt, um den Verdampfungsvorgang
entsprechend zu steuern. Außerdem wird in den Zonen, in denen der Brennstoff die
Wandungen in stark aufgelöstem Zustand oder nur noch in Dampfform berührt und bereits
mit Verbrennungsluft mehr oder weniger vermischt ist, die Temperatur noch höher
gehalten. Wenn es schließlich darauf ankommt, z. B. bei schnellaufenden Maschinen,
den Verdampfungs- und damit den Gemischbildungsvorgang weiter zu beschleunigen,
wird erfindungsgemäß an der Auftreffstelle des Brennstoffstrahles, also dort, wo
der Strahl noch kalt ist und seine Verdampfungstemperatur noch nicht erreicht hat,
die Wandtemperatur durch entsprechende Verteilung der Heiz- und Kühlelemente noch
mehr als sonst über die Verdampfungstemperatur erhoben, so daß sich eine Temperaturverteilung
- etwa nach Kurve 7 - an diesen Stellen nach der strichpunktierten Teilkurve 8 ergibt.
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Werden bei einer anderen Ausführung die Brennstoffstrahlen so gerichtet
und ausgebildet, daß sie die Brennraumwand und gegebenenfalls damit auch den Kolbenboden
nicht berühren, dann wird die Wandtemperatur im allgemeinen höher gehalten werden
können und ihr charakteristischer Verlauf anders als die bisher bestimmten Kurven
geartet sein; in diesem Falle würde z. B. eine nahezu gleichmäßig hohe Temperatur
entsprechend dem punktierten Kurvenverlauf 9 besonders günstig sein.
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Es ist erfindungsgemäß von Vorteil, wenn - etwa bei einer Ausführung
nach Fig. 1 - nicht nur der Kolbenboden als ein - wenn auch wichtiger - Teil der
Brennraumwand zwangläufig nach bestimmter Gesetzmäßigkeit temperiert wird, sondern
wenn dies auch bei den übrigen Teilen des Brennraumes geschieht, der noch durch
das obere Ende der Zylinderlaufbüchse und den Boden des Zylinderdeckels gebildet
wird. Es können auch Ausführungen des Brennraumes in Frage kommen, bei denen der
Kolben die Zylinderlaufbüchse vollkommen abdeckt, so daß es überflüssig wird, sie
besonders zu temperieren, oder auch Ausführungen, bei denen der Zylinderdeckel seitlich
so herabgezogen ist, daß nur seine nach dem Brennraum zu gerichteten Wände mit dem
Kolbenboden zusammen allein den Brennraum bilden. In diesem Falle werden entsprechend
dem Erfindungsgedanken lediglich der Kolbenboden und gegebenenfalls die Wände des
Zylinderdeckels temperiert, die den Brennraum umgeben.
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Die technischen Mittel für Kühlung und Beheizung der Brennraumwand
sind an sich bekannt. Beispielsweise können entsprechend temperierte Flüssigkeiten
oder elektrische Energie benutzt werden, wobei die elektrische Energie z. B. durch
Ohmschen Widerstand öder über hochfrequente Ströme zur Wärmewirkung gebracht wird.
Erfindungsgemäß werden jedoch diese Mittel so eingesetzt und ausgebildet, daß die
gewünschte gesetzmäßige und stetige Temperaturverteilung der Brennraumwand erzielt
wird. Um beispielsweise den allgemeinen Temperaturverlauf nach
Kurve
7 zu erreichen, wird eine z. B. kreisringförmige Führung der Kühlelemente
5 und Heizelemente 6 nach Fig. 3 genügen. Eine Verfeinerung gibt Fig.4 wieder,
um den einzelnen Auftreffstellen 3 a des Brennstoffstrahles und seiner Verteilungszone
besser zu folgen. Im Falle der Temperaturverteilung nach Kurve 8 (Fig. 2)
werden vorteilhaft weitere Heizelemente gegebenenfalls punktförmig im Bereich der
Auftreffstellen des Brennstoffes untergebracht, die jedoch nicht weiter dargestellt
sind.
