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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 46«. GRUPPECLASS 46 «. GROUP

Verbrennungskraftmaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. August 1909 ab. Internal combustion engine. Patented in the German Empire on August 27, 1909.

Das Neue und Eigenartige der die Erfindung "bildenden Verbrennungskraftmaschine, bei welcher Brennstoff und Luft erst während des Arbeitshubes zwecks Verbrennung im Arbeitszylinder zusammengeführt wird, ist darin zu erblicken, daß bei ihr die Menge des einen Ladungsbestandteiles durch die Steuerung von außen bestimmt wird, während der andere Ladungsbestandteil ebenfalls, und zwar durchThe novelty and peculiarity of the internal combustion engine "forming the invention, at which fuel and air only during the working stroke for the purpose of combustion in the working cylinder is brought together, can be seen in the fact that with it the amount of one charge component is controlled by the control is determined from the outside, while the other charge component is also determined by

ίο ein selbsttätig arbeitendes Ventil, geregelt wird. Die Menge des einen Ladungsbestandteiles paßt sich selbsttätig der Menge des anderen, unter äußerer Regelung stehenden Teiles an, indem der weitere Zufluß des einen Be-Standteils selbsttätig beendet wird, wenn von dem anderen nichts mehr zur Weiterverbrennung zur Verfügung steht. (Bei einem normalen Dieselmotor wird dagegen die Menge des eingeführten flüssigen Brennstoffes durch den Regler bestimmt, die Menge der Luft wird überhaupt nicht geregelt, sondern bleibt konstant.)ίο an automatically working valve, regulated will. The amount of one load component automatically adapts to the amount of the other, part under external regulation by the further inflow of one Be-Stand part is automatically terminated when there is nothing left of the other to continue burning is available. (With a normal diesel engine, on the other hand, the amount will be of the introduced liquid fuel is determined by the regulator, the amount of air is not regulated at all, but remains constant.)

Zu diesem Zweck ist ein Druckbehälter angeordnet, in welchem einer der beiden Ladungsbestandteile unter einem Druck aufgespeichert wird, welcher dem höchsten Kompressionsdruck entspricht. Auf welche Weise dieser Druck erzeugt wird, ist ohne Belang; er kann ebensowohl durch einen besonderen Kompressor als auch im Maschinenzylinder selbst erzeugt sein. Der Druckbehälter steht durch eine Leitung mit dem Zylinder der Maschine in Verbindung. Am Ende der Verbindungsleitung ist ein Einlaßventil derart ange- ordnet, daß es von dem im Behälter befindlichen Medium auf seinen Sitz niedergedrückt wird, während es gleichzeitig durch eine Feder oder eine sonstige geeignete Vorrichtung ständig auf Öffnung belastet ist. Steigt nun infolge des Verdichtungshubes der Druck im Zylinder auf entsprechende Höhe, so gleichen sich die Drücke auf beiden Seiten des Einlaßventils aus, und dieses öffnet sich unter dem Einfluß der Feder. Die Öffnung kann aber auch zwangläufig erfolgen, da sie immer in demselben Punkt vor sich gehen muß. Im Totpunkt beginnt die Einführung des zweiten Ladungsbestandteiles in den Zylinder und die Verbrennung, welche entweder durch Selbstzündung oder mit Hilfe einer besonderen Zündvorrichtung eingeleitet werden kann. Beginnt nun der Kolben seinen Rückweg, so wird nur eine allmähliche Druckverminderung stattfinden, solange durch die Verbrennung eine genügend starke Erhitzung des Zylinderinhaltes bewirkt wird und die zur Unterhaltung der Verbrennung nötigen Ladungsbestandteile zur Verfügung stehen.. Sobald aber einer von beiden Bestandteilen durch die Verbrennung aufgezehrt ist, in diesem Falle also der durch den Regler¹ in seiner Menge begrenzte Bestandteil, hört die Verbrennung auf. Nun sinkt der Druck im Zylinder infolge Expansion der Gase rasch, infolgedessen sucht der Inhalt des Druckbehälters mit größerer Geschwindigkeit in den Verbrennungsraum zu strömen und schließt unter der Wirkung seiner hohen Strömungsgeschwindigkeit und der größeren Druckdifferenz das selbsttätige . Drucklufteinlaßventil. Es braucht somit bei dieser Maschine von den beiden Ladungsbestandteilen immer nur der eine gesteuert, d. h.For this purpose, a pressure vessel is arranged in which one of the two charge components is stored under a pressure which corresponds to the highest compression pressure. The way in which this pressure is generated is irrelevant; it can be generated by a special compressor as well as in the machine cylinder itself. The pressure vessel is connected to the cylinder of the machine by a line. At the end of the connecting line an inlet valve is arranged in such a way that it is pressed down on its seat by the medium in the container, while at the same time it is constantly open to opening by a spring or some other suitable device. If, as a result of the compression stroke, the pressure in the cylinder rises to a corresponding level, the pressures on both sides of the inlet valve equalize and this opens under the influence of the spring. The opening can, however, also take place inevitably, since it must always take place in the same point. The introduction of the second charge component into the cylinder and the combustion, which can be initiated either by self-ignition or with the help of a special ignition device, begin at dead center. When the piston begins its return path, the pressure will only be gradually reduced, as long as the cylinder contents are heated sufficiently by the combustion and the charge components required to maintain the combustion are available. As soon as one of the two components is consumed by the combustion If, in this case, it is the constituent whose ^{quantity is limited by controller 1} , the combustion stops. The pressure in the cylinder now drops rapidly as a result of the expansion of the gases, as a result of which the contents of the pressure vessel seek to flow into the combustion chamber at greater speed and, under the effect of its high flow speed and the greater pressure difference, closes the automatic one. Compressed air inlet valve. With this machine, therefore, only one of the two load components is required to be controlled, ie

