DE1401959A1 - Verfahren zur Verwendung von schwachen Brennstoffgemischen in Verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

f'mßr'e , j

14- 623

Anmelder: Institut J?rancais du Petrole des Oarburants et iriibrif iants

Erfinder: Jean 3.&UDRT

BJiSisOfSTOEB¹-

IH

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Motoren mit fremdzündung durch die Verbrennung von scl.iwach.en. Kohlenstoff gemischen, das heißt von G-eniischeiL aus Treibstoff und Zündstoff, in denen

der Anteil des Treibstoffes geringer ist, als der eines stö'ehiometriBchen (Jemischea (Konzentrierung gleich 1), wobei, wenn der Sündstoff aus Luft und der Treibstoff -aus Benzin besteht_r ungefähr 15 g Luft auf ein Gramm Benzin kommen; natürlich ändern sich diese Anteile . je nach der Art des Treibstoffes ein wenig»

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Die Verwendung von schwachen G-emischen in Verbrennungsmotoren hat im Vergleich zu der Verwendung starker ΰ-emische zahlreiche Vorteile, von denen die wichtigsten folgende sind:

1. Sine Einsparung an Treibstoff, dessen Verbrauch durch die Verbesserung der thermodynamischen .ausbeute und durch die Verbesserung des Verbrennungswirkungs- grades verringert wird. Die starken Gremische verbrennen nur unvollkommen, und ihre Verbrennungsprodukte enthalten noch unverbrannte Heizgase. Die thermische Ausbeute der Verbrennung ist unter diesen Umständen weit von optimalen Verhältnissen entfernt.

2. Sine beträchtliche Verringerung der giftigen Bestandteile der Abgase und besonders des Kohlenoxyds.

3. Sine Verringerung der Zinkspat-(G-alniei-) ablagerungen im Innern der Verbrennungskammern des Motors, die zum größten ieil auf die schlechte Verbrennung zurückzuführen sind.

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Die Verbrennung von schwachen Gemischen ist in motoren mit !Compressions- oder Se ITd st zündung leicht durchführbar, da. es genügt, die !.!enge des eingespritzten Brennstoffs zu verändern, indem man die Speisung der Einspritzpumpe entsprechend regelt.

Die Entzündung der Ladung erfoOgb durch dia Kompression des Gemischen, die nach der .Einspritzung des 'treibstoff s. erfolgt. Die Zündung erfolgt immer in mehr oder weniger großen Abständen nach der "Einspritzung von Mengen, die zwischen der vollen Ladung und einem sehr geringen Bruchteil derselben, der-dem Leerlauf entspricht, variieren können.

Bei Motoren mit "fremdzündung ist die Lage dagegen völlig anders. Im Gegensatz zu Motoren mit Selbst zündung kann näml ich die Entzündung der Brennstoffgemische in einem Motor mit äußerer Vergasung unter günstigen Umständen mit den zurzeit verwendeten Mitteln nur durchgeführt -werden, wenn die Konzentration des Gemisches geringer ist,, als ungefähr 0,9, das heißt, wenn der Anteil des Treibstoffs in dem vergasten Gemisch geringer ist, als 9/i0 des stöchiometrischen Anteils.

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' ■ ' ' 8AD

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Die Verwendung eines Gemisches mit einem Gehalt von . oder unter 0,9 in einem solchen Motor, verursacht eine unregelmäßige Entzündung des Gemisches von einer Periode zur anderen.

Daraus ergibt sich eine Unbeständigkeit in dem Betrieb des Motors und ein beträchtliches Anwachsen des-spezifischenVerbrauchs desselben, der auf eine erhebliche Verringerung der Verbrennungsgeschwindigkeit zurückzuführen ist.

Ein solches Ergebnis steht dem durch die Speisung mit schwachen Gemischen verfolgten Zweck genau entgegen, nämlich einer Verringerung des spezifischen Verbrauchs, der sich durch iiinsp.-.rung an Treibstoff bemerkbar macht.

man nämlich die vom itioi?or erzeugte Kraft herabsetzen, besonders wenn er ganz langsam läuft, so muß die -ver- . wendete treibst of fr.: enge entsprechend verringert werden. Ist dies im Falle einer gesonderten Einspritzung von Brennstoff in den Zündstoffträger (Motor mit Kompressionszündung)möglich, ohne den Anteil der Luft zu verringern, so trifft dies nicht zu, wenn die Speisung durch äußere Vergasung erfolgt, weil die Entzündung in diesem Palle

60981 3/0 U5 bad os;q:

unter günstigen 'Umständen nur für einen Mindestgehalt der Mischung erfolgt. Die einzige Mäglichkeit, den Zufluß von schwächerem Treibstoff zu vermindern, besteht· dann in der entsprechenden verringerten Speisung des Motors mit Vergasergemischen, wobei die Konzentration des Gemisches in einem solchen Falle im allgemeinen mehr als 1,0 betragen muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, iviotore mit äußerer Vergasung unter solchen Bedingungen mit schwachen Gemischen zu speisen, daß der Motor mindestens so regelmäßig funktioniert, wie im Falle einer !Speisung mit starken Yergasergemischen (Gehalt von 1,1) und daß die Verbrennung verbessert wird, wodurch die sich durch eine Verringerung des spezifischen Verbrauchs ergebenden Vorteile weitestgehend ausgenützt v/erden.

Es sind bereits verschiedene Losungen zur Verbesserung der Verbrennungsbedingungen herausgestellt worden, die angewendet werden könnten, um einen lüotor mit Fremdzündung durch Speisung mit schwachen Gemischen zu betreiben.

Diese Vorschläge sehen zum Beispiel vor;

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1. Erhöhung der Durchwirbelung des ufemischesj

2. "Vergrößerung der Energie, durch welche das Vergasergemisch entzündet wird;

3. Herstellung einer Mischung mit ungleichartigem Gehalt durch Vorsehen einer Einspritzvorrichtung.

Das erste dieser Mittel gestatcet nur eine schwache Herabsetzung der höchsten Konzentration des G-einiscxies und hat den Nachteil, den iHillfaktor des Lotors zu verringern, was sich hauptsächlich dadurch bemerkbar macht, daß es unmöglich ist, den Motor mit voller Anzugskraft zu betreiben.