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Wird durch eine Luftbewegung der Brennstoffstrahl von seiner Auftreffstelle
verweht, so wird erfindungsgemäß die Temperaturverteilung so geordnet, daß in Richtung
der Bewegung des Brennstoffes auf der Wand die Temperatur in dem Maße der fortschreitenden
Verdampfung ansteigt. Dies ist durch eine entsprechende Anordnung der Heiz- und
Kühlelemente erzielbar.
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Die im bisher beschriebenen Ausführungsbeispiel entstehenden, voneinander
getrennten Auftreffstellen werden zu einem Ring vereinigt, wenn z. B. ein hohlkegelförmiger
Brennstoffstrahl verwendet wird, wodurch sich die erfindungsgemäß erforderliche
Temperaturverteilung vereinfacht. Einen solchen bandförmigen Brennstoffstrahl kann
man in bekannter Weise durch eine Ringspaltdüse erzeugen.
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Die verlangte stetige Temperaturverteilung an der Innenseite der Brennraumwand
kann ferner trotz einzelner unter sich voneinander getrennter Heiz- bzw. Kühlelemente
und der damit verbundenen unstetigen Wärme- bzw. Kühlquellen erfindungsgemäß dadurch
erreicht werden, daß die Elemente von der Innenwand her entfernt so weit in die
Brennraumwand hineingelegt werden, daß durch den Wärmefluß in der Wandung der gewünschte
Ausgleich entsteht.
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Dieses an dem vorstehenden Ausführungsbeispiel näher erläuterte erfindungsgemäße
Prinzip der gesetzmäßigen und stetigen Temperaturverteilung auf der Innenseite eines
Brennraumes, insbesondere eines Kolbenbodens, kann auf alle Teile des Brennraumes
angewendet werden. Also bei einer Strahleinspritzmaschine mit einem Hauptbrennraum
auch auf die Wandung der Teile des Brennraumes, die durch den oberen Teil des Zylinders
und den Zylinderdeckel gebildet wird. Es ist weiter oben bereits auf die verschiedenen
konstruktiven Ausbildungsformen hingewiesen worden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gibt Fig. 5, und zwar für eine Maschine
mit unterteiltem Brennraum. Hier ist zur Erläuterung eine Vorkammermaschine gewählt.
Der Vorkammereinsatz 10 - der auch mehrteilig ausgeführt sein kann - trägt
die Heiz-und Kühlelemente 11, die erfindungsgemäß nur so nahe an die Innenwandseite
hereingerückt und so verteilt werden, daß die gewünschte stetige Temperaturverteilung
entsteht. Der Vorkammereinsatz 10
kann erfindungsgemäß bei genügender Wandstärke
zylindrisch unterteilt und die Heiz- und Kühlelemente können in entsprechende Aussparungen
- beispielsweise ausgehend von der Trennfuge - eingelegt werden. Der Vorkammereinsatz
10 läßt sich - geteilt oder ungeteilt - als Träger für die Heiz- und Kühlelemente
in die entsprechende Durchführung 12
des Zylinderdeckels bequem ein- und ausbringen.
Bei sehr dünnwandigen Vorkammereinsätzen oder aus Materialgründen oder wegen Platzmangels
können alle oder ein Teil der Heiz- und Kühlelemente erfindungsgemäß auch in der
Wand der Durchführung 12
oder in der Trennfuge von Teil 10 und
12 untergebracht werden. Die Heiz- und Kühlelemente werden in an sich bekannter
Art zonenweise verteilt oder erfindungsgemäß parallel nebeneinander- oder auch gegenüberliegend
in den beiden Teilen 10 bzw. 12 eingelagert, damit bei verschiedenen Belastungsstufen
ein- und dieselbe Zone entweder beheizt oder gekühlt werden kann.
