DE256824C

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Publication number: DE256824C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 256824 KLASSE 46 c GRUPPE

JULES D¹HARVENG in LÜTTICH, Belgien.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 27. Juli 1910 ab.

Die Erfindung bezweckt, eine Einspritzvorrichtung für flüssige Brennstoffe zur Benutzung an Zweitaktmaschinen zu schaffen. Der flüssige Brennstoff wird in die Mischluft an der Eingangsmündung des Motorzylinders eingespritzt, und zwar in solcher Menge, daß bei allen Belastungs- oder Geschwindigkeitsverhältnissen ein konstantes Verhältnis zwischen Mischluft und Brennstoff aufrechterhalten wird.

ίο Das explosive Gemisch wird in unmittelbarer Nähe des Zylinders gebildet, muß sich aber im Motorzylinder selbst noch vervollständigen, der also gewissermaßen die Mischkammer eines Vergasers bildet.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß elastische Scheiben, welche an ihrem Umfang rahmenartig festgespan'nt sind und belastet werden, bei ihrer elastischen Durchbiegung ein Volumen verdrängen, das proportional zur Belastung ist.

Die Zeichnung stellt die verschiedenen Einzelheiten der Einspritzvorrichtung dar.

Die Fig. 1 und 2 beziehen sich auf eine Membranpumpe, die einen wichtigen Bestandteil des Erfindungsgegenstandes bildet.

Fig. ι ist ein Schnitt durch die Membranpumpe nach der Linie A-B der Fig. 2,

Fig. 2 ein Schnitt durch die Membranpumpe nach Linie C-D-E-F der Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen einzylindrigen Zweitaktmotor mit je einem Sammelbehälter für die Spülluft und Ladeluft. Fig. 3 zeigt auch die Membranpumpe und die übrigen Teile der Einspritzvorrichtung.

Fig. 4 zeigt für eine Maschine nach Fig. 3 die Drücke im Ladeluftbehälter und auf der passiven (trockenen) Seite der Membran.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch einen zweizylindrigen Zweitaktmotor mit einem einzigen Sammelbehälter an jedem Zylinder und zeigt eine andere Anwendungsform der Einspritzvorrichtung.

Fig. 6 zeigt für eine Maschine nach Fig. 5 die Drücke im Behälter des einen Zylinders und auf der passiven (trockenen) Seite der Membran.

Fig. 7 ist ein entsprechendes Diagramm für den Fall, daß eine Maschine nach Fig. 5 einen besonderen Behälter für die Spülluft besitzt.

Zu der Einspritzvorrichtung gehört, wie erwähnt, eine Membranpumpe (Fig. 1 und 2). Die eine Seite der Membran 22 (die aktive oder »nasse« Seite) wird durch den flüssigen Brennstoff in der Kammer 28 bespült. Letztere liegt zwischen der Saugleitung 20 und der Druckleitung 24, welche je mit einem besonderen Ventil beliebiger Bauart 21 und 23 versehen sind. Die »trockene« Seite der Membran 22 unterliegt einem Druck, dessen Verlauf weiter unten beschrieben wird. Mit dem Druckrohr der Membranpumpe sind eine oder mehrere Spritzdüsen verbunden. Diese sind in dem Sammelbehälter nahe der Einströmungsmündung in dem Motorzylinder ange-

bracht und so gerichtet, daß der Flüssigkeitsstrahl durch die Mündung gegen den Zylinder gerichtet wird.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann eine einzige Membranpumpe mehrere Spritzdüsen speisen; jedoch ist diese Anordnung nur für Motoren mit relativ geringer Umdrehungszahl benutzbar. Für Motoren mit hoher Umdrehungszahl, insbesondere für Motoren für Fahrzeuge aller Art, wird es vorteilhaft sein, eine einzige Spritzdüse für jede Membranpumpe zu benutzen und dann diese beiden Teile der Einspritzvorrichtung in einem einzigen Stück zu vereinigen, welches als Druckleitung nur die so kurz wie möglich gebaute Spritzdüse aufweist, so daß die Trägheitswirkungen der Flüssigkeitssäule während des Betriebes der Spritzdüse auf das geringste Maß verkleinert werden. Schließlich wird es im allgemeinen empfehlenswert sein, ein Druckventil an den Enden der Spritzdüsen anzubringen, und dann wird es möglich sein, das Druckventil der Pumpe wegzulassen, indem dasjenige der Spritzdüse seinen Dienst verrichten kann.