Das zweite Llittel wird im ullg email en angew£indt, indem man den Verbrennungsraum in zwei i'eile .teilt, die zum Beispiel zwei abgeteilte und miteinander- in Verbindung stehende Verbrennungskaamern darstellen,(Verbrennungsraum mit einer Vorkammer) oder zwei verschiedene Zonen der gleichen Verbrennungskammer, die zum Beispiel durch eine Wand abgegrenzt v/erden.

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Gemäß dieser Vorrichtung wird ein leil des Verbrennungsräume s, nachstehend erste Kammer genannt, mit einem Gemisch von höherem Gehalt als der Gesamtgehalt gespeist und enthält die Zündkerze, während der andere, nachstehend zweite Kammer genannt, nur mit einem schwachen Geraisch oder eventuell mit Luft gespeist wird. Die Speisung jedes Teiles des Verbrennungsräumes kann getrennt durch verschiedene Ventile erfolgen, v.^ras bei koto'ren mit Vorkammern der i?all ist, oder durch ein einziges Ventil, indem man Uralenkungsvorrichtungen anbringt, um die Ströme verschiedenen Geheilts zu verteilen.

Dieses Verfahren ermöglichet die Erzielung einer guten ■-.. Verbrennung eines im ganzen schwachen Gemisches durch die Aufrechterhaltung eines stärkeren Gemisches in der ersten Kammer, da die aus der durin erfolgten Verbrennung frei gev/ordene Kraft eine genügend rasche Verbrennung des Restes des Vergasergemisches der Ladung gestattet·

Solche Speisevorrichtuiigen sind zum Beispiel in den amerikanischen Patenten iJo. 1.483· j1 9? ϊϊο. 2.121.920 und iio. 2.196.860 beschrieben, nenn, ihre Anwendung auch die Verbrennung von Spargemischen in Verbrennungsmotoren gestattet ι so hat sie jedoch größere iiachteile, die es verhinderten* daß solche Vorrichtungen Verwendung fanden und industriell hergestellt weraen.

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. Die hauptsächlichen Nachteile sind die folgenden«

1. Die Aufteilung des Verbrennungsräume in eine erste und zweite Kammer führt zu einer Verminderung der thermo dynamischen Ausbeute, die teilweise den Ausbeutegewimn, der sich aus der Verwendung eines Spargeinisches ergibt, wieder aufhebt. Diese Verringerung der Ausbeute ergibt sich einerseits'aus der Tatsache, daß das Volumenverhältnis an der Oberfläche dieser beiden Verbrennungskammern immer geringer ist, als das Verhältnis, das einer einzigen Verbrennungskammer entspricht und daß folglich der V/ärmeverlust durch die Wände größer ist, was zu einem Absinken der thermodynamisch en Ausbeute führt, was übrigens auf ein und dasselbe heraus kommt. Andererseits ergibt sie sich genau so aus de'm ilnergieverlust durch die Überführung der Verbreniiun^sgase aus der ersten in die zweite Kammer.

2. Die Trennung des Verbrennungsraumes in zwei Teile

der

macht wegen/Verwendung eines zusätzlichen Ventils (im i'alle eines Motors mit Vorkammer) die Anbringung eines besonderen Zylinderkopfes oder sogar in gewissen Fällen eines besonderen Motors erforderlich. Aus diesem Grunde kann diese Vorrichtung für den Betrieb bekannter Motoren normalen Typs mit schwachen Brennstoffen nicht verwendet v/erden.

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3. Wird, während der Motor läuft, wieder ein stärkeres Gemisch "verwendet, -was erforderlich, ist, um die Höchstkraft zu erreichen, so besteht weiterhin ein Verlust an thermodynamischer Ausbeute,, was sich nicht nur in einer Erhöhung des Verbrauchs "bemerkbar macht, sondern auch in einer Verringerung der Maximalkraft des Motors.

Das dritte Mittel, das darin besteht, eine Einspritzvorrichtung zu verwenden, um ein Gemisch von verschiedenartigem Gehalt zu erzielen, kann - muß aber nicht kombiniert werden.mit der Verwendung einer ersten Kammer. Der Einspritzer kann entweder in einer ersten Kammer oder in einer einzigen Verbrennungskammer oder in der Zuführungsleitung oberhalb des Zuleitungsventils angebracht sein. In jedem J?alle wird das Ergebnis eine --größere technische Kompliziertheit des Motors und die Erhöhung seines Gestehungspreises sein. Außerdem stellt die Anwendung dieses Mittels Probleme bezüglich der Einspritzung von Benzin, die noch nicht gelöst sind, und besonders bezüglich der Dosierung einer geringen Menge von flüssigem Treibstoff als einer funktion der Luftzuführung.

Durch die- vorliegende Erfindung werden die vorstehenden lachteile vermieden und gleichzeitig zahlreiche Vorteile erzielt, die sich aus der Verwendung von schwachen Gemischen

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ergeben, nämlich vollständigere Verbrennung, die sich in der beträchtlichen Verringerung des Anteils an unverbrannten G-asen und an Kohlenoxydgehalt der Abgase, sowie in einer entsprechenden Verringerung des Verbrauchs an Treibstoff bemerkbar macht.