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Der Brennstoffstrahl berührt mehr oder weniger die Vorkammerwand,
während die Verbrennungsluft durch geneigte Form der übertrittsöffnungen 13 vorzugsweise
in drehende Bewegung versetzt wird. Die beim ersten Ausführungsbeispiel bereits
erwähnte Ringspaltdüse erweist sich auch hier als eine sehr zweckmäßige Düsenform,
die den angestrebten Gemischbildungsvorgang in der Vorkammer unterstützt. Erfindungsgemäß
wird hierzu eine stetige und gesetzmäßige Temperaturverteilung etwa nach Kurve 14
der Fig. 6 erzeugt, welche den Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Innenwand
des Vorkammereinsatzes 10 der Fig. 5 in axialer Richtung wiedergibt. Sie
zeigt zunächst in Richtung der Brennstoffbewegung einen schwächeren Anstieg entsprechend
der Zunahme der Siedetemperatur des immer weiter verdampfenden Brennstoffes, um
im Bereich des weiter aufbereiteten Brennstoffes stärker zu einer maximalen Temperatur
anzuwachsen. Die Heiz- und Kühlelemente sind hierbei in an sich bekannter Weise
in Zonen unterteilt oder erfindungsgemäß durch einen verschieden großen Abstand
der Einzelelemente voneinander und unter Umständen auch von der Innenwand in ihrer
Temperaturwirkung entsprechend abgestimmt. Die Elemente oder Zonen liegen hierbei
erfindungsgemäß in allgemein senkrechter Richtung zur Brennstoffstrahlachse.
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Wird dagegen eine Düse verwendet, die den Brennstoffstrahl nicht direkt
mit der Wand in Berührung kommen läßt, dann wird vorteilhaft eine Temperaturverteilung
etwa nach dem gestrichelten Kurvenverlauf 15 erzeugt. Für schwer verbrennliche Kraftstoffe
wird die Temperaturkurve 15 jedoch zweckmäßig mehr oder weniger dem strichpunktierten
Abzweig 16
folgen.
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Eine weitere Variation in der Temperaturverteilung der Brennraumwand
wird zweckmäßig vorgesehen, wenn der Brennstoffstrahl nur an einer Stelle die Wand
der Vorkammer berührt und durch die kreisende Verbrennungsluft mehr in Umfangsrichtung
der Vorkammer verweht wird. In diesem Fall wird in Umfangsrichtung oder unter Umständen
in einer schraubenförmigen Art enstprechend dem Erfindungsgedanken vorzugsweise
eine Temperaturverteilung gewählt, die, ausgehend von der Auftreffstelle des Brennstoffes
auf die Brennraumwand, im Prinzip dem einen Ast des Kurvenverlaufs 7 oder
8 in Fig. 2 entspricht. Hier wird ferner in axialer Richtung der Temperaturverlauf
im Prinzip nach der Kurve 14 verlaufen, jedoch in verschiedener Höhenlage, je nachdem,
wie weit man sich von der Auftreffstelle des Brennstoffes in Umfangsrichtung entfernt
hat. Außerdem ließe sich erfindungsgemäß an der Auftreffstelle des Strahles wie
beim ersten Ausführungsbeispiel eine entsprechende örtlich begrenzte Temperaturerhöhung
vorsehen, die durch ein punktförmiges oder kleines flächenförmiges Heizelement erzeugt
werden kann.
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Für die Bildung des in Umfangs- und in Axialrichtung verschiedenen
Temperaturverlaufs werden in besonders vorteilhafter Verwirklichung der Erfindung
die
Heiz- und Kühlelemente in entsprechende Abschnitte oder Zonen unterteilt, wobei
sie verschieden dicht und ungefähr parallel nebeneinander verlegt und außerdem vorzugsweise
nicht nur nacheinanderfolgend, sondern auch übereinanderliegend angeordnet werden.
Dabei können in gewissen Bereichen die Heiz- oder Kühlelemente senkrecht bzw. parallel
bzw. schräg zur Achse der kreisenden Verbrennungsluft ausgerichtet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel gibt Fig.7 für eine andere Maschinenart
mit unterteiltem Brennraum, und zwar mit Wirbelkammer, die mit Rücksicht auf die
ausführliche Erläuterung des Erfindungsgedankens an Hand der beiden ersten Ausführungsbeispiele
im folgenden nur kurz beschrieben sei, da der Erfindungsgedanke einheitlich für
alle Verbrennungsverfahren ist.