Die aus dieser letzteren Anordnung hervorgehenden Vorzüge bestehen zunächst darin, daß eine bedeutend größere Sicherheit gegen jedes Ausfließen des Brennstoffes zur Unzeit gegeben wird, welches entweder durch die Neigung der Maschine (bei Fahrzeugen) oder durch die Wirkung der Spülluft (bei Zweitaktmotoren mit einem einzigen Behälter) oder durch irgendeine andere Ursache eintreten kann. Ferner aber wird eine bessere und gleichmäßigere Zerstäubung des Brennstoffes gewährleistet, wie groß auch die augenblickliche Leistung der Spritzdüse sein mag.
Die »trockene« Seite der Membran unterliegt während der Zuführung in den Motorzylinder, wenn die Spritzdüse den Brennstoff an die Ladeluft abgibt, einem praktisch konstanten Druck, nämlich angenähert dem Druck, welcher in dem Sammelbehälter im Augenblick der Einführung der Ladeluft herrscht. Dieser praktisch konstante Druck ist gleich dem Druck, der im Sammelbehälter beim Beginn der Zuführung der Ladeluft in den Motorzylinder herrscht. Die Mündung der Spritzdüse liegt in dem Sammelbehälter, ist also dem in diesem Behälter herrschenden Druck unterworfen. Demnach ist es nicht eine Erhöhung des Druckes in der trockenen Kammer, welche die Einspritzung bestimmt, sondem die Verminderung des Druckes im Sammelbehälter. Da nun die Druckabfälle im Behälter proportional zu den Luftmengen sind, welche aus diesem durch die Mündungen in den Zylinder austreten, und da andererseits die von der Membranpumpe geförderten Brennstoffmengen proportional zu diesen Druckabfällen sind, so geht daraus hervor, daß die eingespritzten Brennstoff mengen sich in konstanter Proportionalität zu den in den Motorzylinder eingeführten Luftmengen befinden.

Der konstante Druck, welcher auf der trockenen Membranseite wirken soll, ist offenbar nur während der Einspritzung nötig. Aber es ist notwendig, daß nach der Arbeit der Spritzdüse die trockene Membranseite wieder auf Atmosphärenspannung heruntergebracht wird oder auf den Druck, welcher in dem Sammelbehälter nach dem Aufladen des Zylinders herrscht, damit in die Membranpumpe eine neue Brennstoffladung eintreten kann.

Es versteht sich von selbst, daß die konstante, auf die Membran wirkende Spannung von einer besonderen Hilfspumpe erhalten werden kann. Aber bei den Zweitaktmotoren verwendet man bereits eine Ladepumpe, so daß man die von dieser Pumpe verdichtete Luft für die Belastung der Membran benutzen kann, um so mehr, als es nicht notwendig ist, daß der auf die trockene Membranseite wirkende Druck höher sei als der höchste Ladedruck im Sammelbehälter.

Als Beispiel sei die Anwendung der Einspritzvorrichtung bei einem Motor mit am Kolben befestigtem Schieber gezeigt (Fig. 3).

Die trockene Kammer 19 wird durch eine Leitung 25 abwechselnd mit der Außenluft und mit dem Spülluftbehälter 13 verbunden. Zu diesem Zweck ist in die Leitung 25 ein Steuerorgan 26 eingeschaltet, welches durch die Motorwelle 27 angetrieben wird. Durch eine passende Einstellung und Bauart dieses Steuerorgans 26 kann man in der trockenen Kammer den Druckverlauf erzeugen, wie er für die beschriebene Art der Brennstoffzuführung notwendig ist.