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in seiner Menge begrenzt zu werden, während der andere immer dann abgeschlossen wird, wenn die Verbrennung beendet ist. Durch diese Art der Regulierung ist es auch möglieh, die Maschine vorübergehend sehr hoch zu überlasten, da der unter Druck stehende zweite Ladungsbestandteil bei genügend großem Vorratsbehälter in erforderlichem Maße selbsttätig in den Verbrennungsraumto be limited in its amount while the other is always closed, when the combustion is over. With this type of regulation it is also possible To temporarily overload the machine very heavily, since the pressurized second charge component is sufficient large storage container automatically to the required extent in the combustion chamber

ίο nachströmt, solange die A^erbrennung des durch den Regler in größerer Menge zugelassenen anderen Ladungsbestandteiles dauert. Infolgedessen kann der höchste Verbrennungsdruck während eines verhältnismäßig großen Teiles des Hubes erhalten werden.ίο flows in as long as the burning of the other charge component permitted by the regulator in larger quantities. As a result, the highest combustion pressure can be obtained during a relatively large part of the stroke.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer Reihe von Ausführungsformen veranschaulicht. Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme von Maschinen, welche mit diesem selbsttätigen Ventil arbeiten. In Fig. 1 ist α der Zylinder, b der Kolben. Mit dem Zylinder α steht der Preßluftbehälter d durch die Leitung c in Verbindung. An der Mündung der Druckluftleitung c in den Zylinder ist das Ventil f angeordnet. Eine entsprechend gewählte Feder g sucht das Ventil / ständig von seinem Sitz abzuheben. Die Zuführungsleitung für flüssige Brennstoffe ist'mit h bezeichnet.In the drawing, the invention is illustrated in a number of embodiments. FIGS. 5 and 6 show diagrams of machines which work with this automatic valve. In Fig. 1, α is the cylinder, b is the piston. The compressed air tank d is connected to the cylinder α through the line c . The valve f is arranged at the mouth of the compressed air line c in the cylinder. An appropriately chosen spring g seeks to lift the valve / constantly from its seat. The feed line for liquid fuels is denoted by h .