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Die Wirbelkammer 17 ist in den Zylinderdeckel 18 eingebaut und durch
den Kanal 19 seitlich mit dem Hubraum 20 des Arbeitszylinders 21 verbunden. Der
Arbeitskolben 22 ist etwa in der oberen Totpunktlage gezeichnet. In der Wand der
Wirbelkammer 17 sind Heizelemente 23 und Kühlelemente 24 untergebracht. Hier ist
eine Ausführung gewählt, bei der die Heizelemente 23 etwa als isolierte elektrische
Heizdrähte verhältnismäßig nahe an die innere Brennraumwand gerückt sind, während
die Kühlelemente 24 - als flache Hohlräume etwa für das flüssige Kühlmittel -in
einem die Heizelemente umschließenden Kreis angeordnet sind. Je nach den besonderen
Erfordernissen für die Temperaturverteilung, die z. B. durch die Stärke des Luftwirbels
und die Strahllage des Brennstoffes beeinflußt wird, können die einzelnen Heiz-und
Kühlelemente je zu mehr oder weniger großen Gruppen zusammengefaßt werden. Um außerdem
bei den flachförmig ausgebildeten Kühlelementen 24 in dem etwaigen Bereich stärkerer
Temperaturänderung sinnvoll regeln zu können, sind entsprechend der eingezeichneten
beispielsweisen Anordnung der Brennstoffdüse und der Strahllage in dem Umfangsabschnitt,
welcher etwa im Bereich des auf die Wandung auftreffenden Brennstoffstrahles liegt
(in Fig.7 oben rechts), die Kühlelemente stärker unterteilt. Die konstruktiven Maßnahmen
zur Einbringung und Schaltung der verschiedenen Elemente sind nicht dargestellt.
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Die Achse I der eingezeichneten Brennstoffdüse 25, die hier als Einlochdüse
gedacht ist, liegt asymmetrisch zum dargestellten Brennstoffstrahl 26, weil dieser
durch die Richtung 27 des Luftwirbels mehr oder weniger verweht und teilweise vor
dem axialen Ruftreffpunkt an die Brennraumwand gedrückt wird. Weitere typische Anordnungen
für die Brennstoffdüse sind durch deren Achsen II und III angedeutet. Andere Lagen
der Brennstoffdüsen und Richtungen der Brennstoffstrahlen bedingen in Verbindung
mit dem anders gearteten physikalischen Zustand des Brennstoffes bei seiner Auftreffstelle
auf die Brennraumwand nicht nur eine andere Temperaturverteilung, sondern auch andere
Temperaturniveaus.
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Um diese unterschiedlichen Verhältnisse und die umfassende Auswirkung
des Erfindungsgedankens deutlich zu machen, sind in Fig 8 die Temperaturverteilung
für die Lage der Düsenachsen I und III gegenübergestellt, wobei auf der linken Seite
des Diagramms jeweils die Lage der Einspritzdüse und der zugeordneten Auftreffstelle
des Brennstoffes angedeutet ist. Die Achsrichtungen I und II bedingen einen kurzen
Strahlweg bis zur Wandberührung -wenn auch die örtlich verlagerte Auftreffstelle
gewisse Änderungen in der Temperaturverteilung erfordert -, während die Achsrichtung
III den weitestmöglichen Weg und damit einen anderen Auflösungs-und Aufbereitungszustand
des Brennstoffstrahles bis zur Auftreffstelle ergibt. Außerdem liegt bei den Achsrichtungen
I und 1I der Brennstoffstrahl in einer Zone gleichsinniger Luftbewegung, während
er bei der Achsrichtung III Zonen entgegengesetzter Luftbewegungen zu durchdringen
hat. Für den Charakter der Temperaturkurven gelten grundsätzlich die Erläuterungen
im Zusammenhang mit den ersten beiden Ausführungsbeispielen in sinngemäßer Weise.
Die Kurve 28 mit dem Abzweig 29 gehören zur Achsrichtung I und die Kurve 30 mit
dem Abzweig 31 zur Achsrichtung 11I. Die zugehörigen Lagen der Brennstoffdüse und
der Auftreffstelle des Brennstoffes auf die Brennraumwand sind schematisch auf der
Ordinate (Abwicklung des Umfanges der inneren Brennraumwand) angegeben. Für die
Achsrichtung III liegen die Wandtemperaturen (Kurven 30 und 31) wegen des andersgearteten
Zustandes des Brennstoffstrahles höher als bei der Achsrichtung I (Kurven 28 und
29). Der Abzweig 29 mit seiner höheren Temperatur im Bereich der Brennstoffdüse
25 (Achsrichtung I) wird gewählt, wenn es einer besonderen Schonung der Brennstoffdüse
nicht bedarf und ihre Konstruktion die höhere Temperatur erlaubt; diese wäre dann
für den gesamten Verbrennungsablauf bzw. Betriebszustand günstiger. Das gleiche
gilt für den Abzweig 31 gegenüber der Temperaturverteilung 30 im Falle der Achsrichtung
11I.