Diese Vorteile werden insbesondere auch erreicht, ohne daß es erforderlich wäre, Motoren neuer üauart herzustellen.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ohne weiteres bei Motoren bekannten Typs anwendbar, die eine homogene Verbre'nnungskammer enthalten, das heißt eine Kammer, die so regelmäßig wie möglich ist, wodurch von

Motore

der Anwendbarkeil/ausgenommen sind, deren Verbrennungsraum aus zwei einzelnen, miteinander in Verbindung stehenden Verbrennungskammern besteht oder aus zwei verschiedenen Zonen "einer gleichen Kammer, die zum 3eispiel durch eine wand abgegrenzt sind. Halbkugelförmige Kammern erfüllen diese !Bedingung der Homogenität; aber auch Kammern mit etwas abweichender Form können ver- ' wendet werden vorausgesetzt, daß sie homogen sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, in einer Verbrennungskammer ein heterogenes Gremisch mit örtlich verschiedenem Gehalt herzustellen, der Art, daß der. Teil

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des Gemisches mit der stärksten Konzentration an treibstoff in die Mähe der Zündkerze gelangt.

Erfindungsgemäß wird diese Heterogenität durch die einfache Verwendung einer oberhalb des Eingangsventils Sa eines jeden Motorzylinders vorgesehenen doppelten Speisevorrichtung für das Gemisch erreichtes* Fig. 1) Dabei ist weder erforderlich, eine Aufteilung des Verbrennungsraums,noch eine zusätzliche Einspritzvorrichtung, noch ein zusätzliches Ventil vorzusehen.

Das Verhältnis der beiden Gemische kann durch zwei ^: Leitungen verändert v/erden. Diese Leitungen enthalten selbst Mischungen unterschiedlichen Gehalts, von denen die schwächste sogar ausreiner Luft bestehen kann. Viird die Zuführungsleitung, die die konzentrierteste Mischung 0 enthält, zu der Zone geleitet, in der sich die Zündkerze j3 befindet, so ist es möglich, wie experimentell festgestellt wurde, bis zur Entzündung um die Kerze herum eine örtliche Konzentrierung beizubehalten, die genügt, um unter günstigen Bedingungen der Verbrennung von Gemischen, deren Gesamtkonzentration unter 0,9 liegt, und besonders von schwachen Gemischen mit einer Gtesamtkonzentration von 0,5, die Entzündung zu sickern.

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Es handelt "sieht hier um ein nach den "bisherigen Kenntnissen auf diesem Gebiet vollkommen überraschendes und unerwartetes Ergebnis. Man könnte im Gegenteil nämlich eher annehmen, daß durch die gleichzeitige Ansaugung zweier Gemische verschiedener Konzentration durch die Ventilöffnung während der Abwärtsbewegung des Eolbens, auf die eine progressive Kompression während der Aufwärt sbewegung. des Kolbens folgt, eine bestimmte Vermischung der beiden Gemische erfolgt, die auf eine Homogenisierung des Gresamtgemisch.es hinausläuft, was praktisch zu dem gleichen Ergebnis führen würde wie eine normale Speisung mit schwachen Gemischen. Das ist übrigens sicher der Grund, weshalb bisher die Aufteilung des Verbrennungsraums in zwei Teile gefordert wurde, da dadurch eine, beachtliche Trennung der beiden Gemische verschiedener Konzentration erreicht wurde«

Andererseits erscheint der Gedanke, zwei verschiedenartige Gemische aus zwei Gemischen verschiedener Konzentration herzustellen, geradezu umwälzend im Vergleich mit den Lehren des bisherigen Standes der Technik, die sich u.a. gerade die größtmögliche Homogenisierung der Gemische in der Verbrennungskammer zur Aufgabe machte, da diese Homogenisierung als eines der besten Mittel angesehen wurde, das Verbrennungsergebnis zu verbessern.

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Im Gegensatz dazu "beweist die vorliegende Erfindung, daß eine vollständigere Verbrennung eines insgesamt Bohwachen Gemisches einer durchschnittlichen Konzentration von z.B. O,9 aufgrund der Herstellung einer genügenden Heterogenität der örtlichen Konzentration dieses Gemisches in einem Motor mit Außenverbrennung" erzielt werden kann.

Dieses heterogene Gemisch kann erfindungsgemäß durch zwei Zuführungsleitungen 0 und 0 (ligur 1), die über jedem Ventil angebracht sind und von denen jede mit Gemischen verschiedener Konzentration gespeist wird, erzielt werden. Dabei muß die Konzentration eines dieser Gemische zumindest genügen, um die Entzündung dieses Gemisches durch die Kerze unter guten Verhältnissen (Konzentration von mindestens 1,0) zu verursachen. Sie kann aber auch beliebig hoch sein, und die Konzentration des anderen Gemisches kann nach Belieben zwischen einer Konzentration von Null (die der reinen Luft e/ntspricht) und einer Konzentration von 1,0 gewählt werden, um die gewünschte Gesamtkonzentration für den Betrieb des Motors unter Berücksichtigung der entsprechenden Anteile der Gemische in jeder der Zuführungsleitungen zu erhalten.

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Fie experimentell bewiesen ist, wird die mindestzulässige Gesamtkonzentration für ein gleichmäßiges Arbeiten des Motors und eine korrekte Verbrennung im Falle einer größten Heterogenität der örtlichen Konzentrierungen erreicht, die der Einführung der gesamten Treibstoffmenge in Porm eines hochkonzentrierten Gemisches (Konzentration mindestens gleich 5 und vorzugsweise zwischen 20 und 50) durch die besondere Zuführungsleitung G entspricht, und zwar in Hichtung der Zone, in der sich die Kerze befindet, während durch die normale Zuführungsleitung G nur Luft zugeführt wird.

Die Konzentration des am stärksten konzentrierten Gemisches kann so stark sein, wie man sie haben möchte, obwohl es in den meisten fällen angebracht ist, eine Konzentration von 100 nicht zu überschreiten, damit eine genügend genaue Dosierung der schwachen Brennstoffmengen erreicht wird, ohne daß es nötig ist, Präzisionsvorrichtungen anzubringen, wie zum Beispiel Einspritzpumpen.

•Diese Bedingungen der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestatten es zum Beispiel, einen iviotor mit Außenverbrennung unter Verwendung eines Gemisches mit einer durchschnittlichen Konzentration von 0,5 zu betreiben.