Der Druck im Behälter d entspricht ungefähr dem Kompressionsenddruck. Die Zugkraft der Feder g ist so gewählt, daß das Ventil f sich erst am Ende der Kompression öffnet, daß dagegen das Ventil offen bleibt, so-■· lange die Preßluft nur langsam entsprechend ihrem Verbrauch im Zylinder durchströmt und daß es bei schnellem Durchströmen zugerissen wird. Das Ventil / öffnet sich infolgedessen selbsttätig nur dann, wenn die im Zylinder a befindliche Luft etwa auf den Druck des Preßluftbehälters komprimiert wird. Andernfalls muß es zwangläufig geöffnet werden. Gegen Hubende beginnt die Einführung des Brennstoffes durch das Brennstoffventil h und die . Verbrennung. Diese Verbrennung erfolgt ungefähr unter Gleichdruck, da eine Drucksteigerung durch Übertreten in die Leitung c aufgehoben würde und bei Druckabfall sich sofort mehr Verbrennungsluft zur Verfügung stellt. Ist aller Brennstoff verbraucht, so tritt sofort ein stärkerer Druckabfall im Zylinder ein; der infolgedessen entstehende große Druckunterschied zwischen den beiden Flächen des Ventils / sowie die große Geschwindigkeit, mit welcher die Druckluft aus dem Behälter c in den Zylinder überzuströmen sucht, schließen unter Überwindung der Zugkraft der Feder g das Ventil /.The pressure in the container d corresponds approximately to the final compression pressure. The tensile force of the spring g is chosen so that the valve f does not open until the end of the compression, while the valve remains open as long as the compressed air flows through the cylinder only slowly according to its consumption and that it is torn when it flows through quickly will. As a result, the valve / opens automatically only when the air in the cylinder a is compressed approximately to the pressure of the compressed air tank. Otherwise it has to be opened. Towards the end of the stroke, the introduction of the fuel begins through the fuel valve h and the. Combustion. This combustion takes place at approximately equal pressure, since an increase in pressure would be canceled by entering line c and more combustion air would be available immediately if the pressure drops. When all the fuel is used up, there is an immediate drop in pressure in the cylinder; the resulting large pressure difference between the two surfaces of the valve / and the high speed with which the compressed air tries to flow over from the container c into the cylinder, close the valve / by overcoming the tensile force of the spring g.

Wie Fig. 2 zeigt, kann statt der Feder auch die Kolbenwirkung des Ventilschaftes selbst benutzt werden. Dadurch, daß dieser Ventilschaft nach außen in einen Raum mit einem anderen Druck, z. B. die Atmosphäre, ragt, ist ein nach außen gerichteter Druck vorhanden, welcher die Federwirkung ersetzt und durch richtige Wahl des Schaftquerschnittes oder des Außendruckes so gehalten werden kann, daß die beabsichtigte Wirkung rechtzeitig eintritt.As FIG. 2 shows, the piston effect of the valve stem itself can also be used instead of the spring to be used. The fact that this valve stem to the outside in a space with a other pressure, e.g. B. the atmosphere protrudes, there is an outward pressure, which replaces the spring action and through the correct choice of the shaft cross-section or the external pressure can be maintained so that the intended effect is timely entry.

Da das selbsttätig schließende Ventil/ ziemlich empfindlich sein muß, so empfiehlt es sich unter Umständen, die Anordnung. so zu treffen, daß das Ventil und sein Sitz der unmittelbaren Einwirkung der Verbrennung entzogen werden. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 dargestellt. Zwischen dem selbsttätigen Ventil f und dem Verbrennungsraum a ist noch ein zweites Ventil i eingeschaltet, welches durch einen Kanal mit dem selbsttätigen Ventil / in Verbindung steht. Das Ventil i wird mechanisch so gesteuert, daß es kurz vor dem Anhub des Ventils f geöffnet wird, während seine konstante öffnungsdauer etwas größer ist als die längste Öffnungsdauer des Ventils f. Since the automatically closing valve / must be quite sensitive, it may be advisable to change the arrangement. to be taken in such a way that the valve and its seat are removed from the direct effect of the combustion. Such an arrangement is shown in FIG. A second valve i is switched on between the automatic valve f and the combustion chamber a and is connected to the automatic valve / through a channel. The valve i is mechanically controlled in such a way that it is opened shortly before the valve f is lifted, while its constant opening period is somewhat longer than the longest opening period of the valve f.

