DE204818C

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46«. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 11. Juni 1907 ab.

Es ist ein Verfahren zur zeitweisen Steigerung der Leistung von Explosionskraftmaschinen bekannt, durch welches die Leistung einer Explosionskraftmaschine dadurch gesteigert wird, daß nach erfolgter Explosion zusätzliche Ladung unter dem Höchstdruck der Explosion eingeführt wird. Hierbei saugt die Maschine Gemisch von normaler Zusammensetzung an, welches verdichtet und gezündet wird, wonach

ίο das Zusatzgemisch von gleicher Zusammensetzung zwecks Steigerung der Leistung eingepreßt wird.

Dieses bekannte Verfahren kann jedoch nicht ohne weiteres auf Dieselmotoren übertragen werden, und zwar aus den folgenden Gründen :

In der Praxis hat sich bei Gleichdruckverbrennungskraftmaschinen herausgestellt, daß die Menge der Einstäubeluft im Verhältnis zum mitgeführten Brennstoff stets so gering sein muß, daß sich in der Düse ein überreiches Gemisch befindet.

Ist dies nicht der Fall, tritt vielmehr mit dem Brennstoff so viel oder mehr Zerstäubungsluft, als zu dessen vollständiger Verbrennung nötig ist, in die im Zylinder befindliche hochverdichtete Luft ein, so stellen sich sofort Fehlzündungen oder Stöße ein. Dies ist einesteils darauf zurückzuführen, daß die in den Arbeitszylinder expandierende Einblaseluft infolge des wirksam gekühlten Kompressorzylinders erheblich kühler ist ,als die im Zylinder verdichtete Ansaugeluft, so daß bei im Übermaß eingeführter Einblaseluft eine starke Abkühlung eintritt. Infolgedessen tritt in solchem Falle die Zündung überhaupt nicht oder erst dann ein, nachdem eine größere Menge Gemisch in den Zylinder gelangt ist, indem dieses alsdann sich bei Berührung mit einer heißen Wandungsstelle oder dem Kolbenboden entzündet und explodiert, wodurch unzulässige Stöße eintreten.

Es kann somit durch die Einspritzdüse kein beliebiger Luftüberschuß in den Zylinder hineingeschafft werden, der die Verbrennung einer zusätzlichen Brennstoffmenge gestatten würde.

Die Erfindung beruht nun darauf, daß man die zusätzliche Brennstoff- und Luftladung örtlich oder zeitlich getrennt von der durch die Einspritzdüse eintretenden zündenden Ladung einführt, so daß die Zündung nicht gestört wird. In jedem Fall wird also die Verbrennung eingeleitet durch eine Einspritzung einer überreichen Ladung. In diese brennende Ladung wird die zur Erhöhung der Leistung über das normale Maß bestimmte zusätzliche Brennstoff- und Luftladung durch die vorhandenen oder durch neue Organe eingeführt und dadurch mit zur Entzündung und Arbeitsleistung gebracht.

Die Diagramme Fig. 1 bis 5 sollen den Vorgang näher erläutern. Dieselben stellen den zeitlichen Verlauf der Einführung von Luft und Brennstoff in den Arbeitszylinder in der Weise dar, daß die Abszissen die Zeiten, die Ordinaten die betreffenden Luft- und Brennstoffmengen darstellen, wobei die von den Luftordinaten ausgefüllten Flächen vertikal, die von den Brennstoff ordinaten ausgefüllten Flächen horizontal schraffiert sind. Fig. 1 entspricht dem Vorgang bei einer gewöhn-

lichen Einspritzverbrennungskraftmaschine. Es sei a die gesamte Luftmenge, welche in der Maschine arbeitet; und zwar sei davon \a vom Kolben angesaugt und im Arbeitszylinder verdichtet worden, \ α sei in der Luftpumpe verdichtet worden. Im Totpunkt i, also am Ende der Verdichtung, ist die Luftmenge i, k = -| α im Zylinder. Während der Einspritzzeit i, t wächst allmählich die Luftmenge auf das Maß i, ν = α an. In derselben Zeit wächst die Brennstoffmenge von ο auf das Maß v, w = b an. Es ist also am Ende der Einspritzzeit die Luftmenge a und die Brennstoffmenge b im Zylinder enthalten, und es stellt b : α das als praktisch günstigstes ausprobierte Verhältnis der ganzen Brennstoffladung zur ganzen Luftladung dar, und das Verhältnis b :\a stellt das als praktisch günstigstes ausprobierte Verhältnis der Brennstoffmenge zur Einblaseluftmenge dar, welches sichere Zündung gewährleistet.