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Durch ein weiteres und letztes Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens
soll noch eine besondere Maschinenart mit unterteiltem Brennraum herangezogen werden,
und zwar eine Brennkraftmaschine mit Luftspeicher. In Fig. 9 und 10 sind zwei Querschnitte
durch den Zylinderdeckel 32 dargestellt, welche die Lage und Ausbildung eines
Luftspeichers 33 im Zusammenhang mit der Form des Hauptbrennraumes 34 zeigen. Es
sind aber auch eine große Anzahl anderer Ausführungsformen möglich.
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Der Hauptbrennraum 34 ist beispielsweise unter das Auslaßventil
35 gelegt, während das Einlaßventil 36 sich in üblicher Lage über dem Zylinder befindet.
Der Luftspeicher 33 ist beispielsweise so angeordnet, daß er die Luft im Hauptbrennraum
durch seine austretende Luft und Gasmenge in eine Drehbewegung versetzt. Die Wandung
des Hauptbrennraumes 34 ist mit Heiz- und Kühlelementen 37 und die des Luftspeichers
33 mit Heiz- und Kühlelementen 38 versehen, wobei die summarische Angabe nach den
früheren Erläuterungen im wesentlichen genügen möge. Doch ist zur Unterbringung
der um den Hauptbrennraum herum angeordneten Heiz- und Kühlelemente 37 in weiterer
Abart der schon weiter oben bei der Vorkammer erwähnten Aufbringung die Wandung
des Hauptbrennraumes 34 in den inneren Teil 39 und den äußeren Teil 40 zerlegt.
Der innere Teil 39, der unter anderem die Druckkräfte der Arbeitsgase aufnimmt,
ist auf seiner äußeren Seite mit Aussparungen für die Heiz- und Kühlelemente 37
versehen. Zu ihrer Abdeckung wird die Hülse 40 aufgeschoben, die im Bereich der
Durchführung für die Brennstoffdüse 41 entsprechend ausgespart ist. Die etwaige
Aussparung für den Auslaßkanal kann sich beispielsweise mit der für den Luftspeicher
decken.
Der Brennstoffstrahl 42 liegt in der Achsrichtung I der
Einlochbrennstoffdüse 41, da eine Verwehung des Brennstoffes erst auftreten kann,
wenn der Luftwirbel im Hauptbrennraum durch die erste Verbrennung im Luftspeicher
33 erzeugt worden ist. Von der Auftreffstelle des Brennstoffstrahles 42 an der Brennraumwand
gelangen Brennstoffteilchen in den Luftspeicher 33.
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Ist beispielsweise die Brennstoffdüse in der Achsrichtung II am Ausgang
des übertrittkanals 43 angeordnet, so schickt zweckmäßigerweise die Düse einen kleinen
seitlichen Strahl in den Luftspeicher und einen größeren, etwa entgegengesetzt gerichteten
Strahl derart in den Hauptbrennraum, daß derselbe nach mehr oder weniger langem
Weg die Wand des Hauptbrennraums berührt.
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Zeitpunkt und Heftigkeit der Entzündung des Brennstoffes im Luftspeicher
mit einer entsprechenden Wirkung auf die Vorgänge im Hauptbrennraum können durch
die Höhe und Verteilung der Wandtemperatur des Luftspeichers geregelt werden. In
Fig. 11 sind für die beiden Achsrichtungen I und 1I verschiedene Temperaturverteilungen
auf der Innenwand des Luftspeichers angegeben, wobei die Rückwirkung der Temperaturverteilung
im Hauptbrennraum - die nachstehend besprochen wird - berücksichtigt ist.