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bad'

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Die durchschnittlich zulässige Mindestkonzentration, die ein gutes Arbeiten des Motors gestattet, hängt in jedem Falle besonders von der Form der Verbrennuiigskammer ab und insbesondere von der entsprechenden Anordnung des Zuführungsventils S im Verhältnis zu der Zündkerze B des betreffenden Motors.

In den Figuren 1, 2 und 2A sind zwei Beispiele dargestellt, die die Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigen, und zwar in Figur 1 auf einen Zylinder des Motors mit halbkugelförmigem Zylinderkopf, und in den Figuren 2 und 2A auf vier Zylinder eines Automobilmotors mit aufgesetzten, in einer iieihe angeordneten Ventilen.

In beiden Fällen .ist das äußerste Ende der für das kon₌ zentrierteste Gemisch bestimmten getrennten Leitung G auf die Zündkerze B gerichtet und soweit wie möglich zu dem vordersten Seil des Zufahrungsventils S hin verlängert. In diesen Beispielen ist die getrennte leitung innen in d"er normalen Zuführungsleitung 0 angebracht_r doch kann man sie genau so gut anderswo anbringen, vorausgesetzt, daß die Leitung über dem einzigen Zuführungsventil ihren Ausgang nimmt.

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Die Yerwendiing schwacher G-emische, die in einer Verringerung der Maximalkraft zum Ausdruck kommt, kann in Fällen, in denen diese Maximalkraft zeitweise dem Motor abverlangt wird, wie dies zum Beispiel bei Automotoren der 3?all ist, nicht kontinuierlich sein. Dann wird es nötig, die G-esamtkonzentration der Mischung entsprechend der dem Motor abverlangten Kraft zu ändern. Es ist insbesondere unbedingt erforderlich, diesen bei' einer Konzentration betreiben zu können,

die der Maximalkraft eines bestimmten Betriebes des Motors entspricht (R-Wert um 1,10). Die Verwendung der schwachen Gemische muß dann also auf diejenigen Verwendungsbedingungen beschränkt bleiben, bei denen von dem Motor für einen bestimmten Betrieb nur ein Bruchteil seiner Maximalkraft (Vollbelastung) abverlangt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Ψ die durchschnittliche Konzentration des Gemisches plötzlich und auf kontinuierliche Art zwischen dem liindestwert, der den richtigen Betrieb des Motors sichert (R um 0,5) bis zu dem Viert zu verändern, der die Maximalkraft sichert (R um 1,10). Dazu kann man den Zufluß des konzentrierten Gemisches progressiv erhöhen, während die Luftzufuhr des Motors für einen

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bestimmten Betrieb merklich konstant bleibt. Je nachdem i ■ wie man so die Durchschnittskonzentrierung erhöht,' ist· es erforderlich - wie experimentell festgestellt wurde - ! die Heterogenität des Gemisches progressiv zu vermindern, um zu verhindern, daß in der iiähe der Zündkerze ein" örtlich ZU₁ konzentriertes Gemisch entsteht. Dieses 'Ergebnis kann besonders dadurch erzielt werden, daß man eineiwachsenden Anteil des konzentreirten Gemisches _y

der Zuführungsluft (die durch die nurmale Leitung eingeführt wird) im Verhältnis zu der gewünschten Erhöhung der gesamten Konzentration zuleitet. Duroh dieses Verfahren erhält man für eine Konzentration, die der Durchschnitt skonzentrat ion bei Maximalkraft entspricht, eine wenig heterogene Mischung, wie es auch in den konven- ₍ ~- tionellen Verbrennungsverfahren geschieht.

Für jeden Bruchteil der gewünschten Ladung kann-das j

Verhältnis der

Menge des in die getrennte Leitung beförderten

konzentrierten Gemisches und der

Menge des in der Zuführungsluft verdünnten

konzentrierten Gemisches

sehr stark um das Hochstverhältnis herum variiert werden, ohne merkliche Hückwirkung auf die Leistung des Motors.

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Dieses Hochstverhältnis nimmt ab entsprechend der Zunahme der erforderlichen gesamten Konzentrierung, um die gewünschte Erhöhung der Belastung herzustellen. Anders ausgedrückt, muß die Heterogenität des G-eiuisches umso größer sein, 'je schwächer die G-esamtkonzentrierung ist. Die geringste Gesamtkonzentrierung, die verwendet werden kann, entspricht genau der größten Heterogenität, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden kann.

Diese kontinuierliche Variierungsmöglichkeit der öesamtkonzentrierung gestattet es, die Ladung des Motors nur durch die Veränderung der Konzentrierung zwischen der vollen Ladung und dem Bruchteil der Ladung zu regulieren, die der verwendbaren Mindestkonzentrierung entspricht, was zum Beispiel im Palle des nachstehend beschriebenen Motors ungefähr 50 $ "der vollen Ladung bei 2000 Umdrehungen pro Minute für R = 0,5 ausmacht, wobei der Motor kontinuierlich voll gespeist wird (höchster !Hillfaktor). Dieses Verfahren der Veränderung der Ladung ist ähnlich -demjenigen, das bei der Mehrzahl der industriellen Dieselmotoren angewandt wird, bei denen die Ladung nur durch die Veränderung der Konzentrierung geregelt wird, die wiederum durch die Veränderung des Zuflusses an Treibstoff hergestellt wird, wobei die Luftfüllung konstant bleibt.

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Zwischen 50 ^ffß> und Ö ⁰/o der vollen Ladung muß die zugeführte iCreib stoffmenge durch die Veränderung des Füllfaktors reguliert werden, wobei diese Veränderung durch Drosselung der Zuführung erreicht wird. Mr diese Verwendungszone wird die durchschnittliche Konzentrierung beständig auf einem im wesentlichen feststehenden Wert gehalten, der in der Jiähe der "verwendbaren Mindest-konzentrierung liegt, was sich in Anbetracht der Veränderung des Füllfaktors in einer anteilsmäßigen Verringerung - der entsprechenden Zuflüsse an konzentriertem Gemisch und Luft bemerkbar macht.