Dieser Druckverlauf ist als Funktion der Zeit in strichpunktierten Linien im Diagramm der Fig. 4 dargestellt, während die Kurve in vollen Linien den Druckverlauf im Ladeluftbehälter 12 darstellt, welcher mit demselben Druck geladen wird wie der Spülluftbehälter 13.

Die Einführung des Gemisches in den Motorzylinder geschieht von e-a, und man sieht aus dem Diagramm den entsprechenden Druckabfall im Ladeluftbehälter. Aber bevor dieser no Druckabfall eintritt, ist die trockene Kammer der Membranpumpe durch das Steuerorgan 26 und die Leitungen 30 und 25 mit dem Spülluftbehälter in Verbindung gebracht worden (Strecke c-d). Im Punkt d wird die Kammer 19 abgeschlossen. Die kleine, in Kammer 19 nunmehr eingeschlossene Ladung übt nun den beabsichtigten Druck auf die trockene Seite der Membran während der Einspritzung des Brennstoffes aus (Strecke d-a). Dann verbindet das Steuerorgan 26 die trockene Kammer 19 durch die Leitung 25 und die öff-

nung 37 mit der Atmosphäre (Punkt a). Von b-c vollzieht sich der Schluß der trockenen Kammer durch das Steuerorgan 26, worauf bei c wieder aufs neue die Verbindung mit dem Spülluftbehälter hergestellt wird usf.

Da bei dieser Anordnung der Druck in der trockenen Kammer 19 gleich dem in dem Ladebehälter herrschenden Höchstdruck ist, versteht es sich von selbst, daß alle Verluste durch statischen Widerstand, welche in der Druckleitung zwischen Pumpe und der Spritzdüse 18 entstehen, auf möglichst kleine Werte verringert werden. Es sei auch darauf hingewiesen, daß infolge der geringen Durchbiegung der Membran und der verhältnismäßig erheblichen Abmessungen der Kammer 19 das 'Kurvenstück e-a (Fig. 4) praktisch parallel der Abszissenachse verläuft, so daß man praktisch annehmen kann, daß der Druck in der Kam- i

ao mer 19 während der Einspritzung konstant ist. In Fig. 3 sind, um eine möglichst klare Zeichnung zu erhalten, die Leitungen 24, 25 und 30 übertrieben lang gezeichnet. In Wirklichkeit sind sie ganz kurz bzw. praktisch gleich Null. Ebenso ist das Steuerorgan 26 und der Antrieb lediglich der deutlichen Darstellung halber schematisch veranschaulicht.

Die oben angegebene Anordnung kann bei allen Zweitaktmotoren angewendet werden.

Wenn der Motor jedoch mehrere Zylinder hat, so kann die Anordnung noch vereinfacht werden. Denn bei einer geeigneten Versetzung der Kurbeln erhält man in dem Ladebehälter des einen Zylinders zum Nutzen des benachbarten Zylinders die Aufeinanderfolge von Drücken, welche vorher durch das Steuerorgan 26 erzielt wurde.

Zu diesem Zweck muß die Versetzung der Kurbeln so gewählt sein (Fig. 5), daß der Behalter 31 des rechten Zylinders beispielsweise vollständig in dem Augenblick geladen ist, wenn die Einführung im linken Zylinder erfolgen soll, und daß er während der ganzen Einführungszeit geladen bleibt.

Es genügt dann, die trockene Kammer der Membranpumpe mit dem Ladebehälter des Zwillingszylinders zu verbinden, wie es schematisch in Fig. 5 für einen zweizylindrigen Motor dargestellt ist, dessen Kurbeln um 180° versetzt sind.

Die Drücke zeigen dann einen Verlauf gemäß dem Diagramm in Fig. 6. j-g-m-k-l ist | die Linie des Druckabfalles im Sammelbehälter des zu speisenden Zylinders während der Einführung des Brennstoffes in diesen Sammelbehälter, f-h-k'-i ist die Linie der Drücke während desselben Zeitraumes in dem Behälter des Zwillingzylinders und infolgedessen in der trockenen Kammer der Membranpumpe.

