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Glühkopfmotor Die Erfindung bezweckt die Vervollkommnung der Glühkopfmotoren
und insbesondere der Zweitakt-Glühkopfmotoren. Bei den Glühkopfmotoren hat man bisher
keine Maßnahmen getroffen, um die Wandtemperatur des Brennraumes zu begrenzen, ja
sogar dachte man, daß für den Betrieb des Motors eine besonders hohe Temperatur
des ungekühlten Wandteiles günstig ist. Es wurde vorausgesetzt, daß eine nachteilige,
verspätete Zündung durch einen sehr heißen Glühkopf vermieden werden kann. Dagegen
wurde aber festgestellt, daß bei etwa 550° C jeder Betriebsstoff bestimmt und ohne
Verspätung gezündet wird, eine höhere Temperatur also nicht nötig ist. Dabei ist
eine zu hohe Temperatur sehr nachteilig, da das Öl auf der heißen Wand des Brennraumes
zersetzt wird, wodurch nicht brennbare Teile entstehen und Kohlenablagerungen unvermeidlich
sind.
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Falls also der Glühkopf heißer ist als etwa 600° C, bilden sich nach
einer kurzen Betriebszeit im Zylinder Ablagerungen, wodurch der Betrieb unwirtschaftlich
wird, weil durch die entstehenden glühenden Kohlenablagerungen Fehlzündungen auftreten.
Auf diese Weise kommt das bereits erwähnte unvollständige Brennen zustande, wodurch
der Verbrauch der Maschine stark erhöht wird. Hierzu kommt der Nachteil, daß der
Zylinder sehr oft gereinigt werden muß.
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Durch Versuche wurde festgestellt, daß erstens durch die Begrenzung
der Wandtemperatur die Ruß-und Koksbildung vermieden werden kann und zweitens für
die Begrenzung der Temperatur keine zusätzlichen Vorrichtungen nötig sind, da man
nur die Abmessungen entsprechend wählen kann.
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Bei den bekannten Motoren waren die Stelle und der Zeitpunkt des Zündens
unsicher, da der Brennstoff entweder an der heißen Wand oder an den glühenden Koksteilchen
oder an beiden gezündet wurde, wobei auch die Verbrennungsluft an bestimmten Stellen
ungenügend war, die Zündung und der Brennvorgang waren also unvollständig. Bei den
gebräuchlichen Motoren ist also die Verbrennung auch deswegen unvollkommen, weil
die Verbrennungsluft nicht gut ausgenutzt werden konnte.
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Um die Wandtemperatur des Glühkopfes unter 600°C zu halten, wird erfindungsgemäß
der Querschnitt des überströmkanals vom Zylinder zur kugelförmigen Wirbelkammer
so bemessen, daß er etwa 4 bis 6% der inneren Wandfläche der Wirbelkammer beträgt.
Es wurde durch Versuche nachgewiesen, daß bei dieser Dimensionierung durch den Luftstrom
und den Brennstoffstrahl der Glühkörper derart gekühlt wird, daß seine Temperatur
den erwähnten Grenzwert von 600°C nicht überschreitet.
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Gemäß eines weiteren, kennzeichnenden Merkmals der Erfindung wird
der Brennstoffstrahl derart gerichtet, daß er auf dem kürzesten Weg auf denjenigen
Teil des Glühkopfes trifft, der durch die einströmende Luft zuerst getroffen wird.
Durch die in die kugelförmige Wirbelkammer tangential einströmende Luft wird der
Brennstoff derart auf den Glühkopf gestrichen, daß der Brennstoff im Laufe seiner
Bewegung allmählich erwärmt wird. Dementsprechend wird die Temperatur der Luft im
Laufe ihrer Strömung allmählich erhöht, wodurch die Temperatur des ungekühlten Wandteiles
in der Richtung der Bewegung sich vergrößert und eine Zündung ausschließlich an
der heißesten Stelle oder in der unmittelbaren Nähe dieser Stelle zustande kommen
kann.