Das konzentrierte Kohlenstoffgemisch erhält man entweder durch einen besonders· regulierten Vergaser oder durch irgendein anderes Mittel. Figur 3 stellt ein nicht einschränkendes Ausführungsbeispiel des Verfahrens dar, unter Verwendung eines einzigen Vergasers C.

Die Drosselklappe A dient dazu, den Zufluß des konzentrierten Gemisches in die getrennte Leitung 0 zu regulieren, und die Drosselklappe B dient zur Regulierung der Euftssufuhr in die normale Leitung O_. Diese beiden Drosselklappen können gleichzeitig "bedient werden, so daß •ein ständig gleichbleibendes Verhältnis der Durchgangstöile hergestellt wird, um eine beständige Konzentrierung in der Betriebs zone des Motors zu erhalten, ντο die Ladung

8 0 S 613 / 014 S bad ordinal

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durch Veränderung der Zuleitung reguliert wird. Die Drosselklappe D reguliert den Zufluß des in der Luft verdünnten konzentrierten Gemisches. Durch das Öffnen dieser Klappe wird die Konzentrierung des Gemisches für die Betriebszone des Motors gesteuert, die höhere Konzentrierung benötigt, als diejenigen, die der Schnelligkeitszone mit veränderlichem Volumen entspre&en. Da das Drosselventil D erst nach der vollständigen Öffnung der Drosselventile A und B geöffnet werden kann, kann das Offnen der drei Drosselventile leicht durch eine einzige"Steuervorrichtung geschehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar auf Motore mit sogenannten "Kopfventilen", d.h. auf solche xvlotore, in denen die Ventile durch ihren oberen Teil gesteuert werden, im allgemeinen mit Hilfe von.Kippvorrichtungen, und die den Kopf an ihrem unteren Teil haben. Diese Ventile können im wesentlichen senkrecht oder im Verhältnis zu der Vertikalen geneigt sein. Außerdem scheinen die Motore, deren Verbrennungskammer im wesentlichen halbkugelförmig ist, und im allgemeinen diejenigen, deren Verbrennungskammer ein Minimum an Durchvirbelung der zwei Speisungsströme erzeugt, am besten geeignet, die Vorteile des erfindungggemäßen Verfahrens zur größtmöglichen G-eltung zu bringen.

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ί ι

Als Beispiel für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden Versuche mit einem französisehen Versuchsmotor durchgeführt, von Mt EBEMMlHEO und 3. SALE in der "Revue Generale de Mecanique¹/ März 1951, "beschrieben.

Dieser einzylindrische Motor mit einem Innendurchmesser • des Zylinders von 80 mm und einem Kolbenhub von 100 mm, einem halbkugelförmigen Zylinderkopf und einer Steuerung durch Nockenwellen ist mit einer Dynamomaschine verbunden, die dazu dient, die durch den Motor gelieferte Bremskraft zu messen. Das Druckverhältnis ist gleich . 7 und die Umdrehungsgeschwindigkeit 3000 Umdrehungen pro Minute.

Der verwendete Brennstoff ist ein Benzin mit einer Oktanzahl von-82 (ermittelt nach der "Research method").

Die folgenden Versuche wurden durchgeführt:

I, Ermittlung des spezifischen MinimalVerbrauchs eines herkömmlichen Treibstoffs.

In einer ersten Versuchsreihe wurde der spezifische Mindestverbrauch des Motors, in Gramm- pro PS und pro Stunde für verschiedene Belastungen bestimmt, wobei die

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Speisung aus einem vergasten Gemisch aus Benzin und luft bestand, dessen Zufluß und Konzentrierung systematisch geregelt wurde, indem man sowohl das Drosselventil des Vergasers bediente, wie auch den Düsendurchmesser regulierte, Es wurde festgestellt, daß die Konzentrationswerte des G-emisches, durch die der spezifische Mindest verb rauch für jede der verschiedenen !Belastungen des Motors gesichert wird, zwischen 0,85 und 0, 95 betragen, wenn die .Belastung des Motors zv/ischen 40 und 80 ia der -tiöchstbelaebung beträgt, wobei sich diese i/erte so weit erhöhen können, dai3 sie bei der Höchstbelastung des Motors 1 betragen.

Es muß jedoch bemerkt "werden, daß der genannte spezifische Mindestverbrauch für die praktische .anwendung nicht von Interesse ist, und zwar aus folgenden Gründen;

ver a) In jedem Falle hängt der Mindestrauch von der Wahl einer verschiedenen Düse ab, wodurch er völlig theoretisch wird, da kein bekannter Vergaser in der lage ist, nach Wunsch alle Gemische zu liefern, die den spezifischen Mindestverbrauch bei verschiedenen Belastungen und Schnelligkeiten des Liotors sichern.

8 0 9 θ 1 3 / 0 U 5 original *&

b) Der Gang des Motors ist sehr, unbeständig, und die geringste "Veränderung, der Betriebsbedingungen zieht Fehlzündungen nacii sich, durch die wiederum ein schnelles .'Uisteigen des Verbrauchs und sogar der vollständige Stillstand des Motors verursacht werden.

c) Da die Verbrennung des Vergasergemisches sehr langsam vor sich geht, ist die Verbrennung noch nicht beendet, wenn sich das Auslaßventil öffnet, selbst wenn man die Vorzündung erhöht, was eine schnelle Abnutzung dieses Ventils verursacht·

Daher sind die Vergaser der herkömmlichen Motore ausnahmslos so reguliert,-daß sie ein Gemisch genügender Konzentration liefern, um ein genaues Arbeiten des iäotors in allen Gängen und bei jeder belastung zu sichern, ;vobei die lindes tkonzentration, die dieser Bedingung entspricht, im allgemeinen bei 1 liegt.

