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Explosionskraftmaschine mit besonderem Verbrennungsraum. Gemäß ,der
Erfindung handelt es sich um eine Explosionskraftmaschine, die sich durch eine besondere
Bauart und' ein ihr eigentümliches Ladeverfahren von Maschinen bekannter Bauart
unterscheidet. Es ist bekaxint, das Ladeverfahren so zu gestalten, daß die Einf"uhzung
des Brennstoffes während des Verdichtungshubes dies Arbeiiskolberns erfolgt. Auch
werden hierbei manchmal weitere Brennstoffmengen noch nach Beendigung
des
Verdichtungshubes eingeführt, um das Gemisch anzureichern. Bei diesen Maschinen
wird aber der Brennstoff unmittelbar in den Arbeitszylinder eingeführt und zur allmählichen
Verbrennung gebracht. Es ist aber auch bekannt. einen von dein Zylinder getrennten
besonderen Raum vorzusehen, in den der Brennstoff eingeführt und in welchem er mit
der Verbrennungsluft gemischt wird. Bei diesen Maschinen wird das Gemisch, jedoch
nicht durch die infolge der Verdi.cht-trng erzeugte hohe Temperatur zur Entzündung
gebracht, sondern durch einen heißen Teil oder eine heiße Wandung.
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Von diesen Maschinen. t ekannter Bauart unterscheidet sich die Maschine
gemäß der Erfindung dadurch, daß ein von dem Zylinder getrennter, besonderer Verbrennungsraum
vorgesehen ist, nach dein die von dem Arbeitskolben verdichtete Verbrennungsluft
in dem Zeitpunkt hin überströmt, in welchem die während des letzten Teiles des Verdichtungshubes
zugeführte Brennstoffladung eintritt, so daß sich die Luft und der Brennstoff im
Gegenstrom bewegen. Da .->e Einspritzung der Brennstoffladung mittels entgegengesetzt
gerichteter Einspritzdüsen erfolgt, die ein Aufeinandertreffen und eine völlige
Zerstäubung der Brennstoffstrahlen bewirken, so mischen sich die Brennstoffteilchen.
aufs innigste mit der verdichteten Verbrennungsluft, und dieses Explosionsgemisch
wird lediglich durch die infolge der Verdichtung erzeugte hohe Temperatur der Verbrennungsluft
entzündet und zur Explosion gebracht. Der Verbrennungsrauen ist mit dem Zylinder
durch eine eingeschnürte Öffnung verbunden. und die Einspritzdüsen sind in geneigter
Lage so angeordnet, daß .die Brennstoffstrahlen nach der engeschnürten Öffnung hin
gerichtet sind, wo sie ungefähr in der Achse dieser Öffnung aufeinandertreffen,
wobei eine Befeuchtung der `'Fände des Verbrennungsraumes oder der Zylinderwandung
durch den Brennstoff verhindert wird.
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In der Zeichnung .ist Ahb. i ein wagerechter Schnitt durch den Verbrennung.,-
und Koll:enraum.
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Abb. 2 ist ein vergrößerter Schnitt durch ein Ventil zum Einführen
des Brennstoffes. Abb.3 ist eine Ansicht eines Teiles des Zylinderkopfes in der
Ebene der Mas,#hinen.-ventile.
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Abb. d ist ein Querschnitt durch den Zylinderkopf nach der Linie IV-IV
in Abb. 3. Abb. S ist ein ähnlicher Schnitt nach der Linie V-V in. Abb. 3.
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Abb. 6 ist eine schematische Darstellung des Kreislaufs der 14Zaschine.
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Die als Ausführungsbeispiel dargestellte Maschine ist eine wagerechte
Maschine von etwa i;o P. S., sie ist durchweg mit einen Wassermantel umgeben, und
gemäß Abb. r und 4. 1 esteht ihr Zylinderkopf aus zwei Teilen. welche beide auf
y dem Ende des Zvlirr#-1ers durch. Bolzen befestigt sind. Der Zylirr:lerkopf kann
jedoch aus einem einzigen Stück bestehen, und in jedem Falle ist der Wasserraum
so nahe als möglich an alle Flanschen der inneren Verbrennungskammer heranzuführen.