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Auf diese Weise können der Zeitpunkt und die Stelle der Zündung sehr
genau festgelegt werden, und es ist nicht mehr nötig, wie bei den bekannten Glühkopfmotoren
mit einer sehr großen Voreinspritzung zu arbeiten, ja sogar soll bei dem erfindungsgemäßen
Motor der Betriebsstoff nur dann eingespritzt werden, wenn in der Wirbelkammer schon
keine Reste der Auspuffgase vorhanden sind.
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Versuche haben nachgewiesen, daß infolge der guten, praktisch vollständigen
Verbrennung bei dem
erfindungsgemäßen Motor, trotz des niedrigen,
z. B. 1 : 4 betragenden Verdichtungsgrades, der spezifische Verbrauch nicht höher
ist als bei Dieselmotoren mit sehr hohem Verdichtungsgrad. Es hat sich also herausgestellt,
daß mit Hilfe einer Verbesserung der Verbrennung ein wesentlich wirtschaftlicherer
Betrieb erreicht werden kann als durch die Erhöhung des Verdichtungs-Enddruckes.
Dabei werden noch weitere wichtige Vorteile erreicht, unter anderem ein gleichmäßiges
Laufen des Motors, so daß zwei- und mehrzylindrige Glühkopfmotoren gebaut werden
können, ferner die Tatsache, daß die schlechtesten und billigsten Brennstoffe benutzt
werden können; und schließlich, da bei dem erfindungsgemäßen Motor niedrigere Temperaturen
als bei den bekannten Motoren entstehen, Aluminiumkolben ohne Schwierigkeiten verwendet
werden können. Die Massenkräfte sind infolge des durch den geringen Enddruck der
Verdichtung ermöglichten leichten Aufbaues verhältnismäßig gering, und diese Massenkräfte
werden durch die Anwendung eines Leichtmetallkolbens noch weiter verringert. Auf
diese Weise werden die Vibrationen auch bei Einzylindermotoren stark herabgesetzt,
was insbesondere bei landwirtschaftlichen Schleppern von großer Wichtigkeit ist.
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Durch die Erfindung wird also diejenige bekannte Bauart der Glühkopfmotoren
vervollständigt, bei welcher im Zylinderkopf eine kugelförmige Wirbelkammer angeordnet
ist, die eine in Richtung der einströmenden Luft dem tangential einmündenden überströmkanal
benachbarte, gekühlte Hälfte und eine als Glühkopf wirkende, urgekühlte andere Hälfte
aufweist, wobei die Einspritzdüse in Luftrichtung vor dem Übergang des gekühlten
zum urgekühlten Teil der Wirbelkammer angeordnet ist und den Brennstoff während
des Verdichtungshubes in Richtung der in der Wirbelkammer rotierenden Luft auf den
urgekühlten Teil der Wirbelkammer aufspritzt, und die erfindungsgemäßen Merkmale
bestehen darin, daß die Einspritzung des Brennstoffs auf kürzestem Wege nur auf
den Abschnitt des urgekühlten Teiles der Wirbelkammer erfolgt, auf den die einströmende
Luft zuerst gelangt, und daß ferner der Querschnitt des überströmkanals so groß,
etwa 4 bis 6% der inneren Wandfläche der Wirbelkammer, bemessen ist, daß die Temperatur
des Glühkopfes 600° C nicht überschreitet.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erklärt.
Diese Zeichnung stellt beispielsweise zwei angegebene Ausführungsformen der Erfindung
dar.
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Fig. 1 ist der Längsschnitt des Oberteiles des Arbeitszylinders bei
der ersten Ausführungsform, und Fig. 2 ist ein ähnlicher Schnitt bei einer etwas
abgeänderten Ausführung.
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Gemäß Fig. 1 ist die kugelförmige oder annähernd kugelförmige Wirbelkammer
1 exzentrisch angeordnet, ihr Mittelpunkt ist also im Vergleich zur Mittellinie
des Zylinders verschoben, der überströmkanal 3 ist aber zentrisch angeordnet. Der
als Glühkopf dienende urgekühlte Teil t der Wirbelkammer ist abnehmbar, kann also
leicht abmontiert und nötigenfalls durch einen anderen Glühkopf ersetzt werden.