II· Ermittlung des spezifischen Verbrauchs bei herkömmlicher Vergasung (Konzentration? i)s

In einer zweiten Versuchsserie, die den Bedingungen der herkömmlichen Brennstoffe entspricht, wurde der vorher beschriebene Motor mit einem Ver^csergemisch von

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einer Konzentrierung von 1.0 gespeist, und der entsprechende spezifische Verbrauch für jede Belastung des Motors bestimmt.

III· Ermittlung des spezifischen Verbrauchs bei der erfindungsgemäßen Vergasung:

in"einer dritten Versuchsserie wurde der gleiche Motor gespeist unter Verwendung der in den Figuren 1 und 3 der-vorliegenden Anmeldung dargestellten Vorrichtungen. Die Konzentrierung des konzenurierten G-emisches wurde ; ■ für alle Belastungen auf 30 festgelegt, während das schwache Gemisch für Belastungen von 50 i» oder weniger der Höchstbelastung aus reiner Luft bestand und aus mit vergastem Kraftstoff vermischter Luft wachsender

Konzentrierungen, für eine Belastung von 51 bis 100 $>, Die Motorstärke wurde durch gleichzeitiges Bedienen der in Figur 3 dargestellten Drosselklappen A und B für Belastungen unter 50 $> eingestellt, während die Regulierung bei höheren Belastungen durch die Bedienung der Drosselklappe D erfolgte und die Drosselklappen A und B vollkommen geöffnet blieben.

Die erzielten Resultate sind in der nächstehenden Tabelle I angegeben:

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	(Minimum)	(Konzen tration = D	Erfindungsge- mäßer Brennstoff	Spezifi scher Ver brauch (gr./PS .pro Stunde)
	238	238	(Gresamt- konzen- trätion)	238
	235	256.	1	227
- 25 -	258	283	0,76	243
TABELLE I:	275	300	0,60	261
	305	330	0,55	287
		0,58
io der Höchst- Spezifischer Ver- belastung brauch an normalem Brennstoff (gr/PS pro Stunde)
. - 100
80
60
50
40

Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich,.-daß der ■--spezifische Verbrauch, der sich aus dem erfindungsgemäßen Betreiben des Motors ergibt, für alle Belastungen unterhalb der Höchstbelastung nicht nur immer unter dem praktischen spezifischen Verbrauch des Motors (Konzentration 1.0), sondern auch unter dem spezifischen theoretischen Mindestverbrauch liegt.

Ahnliche Resultate wurden mit anderen Orangen, zum Beispiel bei 2000 Umdrehungen in der Minute (Mindestkanzentration: 0,5) und bei 4000 Umdrehungen in der Minute (Mindestkonzentration: 0,62) erreicht und mit anderen Druckverhältnissen.

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ORIGINAL INSPECTED

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebensogut auf Hehrzylinder-Hotore angewendet werden. So wurde bei einem Zweizylinder-^MDyna-Panh.ard"-Motor mit Luftkühlung des

Boxertyps mit einem Hubraum von 850 cm ein spezifischer Verbrauch bei halber Belastung von 195 gr/PS pro Stunde festgestellt, gegen 220 gr/PS pro Stunde für den gleichen Motor mit seinem ursprünglichen Vergaser.

Außerdem konnten folgende zusätzliche Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens beobachtet werden:

a) Der Kohlenoxydgehalt des Auspuffgases ist sehr gering, wie aus l'abelle II ersichtlich ist, in der die im Verlaufe der in Tabelle I zusammengefaßten Versuche angegeben sind:

TABELLE II

i> der Höchstbelastung

^c/o des Kohlenoxyds in dem Auspuffgas

!formale Vergasung (Konzentration = 1)

Erfindungsgemäß e Vergasung

100 80. 60 50 40

-1

0,09

0,05

0,04

0,04

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ORIGINAL INSPECTED

Bei langsamem Lauf (Gresamtkonzentration: 0,65) stellt sich erfindungsgemäß der Kohlenoxydgehalt des Auspuffgases auf 0,008 fo gegenüber 2 - 6 i» bei normaler Vergasung entsprechend dem verlangsamten Gang,

b) Die Temperatur der Auspuffgase, durch welche die . Unterhaltung der Auspuffventile bestimmt wird, hat"sich im allgemeinen als gleich oder unter der bei normaler Vergasung (Konzentrierung 1) liegenden gezeigt, wie in ' Tabelle III angegeben ist, in der die im Verlaufe der in Tabelle I zusammengefaßten Versuchsbestimmungen zusammengesetzt sind.

TABELLE III

■ '/β der Höchstbelastung Temperatur der Auspuffgase (⁰C)

iiormale Vergasung Erfindungsge-(Konzentration 1) mäße Vergasung

80 638 590

60 628 507

50 624 45Q

' Wie bereite angeführt, schranken die in den vorausgegangenen Beispielen angeführten Merkmale die Erfindung in keiner Weise eini So kann insbesondere die iVrm der Verbrennungs-

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kammer erheblich von der Halbkugelform abweichen und zum Beispiel die sogenannte "Badewannenform" annehmen, obwohl die erstere vorzuziehen ist, und der Brennstoff kann sowohl ein.Gas sein, wie zum Beispiel Naturgas, als auch eine flüssigkeit, wie Benzin oder selbst Petroleum, wenn der Motor eine * genügend wirksame Aufwärmungsvorrichtung enthält. ■" . ·

Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl auf Einzylinder- wie auch auf Mehrzylinder-Motoren '' \

anwendbar. Bei den letztgenannten Motoren wird sogar '

eine im allgemeinen größere Brennstoffersparnis erreicht :

als im PaIIe der Anwendung auf Einzylinder-Motore: .