Das Luftventil ist mit r und das Auslaßventil mit 2 bezeichnet; beide sind in der
Zeichnung als nebeneinanderlieg-end gezeigt. Der Kolben hat einen Hub von etwa
70 cm und einen Durchmesser von 1.3 cm: die übrigen Teile besitzen annähernd
entsprechende Abrnessungen. Der Koibenratim im Innern des :llasch,*nenzvl.irn#lers
ist von dem Verdichtungsraum durch das nach innen vorspringende ringförmige Zwiachenstück
2o getrennt, welches eine eingeschnürte Öffnung 2o11 zwischen den beiden Räumen
bildet. Das Zwischenstück 2o kann entweder als. ein Teil des Zylinder- oder des
hopfteilbaues ausgebildet sein, und es ist als besonderes Stück mit einem Mantel
für N\'ass-erkühlung oder einer anderen Kühlvorrichtung versehen. Die Stirnwand
ro des Z_vlinrlerraunres steht rechtwinklig zur Achse des Zylinders, trn.-1 ler
Kolben tritt in seiner äußersten inneren Endstellung etwa bis auf .I mnr an diese
Wand heran. Der Verd,*rhtungsraurn hat eine zusamrnenge.drängte Form. Er wird fiurch
die 1 eiden Aushöhlungen 23 des Zwischtnstückes :o gebildet und nach der einen Seite
durch die flache, von einem Kühlwasserratim umgebene Kopfwand trug begrenzt, welche
die Ventile i und 2 und eine Funkenkerze 2r trägt. Der Verdichtungsraum besteht
aus. einem mittleren Raum. der im wesentlichen Kreisform hat, wie bei 22 gezeigt
ist. tin@i konzentrisch zur Achse der eingeschnürten üffnung 2o11 :Steht. Die Kreisform
geht jedoch an zwei sich gegenüberliegenden Seiten in kugelförmige Aushöhlungen
23 über, welche seitliche Erweiterungen dies mittleren Raumes bilden, so daß der
urnschlosserre Raum im allgemeinen eine längliche Form mit zugespitzten Enden besitzt
(vgl.. Abb.3). Die Ventile r und 2 münden in diese kegelförmigen Ausläufer. die
durch die Bildung zvlin@lrisclier Rätin-.e 21. tim d-*e Ventile herum eine geringe
I:rweitertrng erfahren haben, so rlaß die Ventile einen angemessenen freien Eintritt
bzw. Auslaß bieten. Durch die angegebene Anordnung der Ventile erfahren zwar die
ini wesentlichen @v@ittdrischen Ein- und Auslaßräume notwendigerweise eine Unterbrechung
der Kegelform der 1-io1ilr'äurne 23; diese sind jedoch. @vie angegeben, im allgemeinen
wesentlich kegelförmig. Die eingeschnürte Öffnung 20" zwischen dem Verdichtungsraum
und dem
Zylinder ist auf einen Querschnitt verkleinert, welcher
wesentlich kleiner ist als der Querschnitt des Zvlinders.