Wenn die Fläche des Ventils / klein wird, so sind unter Umständen große Druckdifferenzen nötig, um die' sichere Steuerung des Ventils zu bewirken. Um es auch für geringe Überdrücke schon empfindlich zu machen, kann man am Ventil / einen besonderen Steuerkolben anbringen, wie in Fig. 3 und 4 beispielsweise veranschaulicht ist. Auf der Achse I des Ventils / sitzt ein Kolben m, der sich in einem Zylinder η bewegt. Von den beiden Seiten des Zylinders m steht die eine durch einen Kanal p in Verbindung mit dem Verbrennungsraum, die andere durch einen oder mehrere Kanäle q mit der Druckluftleitung c. Die Leitung p kann dabei auch durch die Ventilspindel geführt sein. Diejenige Seite des Steuerkolbens m, bei deren Belastung das Ventil / sich zu öffnen bestrebt, steht in Verbindung mit dem Verbrennungsraum, diejenige Seite, bei deren Belastung Schluß des Ventils / bewirkt wird, ist mit der Druckluftleitung c verbunden.If the area of the valve / becomes small, large pressure differentials may be necessary in order to effect the safe control of the valve. In order to make it sensitive even to low overpressures, a special control piston can be attached to the valve /, as illustrated in FIGS. 3 and 4, for example. On the axis I of the valve / sits a piston m, which moves in a cylinder η . One of the two sides of the cylinder m is in communication with the combustion chamber through a duct p , the other through one or more ducts q with the compressed air line c. The line p can also be passed through the valve spindle. That side of the control piston m, on whose load the valve / tries to open, is connected to the combustion chamber, the side on whose load the valve / closes is connected to the compressed air line c .

Demgemäß steht in Fig. 3, bei der sich das Ventil / nach außen öffnet, die obere Seite des Kolbens m in Verbindung mit der Luftleitung c, die untere Seite in Verbindung mit dem Kanal p, der nach dem Verbrennungsraum führt. In Fig. 4, wo das Ventil / nach innen öffnet, ist die Anordnung umgekehrt.Accordingly, in Fig. 3, in which the valve / opens outwards, the upper side of the piston m is in communication with the air line c, the lower side in communication with the channel p, which leads to the combustion chamber. In Fig. 4, where the valve / opens inward, the arrangement is reversed.

Die neue Maschine besitzt nicht nur den Vorteil, daß sie die Steuerung des einen Ventils überflüssig mächt, sie erlaubt auch eine sehr erhebliche Überlastung der Maschine einfach dadurch, daß die Dauer der Brennstoffeinführung vergrößert wird. Zu diesem Zweck werden die beiden Ladungsbestandteile noch während der Verbrennung beliebig lang weiter zugeführt,, ihre Menge ist deshalb nichtThe new machine not only has the advantage that it controls one valve superfluous powerful, it also simply allows a very considerable overload of the machine in that the duration of fuel introduction is increased. To this end the two parts of the charge can continue for any length of time during the combustion fed, their amount is therefore not

engen Grenzen unterworfen, und die Verbrennung und damit der höchste Druck können während eines größeren Teiles des gesamten Hubes aufrecht erhalten werden.
Aus Fig. 5 ist. ersichtlich, wie sich bei Verlängerung der Verbrennungsperiode das Diagramm der Maschine ändert. Durch entsprechend lange Öffnung des Brennstoffventils ist es möglich, den mittleren Kolbendruck beliebig nahe an den Verbrennungsdruck heranzurücken. subject to narrow limits, and the combustion and thus the highest pressure can be maintained during a larger part of the entire stroke.
From Fig. 5 is. you can see how the diagram of the machine changes when the combustion period is extended. By opening the fuel valve for a correspondingly long time, it is possible to bring the mean piston pressure as close as desired to the combustion pressure.

Die neue Maschine läßt noch eine Reihe anderer Ausführungsformen zu. Es kann z. B. der eine Ladungsbestandteil im Zylinder selbst verdichtet und dabei durch größere oder kleinere Füllung des Zylinders zugleich die Leistung geregelt werden. Um dabei stets die gleiche Kompression zu erhalten, ist es notwendig", so zu arbeiten, daß bei Überschrei-The new machine allows a number of other embodiments. It can e.g. B. which compresses one charge component in the cylinder itself and thereby through larger ones or smaller filling of the cylinder at the same time the power can be regulated. To always be there to get the same compression it is necessary "to work in such a way that when overwriting