Während nämlich die Vergaser, die Einzylinder-Motoren 1- speisen - zum Beispiel der Art, wie vorher beschrieben ■* so reguliert werden können, daß sie ein im wesentlichen stöchiometrinches Gemisch liefern, müssen diejenigen,

die für Mehrzylinder-Motoren vorgesehen sind, so gere- ,

gelt werden, daß sie ein relativ konzentriertes Gemisch,

(durchschnittliche Konzentration im allgemeinen bei 1,1) -J

liefern, damit unjrer Berücksichtigung der Unregelmäßig- . ^: ;

keiten in der Konzentration, die auf den Einfluß der - ;' ^

tilrbelungeh zurückzuführen sind, jeder Zylinder das für * ' die Entzündung erforderliche genügend konzentrierte - - ..-.=·--. _v Gemisch erhält. Unter diesen Bedingungen erhalten die am meisten begünstigten Zylinder ein vollkommen verschwen- *

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detes uberkonzentriertes Gemisch, v/obei durch, den Über- ^; sehuß an Brennstoff Zinkspat- -(Galmei ) und Kohlenoxyd

gebildet werden, ohne daß die Leistung des Motors · j

"I entsprechend erhöht würde. . ' ■ ·

Im Gegensatz dazu verursacht der erfindungsgemäße Betrieb ^!

des Motors mit einem schwachen Gemisch bei einer Heterogenität der Konzentration in jedem Zylinder kein Ansteigen des spezifischen "Brennstoffverbrauchs, da die Verbrennung .m

praktisch bei allen schwachen G-emischen gemäß der Erfindung vollkommen ist, ohne zu Kohlenstoffablagerungen oder zur Bildung von GO zu führen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine j

Speisevorrichtung für Motoren mit . fremdzündung - mit Hilfe von zwei regulierbaren Strömen verschiedener Konzentration, wie zum Beispiel diejenigen, die gemäß dem vorher beschriebenen Verfahren arbeiten. · ,

Diese Vorrichtung, von der ein Ausführungsbeispiel in Figur 3 dargestellt ist, enthält ein Iiuftzuleitungsrohr, ein Zuleitungsrohr, das mit einer Vergaservorrichtung verbunden ist, die ein stark konzentriertes Vergasergemisch liefert, wobei die Hutzdurchgangsötrecke dieser beiden Rohre durch synchron·-gesteuerte Drosselklappen

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reguliert wird. Zwischen diesen beiden Rohren, unterhalb der Vergaservorrichtung, ist eine Verbindungsleitung angebracht, die ebenfalls eine Drosselklappe zur Regelung der Kutzdurchgangsstrecke enthält, durch welche der -^n- ; teil·des stark konzentrierten Gemisches, das man für das^ Luftzuleitungsrohr abzweigen will, so geregelt wird, daß dadurch die Konzentration der beiden Ströme beotinmit wird, die man am Ausgang der beiden Rohre erhält.

Mit "unterhalb der Verbrennungsvorrichtung" soll erfindungsgemäß derjenige 'feil des Rohres bezeichnet v/erden, welcher sich jenseits der Vergaservorrichtung auf der Durchgangsstrecke zwischen dieser und dem Zylinder befindet, während mit "oberhalb" der Teil des Rohres bezeichnet wird, der sich diesseits der Vorrichtung befindet.

Die Vergaservorrichtung kann aus einem Vergaser bestehen, der zum Beispiel mit einer Vergaserdüse, einer luftdüse oder Venturidüse ausgestattet ist sowie mit den entsprechenden Speisevorrichtungen für die Düse und alle bekannten !Teuerungen enthalten kann (zum Beispiel eine automatische Vorrichtung oder eine Rücklaufpumpe). Die Vorrichtung kann vertikal, horizontal oder invertiert sein.

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Es ist auch möglioh_f den Vergaser durch einen Brennstoffeinspritzer zu ersetzen, der ebenfalls oberhalb der Verbindung sleitung angebracht wird.

Die an den Zuleitungsrohren angebrachten Drosselklappen können sich je nach Belieben oberhalb oder unterhalb der Verbindungsleitung befinden und werden vorzugsweise synchron gesteuert, so daß man in den beiden Hohren eine im we sent liehen-gleichmäßige veränderung der xiutzdurchgangsstrecken, zwischen der geschlossenen Stellung oder einer leicht geöffneten Stellung erhält, die der !Ruhestellung des (xaspeduls entspricht und der vollen Öffnung, die im allgemeinen bei einer 2wis dienst ellung des Graspedals erreicht wird. ·

Die Steuerung der in der terbindungsieitung angebrachten j .
^! Drosselklappe lcann so von der synchronisierten öteuer/iung

der Drosselklappen in den äufuhrungBleicungen abhängig ' gemacht werden, daß diese Klappe nur geöffnet werden kann, nachdem die beiden anderen Drosselklappen praktisch vall- :■ ständig geöffnet sind. Die Stellungen des Gaspedals über die vorher angegebene Zwischenstellung hinaus dienen also nur dem Zweck, die Drosselklappe der Verbindungsleitung progressiv zu öffnen, während die beiden anderen Drosselklappen vollkommen geöffnet bleiben· .

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Außerdem kann, wie "bereits vorher angegeben, die Zuführungsleitung des sehr stark konzentrierten Gemisches, wenigstens teilweise und insbesondere das in der itfähe des Zylinders "befindliche linde, innen in der JJuftzuführungsleitung angebracht v/erden, allerdings unter dem Vorbehalt, daß das Ende so nahe wie möglich an den Eingang des Zylinders in Hichtung der Zündkerze heranreicht, zum Beispiel unmittelbar an das Zuleitungsventil, wenn der Motor ein solches enthält.

Um ein genaues Arbeiten der vorher beschriebenen Speise-« Vorrichtung bei den Stellungen des G-aspedals, durch die die Öffnung der Drosselklappe in der Verbindungsleitung reguliert wird, zu' sichern, ist es ebenfalls wichtig, daß'die Druckverminderung in der Ιιβίΐμιη^ in dem Luftzuführungsrohr größer ist, als in dem Zuleitungsrohr des stark konzentrierten Gemisches, so daß ein Teil dieses Gemisches in das iuftzuleitungsrohr übergeht, wenn die Drosselklappe der Verbindungsleitung, offen ist. Ein solches Ergebnis kann erzielt werden, indem man in dem Zuführungsrohr oberhalb der Verbindungsleitung eine Düse oder eine andere Drosselvorrichtung'vorsieht, wodurch in dem Luftzuführung srohr eine größere Druckverminderung hergestellt wird, als sie in der Zuführungsleitung für das sta)£rk konzentrierte Gemisch besteht.