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Für die Achsrichtung I gilt: Für eine möglichst große Speicherung
an Luftgewicht wird eine gleichmäßige niedrige Temperatur entsprechend Kurve 44
gewählt. Soll die Zündung im Luftspeicher etwas früher einsetzen und die Verbrennung
heftiger ablaufen, so wird die Temperaturkurve 45 eingestellt. Soll der Zündzeitpunkt
noch früher und die Wirkung der austretenden Gasmengen noch heftiger sein, so wird
der Abzweig 46 eingeregelt, der eine höhere Temperatur im Mund des Luftspeichers
bedeutet, ohne daß das Füllgewicht des Luftspeichers wesentlich vermindert wird.
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Bei der Achsrichtung 1I korrespondiert die Kurve 47 mit Kurve 44 bei
der Achsrichtung I; nur liegt sie entsprechend der Anschlußtemperatur vom Hauptbrennraum
her höher. Will man die Füllung des Luftspeichers erhöhen, so wird die Kurve 48
eingestellt; soll die Zündung früher einsetzen und heftiger sein, so wird nach Art
des Abzweiges 49 eingeregelt.
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Die beispielsweise angegebene Temperaturverteilung im Hauptbrennraum
gemäß 12 ergibt sich aus den früheren Darlegungen im Zusammenhang mit der Lage von
Brennstoffdüse und Auftreffstelle des (Haupt-) Strahles. Die Kurve 50 gehört zur
Achsrichtung I und die Kurve 51 zur Achsrichtung 1I, wobei die obigen Bemerkungen
über die Brennstoffstrahllage zu beachten sind. Im Falle der Achsrichtung 1I stimmen
Achse der Brennstoffdüse und der Strahlen (Hauptstrahl in den Hauptbrennraum und
Nebenstrahl in den Luftspeicher) nicht überein. Auch hier lassen sich die Temperaturkurven
mit Rücksicht auf die Wärmebeanspruchung der Brennstoffdüse oder wegen einer örtlich
begrenzten Temperaturerhöhung an der Auftreffstelle weiterhin variieren.
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Allgemein sei noch bemerkt, daß die dargelegten Temperaturverteilungen
nur Beispiele sind, die gleichzeitig zeigen, daß man nach anderen Gesichtspunkten
für den Verbrennungsablauf oder den motorischen Betrieb auch andere Verteilungen
mit der eingebauten oder abgewandelten Anordnung von Heiz- und Kühlelementen einstellen
kann. Für den Anfahrvorgang ist zweckmäßig dafür gef#orgL, daß die Elemente - soweit
es sich um HeizeCmente handelt - vor dem Anlassen betätigt werden, um den Anlaßvorgang
zu erleichtern.
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Es dürfte sich erübrigen, nach diesen vier Musterbeispielen für Brennkraftmaschinen
mit Haupt- und Nebenbrennräumen weitere Beispiele für eine Maschine mit einem irgendwie
anders gearteten Brennraum zu bringen. In allen Fällen wird nach dem Charakter der
Luftbewegung (geordnet oder ungeordnet) und der Brennstoffstrahlart (mehr oder weniger
geschlossener Brennstoffstrahl, Ein- oder Mehrlochstrahldüse, Ringspalt- oder Flachspaltdüse,
mehr oder weniger Wandberührung des Brennstoffes) die zwangläufig gesteuerte und
erzwungene stetige Temperaturverteilung über der Brennraumwand nach dem Erfindungsgedanken
ausgebildet. Er ist auch in hervorragendem Maße geeignet, den Vielstofhnotor zu
einer echten praktischen Lösung zu bringen; denn durch die auch während des Betriebes
gegebene Möglichkeit, den Temperaturzustand der Brennraumwandung hinsichtlich Niveau
und Verteilung auf der für den jeweiligen Brennstoff am besten geeignete Höhe zu
halten, ist der entscheidende Betriebseinfiuß gewährleistet.
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Die Erfindung ist nicht auf luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschinen
mit Selbstzündung beschränkt; sie wird mit Erfolg auch bei Einspritzbrennkraftmaschinen
mit Fremdzündung (Zündkerze, Glühkörper oder irgendeiner anderen Zündhilfe) angewendet.
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Die Steuerung der Heiz- bzw. Kühlvorrichtung kann in Abhängigkeit
von der Temperatur, der Drehzahl, des Motordrehmomentes oder von einer anderen geeigneten
Betriebsgröße der Maschine, gegebenenfalls auch in Abhängigkeit von mehreren dieser
Größen erfolgen.