Wenn man nun die Maschine in der Weise überlasten will, daß man eine um die Hälfte größere Luft- und Brennstoffmenge zur Wirkung bringt, so beträgt die einzuführende Brennstoffmenge % b und die einzuführende Luftmenge \a — f« = -f«. Würde man diese vermehrte Brennstoff- und Luftladung gleichmäßig gemischt wie sonst durch die Zerstäuberdüse einbringen, wie in Fig. la dargestellt ist, so würde die Ladung nicht reich genug sein, um zu zünden. Daher wird z. B. gemäß Fig. 2 durch die gewöhnliche Einspritzdüse nur die gewöhnliche Ladung von Luft und Brennstoff b -\- \a eingeführt, gleichzeitig aber durch ein anderes, von der Einspritzdüse genügend entferntes, örtlich getrenntes Organ eine zusätzliche Luftladung t, χ = \a eingeführt. Die zusätzliche Brennstoffladung — kann durch dieses besondere

Lufteinlaßorgan eingeführt werden, oder, sofern man dieses Organ nicht für die Zufuhr von Brennstoff ausbilden will, durch die gewöhnliche Zerstäuberdüse, indem man die durch diese zugeführte Brennstoffmenge nach erfolgter Zündung vermehrt, wie dies die Fig. 2 erkennen läßt. Die räumliche Trennung des die zusätzliche Luft einführenden Organes von der gewöhnlichen Brennstoffdüse hat den Zweck, eine zu starke Abkühlung der eintretenden gewöhnlichen Ladung zu verhindern, wodurch die Zündung erschwert würde. Es ist selbstverständlich, daß bei dieser räumliehen Trennung des Zufuhrorganes für die zusätzliche Luft die Einführung dieser Luft auch schon etwas vor der Einführung der gewöhnlichen Zerstäubungsluft beginnen kann, so daß sie im Totpunkt schon teilweise im

Zylinder ist (die punktierte
Fig. 2 deutet diesen Fall an).

Linie i^x-x in Die andere Möglichkeit der Einführung der zusätzlichen Ladung, ohne' die Zündung der gewöhnlichen Ladung zu stören, beruht auf der zeitlichen Trennung der Einführung dieser beiden Ladungen; in diesem Falle kann von einem besonderen Organ für die zusätzliche Ladung abgesehen werden. Fig. 3 erläutert diesen Fall. Bis zur Ordinate I₁ m, η, ο ist bereits die ganze gewöhnliche Brennstoffladung (= b) und Zerstäubungsluftladung (= -jd) eingebracht; von diesem Punkte an wird die Luftladung weiter auf -J a, die Brennstoffladung weiter auf \ b gesteigert, also eine gegenüber dem ersten Teil des Ladevorganges wesentlich ärmere Ladung gefördert, wie auch die Zeichnung erkennen läßt. Statt dessen kann man auch während eines Bruchteiles der Einspritzdauer die ganze Brennst off ladung (also einschließlich der zusätzlichen Brennstoff ladung) einbringen; das ist in Fig. 4 bei der Ordinate I, m, η, ο geschehen; von diesem Punkte an ist durch die Einspritzdüse nur noch reine Luft einzubringen, um den zunächst unvollständig verbrannten Brennstoff vollständig zu verbrennen.

Schließlich kann man natürlich auch die zeitliche und räumliche Trennung der Einführung der zusätzlichen Ladung verbinden, indem man dieselbe durch ein besonderes Organ nach erfolgter Einleitung der Zündung der normalen Ladung einbringt.