In irgendeinem Augenblick der Einspritzperiode (z. B. in dem zu der Ordinate k-k' gehörenden) stellt die Strecke k'-k" den gesamten statischen Widerstand dar, welcher von dem statischen Widerstand in der Druckleitung und der Federspannung des Druckventils herrührt, k" k'" stellt den Druckverlust dar, welcher infolge der dynamischen Widerstände der Drucksäule, nämlich Trägheit und Reibung, eintritt. Dieser Wert muß auf das geringste Maß verringert werden.

Schließlich ist k'" k der Teil der Druckdifferenz, welcher durch die elastische Spannung der Membran ausgeglichen wird.

Die Einspritzung beginnt also in m nach dem Austritt der Spülluft, welche den Druckverlust k' k" zur Folge hatte, und setzt sich bis I fort. In diesem Punkt werden die Spülöffnungen geschlossen, und der Druck in dem Ladebehälter hört auf, abzunehmen.

Wenn der Motor zwei Sammelbehälter hat, so ist die Einführung der Spülluft unabhängig von der Mischluft, und die Aufeinanderfolge der Drücke vollzieht sich nach Fig. 7. Dort ist der Verlust durch den statischen Widerstand entsprechend der Drucksäule p' -p" auf das geringste Maß verringert, und das Maximum der Druckdifferenz p p' wird zu der elastischen Durchbiegung der Membran und infolgedessen zum Einspritzen benutzt.

Der Motor mit zwei Zylindern, dessen Kurbein um 180° versetzt sind und der im obigen Beispiel betrachtet wurde, weist beim Beginn der Einführung eine kleine Unregelmäßigkeit auf, aber diese ist so gering, daß sie außer Betrachtung bleiben kann. Das System eignet sich somit sehr wohl auch für Motore mit mehreren Zylindern, deren Kurbeln um 180° versetzt sind.

Wie bereits bei Fig. 3 bemerkt wurde, sind auch in Fig. 5 alle zur Einspritzvorrichtung gehörenden Rohrleitungen zum leichteren Verständnis nur schematisch dargestellt.

Aus dem obigen geht hervor, daß die Wirkungsweise der Einspritzvorrichtung, wenn sie und der Motor einmal passend für die höchste für den Motor erreichbare Umdrehungszahl eingestellt sind, in direkter und alleiniger Abhängigkeit von der Einführung der Luft steht, gleichgültig, nach welchen Gesetzen diese Einführung erfolgt. Die Arbeitsweise des Injektors ist also unabhängig von der Geschwindigkeit der Maschine, d. h. bei jeder Geschwindigkeit wird der Injektor dieselbe Menge Brennstoff nach dem Gesetz der angegebenen Proportionalität einführen.

Die Verminderung der Beschickung des Zylinders und der Schnelligkeit wird einfach erhalten durch Verminderung der in den oder die Ladebehälter zugelassenen Luftmenge.

Claims

Patent-A N Sprüche:

i. Vorrichtung zum Einführen von flüssigem Brennstoff in Zweitaktmaschinen mit

Sammelbehälter unter Benutzung von Mem- | branpumpen, dadurch gekennzeichnet, daß ; die Mündungen der Spritzdüsen (18) im ! Sammelbehälter für die Ladeluft angeord- | net sind, so daß die von dem Brennstoff
bespülte Seite der Pumpenmembran, die
»nasse« Membranseite, dem Druck im Sammelbehälter unterliegt, daß dagegen die
»trockene« Membranseite während derBrennstofförderperiode einem angenähert konstanten Druck ausgesetzt ist, der ange- ^; nähert gleich dem höchsten Druck im i Sammelbehälter ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Druck auf der trockenen Membran seite durch die Entnahme und Absperrung eines Teiles der Spül- oder Ladeluft mittels eines Steuerorgans (26) erzielt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch ι für mehrzylindrige Maschinen mit versetzten Antriebskurbeln, dadurch gekennzeichnet, daß der konstante Druck auf der trockenen Membranseite durch Verbindung der trockenen Seite mit dem Sammelbehälter eines benachbarten Zylinders erzielt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.