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Claims (18)

1. P A Ϊ I ϊ ϊ 1 If S-P RÜCHE

   ^ Verfahren für die Speisung eines Verbrennungsmotors mit fremdzündung mit einem Vergasergemisch-, wobei der Motor mindestens einen Zylinder mit einer ^omogenen Verbrennungskammer, eine Zündkerze, eine Einlaß- und* eine Auslassöffnung enthält, d&duroh gekennzeichnet, daß ein

   gemisch.
   Vergasen/in den Zylinder eingeführt wird, d&9 durch die gleichzeitige Zuführung in veränderlichen enteilen von zwei Strömen verschiedener Konzentration gebildet wird, von denen der am stärksten konzentrierte Strom aus einem G-emisch besteht, das in Richtung der Zündkerze zugeführt wird, wobei die Regulierung der entsprechenden Zusammensetzungen dieser beiden Ströme die Gresamtkonzejitration des G-eiaisches und den tfrad der Heterogenität desselben bestimmt, wodurch der Motor mit einem schwachen ü-eMisch betrieben und später nach Belieben mit einem konzentrierten G-emisch gespeist werden kann,' das zur Erreichung der Haximalkraft erforderlich ist»

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2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder ein Gemisch hergestellt wird, dessen Brennstoffgehalt niedriger ist, als der eines stöchiometrischen Gemisches, dessen Konzentrierung in der Umgebung der Zündkerze jedoch genügt, um das G-emisch zu entzünden, wobei man das Gemisch in Form von zwei gleichzeitig zugeführten Strömen verschiedener Konzentration oberhalb des Zylindereingangs einführt, indem man den

   Strom mit der stärkeren Konzentration im wesentlichen in Richtung der Zündkerze zuführt,
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen T und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die G-esamtkonzentration des Kohlenstoff— gemisches zwischen 0,5 und T_r1 beträgt.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des am stärksten kongen-

   trierten Stromes mindestens gleich 5 ist.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4_f dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des schwächsten Gemisches aus konzentriertem Brennstoff—Luftgemisoh besteht, mit einer Konzentration unter 1 *
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5_t dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft des Motors durch die Veränderung des schwachen Gemisches geregelt wird.

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7. 7. Verfahren nach, den Ansprüchen 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der t>trom des sehr;;',, eh. st en u-enisches aus Luft besteht.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Kegelung der· Motorkraft durch die -gleichzeitige Regulierung der Zuleitung für konzentriertes Gemisch und Luft so erfolgt, daß das Verhältnis dieser Ströme im wesentlichen konstant "bleibt.
9. 9« Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schwache öemisch durch die Verdünnung eines l'eiles des konzentrierten Gemisches mit Luft hergestellt wird. - -
10. 10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer im wesentlichen halbkugelförmig ist.
11. 11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor an seinem oberen Ende Ventile enthält. .

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12. 12. Verfahren gemäß joaspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden gleichzeitig zugeführten ötröme verschiedener Konzentration durch zwei getrennte Rohre eingeführt vferden, wobei das Rohr für den am stärksten konzentrierten idtrom, und zwar zumindest der 'feil, der dem Zylindereingang am nächsten liegt, im Innern des Rohres für den weniger konzentrierten £>trom angebracht und in Richtung der Zündkerze g^eleitet wird.
13. 13· Vorrichtung zur Speisung eines Verbrennungsmotors mit lⁿremdz-ündung mit zwei verschieden konzentrierten ⁱ

    und regelbaren"Kraftstoffströmen, dadurch"gekennzeichnet, sie

    daß/in Verbindung mit einem Luftzuleitungsrohr ein mit einer ein sehr konzentriertes Gemisch liefernden Vergaser-. Vorrichtung verbundenes Zuleitungsrohr enthält, wobei die iiutzstreoke in diesen beiden Rohren mit Hilfe von synchron gesteuerten Drosselklappen geregelt wird, sowie eine Verbindungsleitung zwischen diesen beiden Rohren unterhalb der Vergaservorrichtung angebracht ist und für ihre Hutzstrecke ebenfalls eine Drosselklappe enthält, Y/odurch der Anteil der stark konzentrierten Mischung, den man in das Luftzuleitungsrohr ableiten will, so gesteuert wird, daß die jeweilige Konzentration der beiden am Ende' der zwei Rohre erhaltenen Ströme geregelt wird«

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14. 14. Sp ei se vorrichtung gemäß Anspruch 15, dadLirch gekennzeichnet, daß die Regelung der synchronisierten Drosselklappen durch eine einzige Steuerung erfolgt.
15. 15» Speisevorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergaservorrichtuns aus einem Vergaser besteht.
16. 16. Speisevorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergaservorrichtung aus einem Kinsjritser besteht.
17. 17« Speisevorrichtung nach Einspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drosselklappen, deren Steuerung synchronisiert ist, so mit der Drosselklappe der Verbindung al ei t ung verbunden sM> daß diese Leitung diis stark

    3U

    konzentrierte Gemisch in .dichtung des Luf^leitungsrohres nur'durchläßt, vfenii die Drosselklappe dieses Hohres und die des Zuleitungsrohres für d£is stark konzentrierte G-emisch, mit der sie synchronisiert ist, vollkommen geöffnet sind.
18. 18. Speisevo.richtung gemäß Anspruch 13,-dadurch gekennzeichnet, daß das Ituftzulassungsrohr oberhalb der Verbindungsleitung mindestens eine Drosselvorrichtung enthält, die in dieser leitung einen größeren Druckabfall herstellt, als der in der Leitung für das stark konzentrierte G-emisch vorhandene.

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