Fig. 5 stellt diesen Fall dar. Die Einfuhr, der zusätzliche Brennstoff und Luftladung beginnt bei der Ordinate /, m, n, 0; und es stellt u, v, w = \a -\- b die gewöhnliche Ladung,

t, x, y — — + — die zusätzliche ärmere

Ladung, u, t = -jj a, wie überall, die vom Arbeitskolben verdichtete Zylinderluftfüllung dar.

Als besonderes Organ zur Einführung der Zusatzluft oder des Zusatzgemisches in den Fällen der Fig. 2 und 5 kann das ohnehin vorhandene Organ zur Einführung der Anlaßoder Umsteuerdruckluft benutzt werden.

In den Fällen der Fig. 3 und 4 kann man die während der Einführung des Gemisches sich ändernde Zusammensetzung desselben sowohl durch Beeinflussung der Luft- als auch der Brennstoffzuführung erreichen. Statt, wie es am einfachsten ist, vor öffnen der Düse in dieser ein überreiches Gemisch zu lagern, dem nach Überströmen desselben in den Zylinder Zusatzluft in der Düse beigefügt wird, kann man auch vom Augenblick des öffnens der Düse an einen gleichmäßigen Preßluftstrom in den Zylinder einführen, dem durch steuernden Einfluß (z. B. dem Brennstoff pumpenkolben) im Anfang ein Höchstmaß von Brennstoff und nach erfolgter Zündung eine geringere Menge Brennstoff zugefügt wird, so daß also im letzten Teil der Verbrennungs-

periode ein ärmeres Gemisch in den Zylinder gelangt.

Die Zusatzluft kann durch eine besondere Pumpe erzeugt werden. Jedoch wird man vorteilhaft die vorhandene Luftpumpe entsprechend vergrößern, so daß dieselbe außer der normalen Einblaseluft auch die Zusatzluft beschaffen kann.
^ Die Arbeits- und Pumpendiagramme (Fig. 6,

ίο 7 und 8), zeigen den durch das Verfahren erzeugten Arbeitsgewinn. Es stellt in diesen Figuren a, b, c, d das gewöhnliche Arbeitsdiagramm des Dieselmotors, g, h, i, k das Pumpendiagramm der zugehörigen Zerstäubungsluft dar. <^: Wenn man nun eine zusätzliche Luftmenge auf denselben Druck wie die Einspritzluft verdichtet einführt, deren Pumpendiagramm I, m, η, ο darstellt, und gleichzeitig die der vermehrten Luftmenge entsprechend vermehrte Brennstoffmenge einführt, so vergrößert sich das Arbeitsdiagramm auf die Fläche a, b, β, f; es stellt also c, d, a,f,e — I, m, n, 0 den durch das Aufladen erzielten Arbeitsgewinn dar.

Die Zusatzluft läßt sich auch in der Weise durch eine Niederdruckluftpumpe erzeugen, daß man durch diese den nach der normalen Ladung mit Luft von atmosphärischer Spannung gefüllten Zylinder mit niedrig gespannter Druckluft aufladet, so daß die Anfangsspannung der Verdichtung höher liegt als der Atmosphärendruck. Hierauf verdichtet der Arbeitskolben die Luftladung im Zylinder und in einem Nebenraum, der durch ein besonderes Organ beim Beginn der Verdichtung oder während derselben mit dem . Arbeitszylinder in Verbindung gesetzt wird. Nach der Kolbenumkehr strömt die in der Kammer befindliche Luft in den Arbeitszylinder zurück.

Hierbei kann sie den zusätzlichen Brennstoff miteinführen. Der Druck in der Kammer kann durch zeitweise Verbindung derselben mit dem Behälter für die Zerstäubungsluft erhöht werden. Die Kammer ist vorgesehen, damit durch das Aufladen der Höchstdruck der Verdichtung nicht oder doch wenig gesteigert wird, um Überlastungen der Maschinenteile zu vermeiden.