ao ten eines gewissen Druckes im Zylinder ein Teil des Zylinderinhaltes in eine Druckkammer überströmt und dann im Verlauf der Verbrennung von dort in Mischung mit dem anderen Ladungsbestandteil zurückströmt. Dabei kann das Überschieben durch ein besonderes Ventil geschehen. Die Verdichtung des zweiten, im Druckbehälter befindlichen Ladungsbestandteiles muß gesondert erfolgen.
Fig. 6 zeigt das Diagramm einer Maschine, welche auf diese Weise arbeitet. Die ausgezogene Linie zeigt ein Diagramm bei hoher, die punktierte Linie bei niedriger Belastung. Bei hoher Belastung muß die in den Zylinder eingelassene Ladungsmenge groß sein, das Überschieben beginnt schon frühzeitig (beiß) und dauert bis C. Im Kolbentotpunkt (bei D) beginnt die Verbrennung; da im Zylinder eine verhältnismäßig große Menge des einen Ladungsbestandteiles angesaugt war und derAt a certain pressure in the cylinder, part of the cylinder content flows over into a pressure chamber and then flows back from there in the course of the combustion in a mixture with the other charge component. A special valve can be used to push it over. The compression of the second part of the cargo, located in the pressure vessel, must be carried out separately.
Fig. 6 shows the diagram of a machine which operates in this way. The solid line shows a diagram with a high load, the dotted line with a low load. When the load is high, the amount of charge let into the cylinder must be large, the pushing over begins early (biting) and lasts until C. Combustion begins at piston dead center (at D); because in the cylinder a relatively large amount of one charge component was sucked in and the

andere Teil in beliebiger Menge zur Verfügung steht, so dauert die Verbrennung lang (bis M), und erst dann beginnt die Expansion. Bei geringer Belastung wird durch veränderte Füllung oder Drosselung nur eine kleinere Menge in den Zylinder eingelassen, es wird deshalb auch weniger übergeschoben. Da von dem im Zylinder verdichteten Ladungsbestandteil eine geringere Menge zur Verfügung steht, so dauert die Verbrennung nur kurze Zeit (D bis G), und das Diagramm wird entsprechend kleiner.any other part is available in any quantity, the combustion takes a long time (up to M), and only then does the expansion begin. When the load is low, only a smaller amount is let into the cylinder due to changed filling or throttling, which means that less is pushed over. Since a smaller amount of the charge component compressed in the cylinder is available, the combustion only lasts for a short time (D to G), and the diagram becomes correspondingly smaller.

Man kann ferner die im Zylinder verdichtete Menge des einen Ladungsbestandteiles konstant lassen und in einen Druckbehälter überschieben, die Regelung aber dadurch bewirken, daß man die Menge des anderen Ladungsbestandteiles durch die Steuerung beeinflußt. Aus dem Druckbehälter strömt dann selbsttätig die notwendige Menge von Verbrennungsluft in den Zylinder zurück. Für Überlastungen kann auch mehr Luft, als angesaugt wurde, aus dem Vorrat des Druckbehälters entnommen werden, gegebenenfalls aber, wenn der Vorrat nicht ausreicht, auch eine besondere Druckluftpumpe in Tätigkeit gesetzt werden.The amount of one charge component compressed in the cylinder can also be used leave constant and transfer into a pressure vessel, but thereby effect the regulation, that the amount of the other charge component is influenced by the control. The required amount of combustion air then flows automatically from the pressure vessel back in the cylinder. For overloads, more air than was sucked in can also be taken from the supply of the pressure vessel can be removed, but if necessary, if the supply is insufficient, also a special one Compressed air pump can be put into operation.