Die obere Fläche des Kolbens ist gewölbt, und der Zylinderkopf wurde dementsprechend
ausgebildet. Die Brennstoffdüse 4 ist gegenüber dem Oberteil des urgekühlten Wandteiles
2 angeordnet. Da während der Spülung die Luft in der Richtung der Pfeile strömt,
erfolgt das Einspritzen des Brennstoffes annähernd in der Strömungsrichtung der
Luft.
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Wie aus der Zeichnung klar ersichtlich ist, schmiegt sich die ganze
Menge des eingespritzen Brennstoffes der sich bogenförmig bewegenden Luft an, so
daß diese Luft den eingespritzen Brennstoff auf die heiße Wand 2 streicht, wodurch
auf dieser Wand eine vollständige Verbrennung zustandekommt. Die Strömung in einer
mit der Bewegungsrichtung der Luft identischen Richtung wird dadurch erreicht, daß
die Mittellinie der Einspritzdüse 4 auf die obere Hälfte des urgekühlten, im Wesen
halbkugelförmigen Glühkopfes 2 gerichtet ist. Der Brennstoff wird also gegen diejenige
Hälfte des Glühkopfes gerichtet, die durch die einströmende Luft zuerst getroffen
wird.
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Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 weicht im Wesen nur dadurch von der
Ausbildung nach Fig. 1 ab, daß die Wirbelkammer 1 zentral, der Überströmkanal3
dagegen exzentrisch angeordnet ist, doch gelangt die aus diesem Kanal in die Wirbelkammer
eintretende Luft ebenfalls tangential in das Innere dieser Kammer. Diese in gerader
Richtung eintretende Luft strömt auf einer bogenförmigen Bahn weiter, und zwar im
Gleichstrom mit dem eingespritzten Brennstoff.
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Mit 5 ist eine Einlaßöffnung der Luft bezeichnet, und der in der Zeichnung
nicht dargestellte, sich an diese öffnung anschließende Lufteinführungskanal ist
derart angeordnet, daß die Luft schräg nach oben gegen den Überströmkanal 3 gerichtet
wird; hierdurch wird gesichert, daß die Luft nicht direkt in die Auspufföffnung
6 gelangen kann, wobei dieses schräge Einblasen der Luft eine möglichst wirbelfreie
Strömung entlang der Wandungen des Verbrennungsraumes begünstigt. Die Einblasöffnung
5 der Luft ist also im Vergleich zur Mittellinie des Zylinders gemäß der Zeichnung
nach links und der überströmkanal 3 nach rechts verschoben.
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Die Temperatur des Glühkopfes wird durch die Größe des überströmkanals
3 bestimmt. Denn je größer dieser Kanal ist, um so stärker wird der Glühkopf durch
die Spülluft gekühlt. Es wurde gefunden, daß die ideale Temperatur des Glühkopfes
etwa 550° C ist, da bei dieser Temperatur keine schädlichen chemischen Änderungen
im Brennstoff hervorgerufen werden, der Zündvorgang jedoch vollständig sicher ist.
Ferner wurde festgestellt, daß, um diese vorteilhafte Temperatur zu erreichen, der
Querschnitt des überströmkanals wenigstens 4% der inneren Wandfläche des Verbrennungsraumes
erreichen muß und die optimale Größe 4,5 bis 6% dieser Oberfläche beträgt.
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Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei Glühkopfmotoren, bei denen der
urgekühlte Wandteil auf der bisher üblichen Temperatur von etwa 700° C gehalten
wird, der Zylinder ungefähr nach einem 8stündigen Betrieb von Kohlenablagerungen
gereinigt werden muß. Dagegen entstehen bei dem erfindungsgemäßen Motor, dessen
Glühkopf 2 nur auf einer Temperatur von etwa 550° C gehalten wird, praktisch überhaupt
keine Kohlenablagerungen. Die schwierige und kostspielige Arbeit der Reinigung kann
also vermieden werden.