Fig. 9 bis 11 stellen die zugehörigen Arbeits- und Pumpendiagramme dar, und wiederum ist a, b, c, d das gewöhnliche Arbeitsdiagramm, g, h, i, k das gewöhnliche Pumpendiagramm der Einspritzverbrennungskraftmaschine. Wenn mit Aufladen gearbeitet werden soll, so schafft eine Niederdruckpumpe, deren Diagramm durch I, m, n, 0 dargestellt ist, eine vermehrte Luftmenge von der Spannung a, p schon bei Beginn des Saughubes in den Zylinder, so daß die Verdichtungslinie im Arbeitszylinder schon in dem Punkte p beginnt. Die zulässige Höchstspannung wird daher im Arbeitszylinder vor dem Totpunkt b im Punkte q erreicht und die überschüssige Luftladung auf dem Wege q, b in den künstlich vergrößerten schädlichen Raum t, u gedrückt. Beim Vorgange des Kolbens wird die Arbeitsfläche t, b, r, s, a beschrieben. Der Arbeitsgewinn durch das Aufladen stellt sich sonach dar durch die Flächen b, q, r, s, a, -p — a, b, c, d — I, m, n, 0.

Die folgenden Fig. 12 bis 14 stellen sehematisch die Ausführung des Verfahrens an einer Einspritzverbrennungskraftmaschine dar.

In allen Fällen bezeichnet α den Arbeitszylinder der Maschine, b die Brennstoffnadel, c das Ausströmventil, d das Lufteinströmventil, β die Luftpumpe für die Einspritzung des Brennstoffes, f das Zuführungsrohr des Brennstoffes. In Fig. 12 ist der Fall der räumlich getrennten Einführung der zusätzlichen Luft (Diagramm Fig. 2 und 5) dargestellt. Die zusätzliche Luft wird in einer besonderen Pumpe g verdichtet und durch ein besonderes Organ h gleichzeitig oder etwas früher oder später mit der überreichen Ladung eingeführt. Der zusätzliche Brennstoff kann ebenfalls durch dasselbe Organ eingeführt werden.

In Fig. r.3 ist der Fall der zeitlichen Trennung der Einführung der Zusatzluft dargestellt; die gewöhnliche Einspritzluft und die Zusatzluft werden in einer gemeinsamen, entsprechend vergrößerten Luftpumpe e gefördert. Die Einführung des Brennstoffes geschieht durch die gewöhnliche Zerstäuberdüse, indem gemäß Diagramm Fig. 3 erst eine größere und gegen Ende der Einspritzzeit eine kleinere Brennstoffmenge gefördert wird, was durch entsprechende Gestaltung des Nockens i der Brennstoffpumpe k erreicht wird.

Fig. 14 stellt den Fall mit Verwendung einer Niederdruckpumpe und Verdichtung der ganzen Luftladung im Arbeitszylinder dar. Die Niederdruckpumpe ist in bekannter Weise in die Kurbelkammer der Maschine verlegt worden; sie fördert ihren Inhalt durch Schlitze I am Ende des Ansaugehubes in den Zylinder. Kurz vor Kolbentotpunkt (entsprechend dem Punkte q des zugehörigen Diagramms in Fig. 11) wird durch Öffnung eines Organes m die überschüssige Luftladung in einen Nebenraum gedrückt, aus dem sie während des folgenden Kolbenvorganges wieder zurückströmt. Erst nach Beendigung der Einspritzzeit wird das Ventil in wieder abgeschlossen, um den Druck in der Kammer η aufrechtzuerhalten.

Claims

Pate nt-A N Sprüche:

ι. Verfahren zur Steigerung der Leistung von Einspritzverbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß außer der gewöhnlichen, unter Druck ■ in den Arbeitszylinder eingeführten überreichen Brennstoffluftladung eine zusätzliche ärmere La-

dung von Brennstoff und Luft von der ersteren zeitlich oder räumlich getrennt eingeführt wird, so daß sie die Einleitung der Zündung durch die erstere nicht stört.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das besondere Organ einzuführende zusätzliche Druckluftmenge dadurch erzeugt wird, daß die durch eine besondere Niederdruckluftpumpe verdichtete Luft am Ende des Saughubes in den Arbeitszylinder übergeführt und in diesem mit der vom Arbeitskolben angesaugten Luftmenge verdichtet wird, und daß ein Teil der Luft in eine besondere, abgeschlossene Kammer übergeschoben wird, aus welcher die Druckluft dann nach Umkehr des Kolbens in den Arbeitszylinder zurückströmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.