Fig. 7 zeigt schematisch die Anordnung bei einem normalen Dieselmotor. Das Brennstoffventil / ist mit einem Steuerkolben m ausgerüstet, welcher sich in einem Zylinder η bewegt. Auf die untere Fläche des Kolbens m wirkt durch die Leitung p der im Zylinder herrschende. Druck sowie der Druck der Feder g, auf die obere Fläche durch die Leitung q der im Druckbehälter d befindliche Druck. Der Brennstoff wird durch die Leitung ^ in einer durch die Steuerung" entsprechend der Belastung geregelten Menge zugeführt. Zur Einspritzung des Brennstoffes dient Druckluft aus dem Behälter d, welche durch die Leitung r zugeführt wird. Steigt der Druck im Zylinder α so hoch, daß er in Verbindung mit der Feder g den auf der anderen Kolbenseite lastenden Druck überwindet, so öffnet sich das Brennstoffventil f, und die abgemessene Brennstoffmenge wird eingeblasen.. Ist sie verbrannt, so sinkt infolge der Expansion der Druck in α und das Ventil / schließt selbsttätig.Fig. 7 schematically shows the arrangement in a normal diesel engine. The fuel valve / is equipped with a control piston m , which moves in a cylinder η . The line p in the cylinder acts on the lower surface of the piston m. Pressure as well as the pressure of the spring g, on the upper surface through the line q the pressure in the pressure vessel d . The fuel is fed through the line ^ in an amount regulated by the control "according to the load. The fuel is injected with compressed air from the container d, which is fed in through the line r . If the pressure in the cylinder α rises so high that it In conjunction with the spring g overcomes the pressure on the other side of the piston, the fuel valve f opens and the measured amount of fuel is blown in. If it is burned, the pressure in α falls as a result of the expansion and the valve / closes automatically.

Bei denjenigen Anordnungen der vorliegenden Maschine, bei welchen im Behälter d Druckluft aufgespeichert wird, deren Verdichtung im Maschinenzylinder selbst stattgefunden hat, liegt die Möglichkeit vor, daß der Druck im Behälter d zu hoch steigt, so daß das selbsttätige Ventil nicht mehr richtig.arbeitet. Um dies zu verhüten, kann die in Fig. 8 dargestellte Anordnung vorgesehen werden. Die Feder g, welche das selbsttätige Ventil f auf öffnung beansprucht, steht in Verbindung mit einem Kolben t, auf dessen eine Seite ein gleichbleibender Druck —- hier der Atmosphärendruck — und auf dessen andere Seite der im Behälter d herrschende Druck wirkt. Wächst der letztere, so wird der Kolben t nach außen getrieben, so daß die Feder g mehr gespannt und damit das Ventil f stärker auf öffnung beansprucht wird. Es bleibt infolgedessen bei jedem Hub langer offen, so daß mehr Luft aus dem Behälter d in den Zylinder α entweichen kann, wodurch die Spannung im Behälter d sinkt und sich auf diese Weise selbsttätig regelt (Fig. 2 und 8).In those arrangements of the present machine in which compressed air is stored in the container d , the compression of which has taken place in the machine cylinder itself, there is the possibility that the pressure in the container d rises too high, so that the automatic valve no longer works properly. In order to prevent this, the arrangement shown in FIG. 8 can be provided. The spring g, which loads the automatic valve f to open, is connected to a piston t, on one side of which a constant pressure - here the atmospheric pressure - and on the other side of which the pressure prevailing in the container d acts. If the latter grows, the piston t is driven outwards, so that the spring g is more tensioned and the valve f is thus more heavily stressed to open. As a result, it remains open longer with each stroke, so that more air can escape from the container d into the cylinder α, whereby the voltage in the container d decreases and in this way regulates itself automatically (FIGS. 2 and 8).

Claims

Patent Claims:

i. Internal combustion engine with merging of fuel and air in the combustion chamber of the working cylinder during the working stroke, thereby characterized that of the two charge components (fuel or air)

only the amount of one is influenced by the control, while the other component is introduced from a pressure vessel (d) during the combustion through a correspondingly designed valve (f) , which automatically after the end of the combustion under the effect of the expansion growing pressure difference between container and combustion chamber is closed.

2. Internal combustion engine according to claim i, characterized in that the automatic valve (f) is influenced by a special force, for example a spring (g), on opening after the container (d) and the force of the spring (g) is so dimensioned · That the valve remains open against the flow pressure during the post-flow during the combustion, on the other hand it is closed in the event of the greater pressure drop in the combustion chamber as a result of the end of the combustion.

3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the automatically acting valve (f) through a piston (t) reaching into the atmosphere or another space constant low pressure depending on the pressure in the container (d) longer or shorter time open is held so that the pressure in the container (d) changes only within small limits.

1 sheet of drawings.