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Die Brennstoffzufuhr durch das Pumpenrohr 9 wird an der Abzweigstelle
25 (Abb. r) geteilt, und gleiche Mengen gehen durch die Leiden. Zweigrohre 26 nach
den beiden Einspritzdüsen 27, ",welche in die kegelförmige Wand 23 im Zylinderkopf
münden. Durch die Düsen werden »luftlos« zerstäubte Brennstoffstrahlen eingeführt,
d. h. solche, die weder durch Luft, noch durch Dampf, noch durch verdichtete Abgase
oder .durch ein sonstiges Druckmittel .eingespritzt und innerhalb der Düsen damit
vermischt werden. Jede Einspritzdüse besteht aus einem Rohr, welches ein kleines,
durch Federdruck schließendes Ventil 28 enthält (Abb.2), das nahe dem inneren Ende
des Rohres sitzt, und aus .einem Düsemnundstück 29, welches in das Ventil in einem
Winkel zu dessen Achse eingeschraubt ist. Das Düsenmundstück enthält einen Stift
mit schraubenförmigerr, Nuten und einem quadratischen Kopf, welcher genau in das
Rohr paßt untd e:nz Anzahl' schraubenförmiger Kanäle bildet, durch welche der Brennstoff
beim Austritt in drehende Bewegung versetzt wird. Dies geschieht in der kleinen
Kammer zwischen .dem quadratischen Kopf des Stiftes und der Öffnung der Düse, welche
Öffnung einen kleinen Durchrnessel- hat, der viel geringer ist als ihre Länge. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel hat er beispielsweise einen Durchmesser von
0,036 Zoll. Der aus dieser Öffnung ausgespritzte Brennstoffstrahl hat ,einen
mäßig breiten Stra'h'lenkegel, ist fein zerteilt, staubförmig und sehr gleichmäßig,
d. h. die den Strahl bildenden feinen Teilchen verteilen sich gleichmäßig über den
gesamten Querschnitt des Kegels. Diese Gleichmäßigkeit des Strahles ist sehr wichtig
für das befriedigende Arbeiten der Maschine. Die Düsen. 27 sind im Zylinderkopf
einander gegenüberliegend auf Neiden Seiten der Achse des Zwischenstückes 20 angeordnet
derart, daß die Achsen der Brennstoffstrahlen im wesentlichen: mit den Achsen der
kegelförmigen Aushöhlungen 23 zusammenfallen. Diese Aushöhlungen liegen also symmetrisch
auf beiden Seiten d'er Achse der Einschnürung _goa, und die Brennstoffstrahlen liegen
in einer Ebene, die auch die Ebene der Achse der Einschnürung ist. Der Schnittpunkt
der Strahlen liegt daher in der Achse dieser Einsch,nürung. Während eine genaue
geometrische Symmetrie .des Verbrennungsraumes erwünscht ist, ist immerhin ehre
erhebliche Abweichung davon zulässig, ohne daß .dadurch .das Wesen der Erfindung
beeinträchtigt wird. Wichtig ist jedoch, daß die entgegengesetzten Strahlen in der
Mitte der Verbrennungskammer. zusammentreffen., und daß sie gleiche Gesch«-indigkeit
besitzen, sowie daß sie je die gleiche Brennstofrnenge enthalten, wodurch
die Bildung eines zusammengeballteniBrenn:stoffrebels in der litte des Verdichtungsraumes
begünstigt wird, ohne daß die Wandungen des Verdichtungsraumes vom Brennstoff angefeuchtet
«erden. Die kegelförmigen Brennstoffstrahlen sind von. den Wänden der Aushöhlungen
so weit entfernt, daß eine Befeuchtung derselben nicht eintritt. Sind die Brennstoffstrablen
-nicht genau in einer Linie miteinander oder ist keine gleiche Geschwindigkeit oder
Gleich:mÜßigkeit vorlianden, so wird der ,eine Strahl den anderen durchdringen und
die Wände anfeuchten, wodurch ein rauchförmiger Auspufferzeugt wird" der eine unvollkommene
Verbrennung erkennen läßt. In der dargestellten Maschine schneiden sich die Achsen
der .beiden entgegengesetzten Strahlen in einem stumpfen Winkel, dessen Spitze nach
der Öffnung zum Kolbenraum :gerichtet ,ist, so daß der infolge des Aufein.an.dertreffens
der beiden Strahlen entstehende Nebel das Bestreben hat, sich gegen den Kolben hin
zu bewegen, und zwar entgegen der Strömung der Luft, die vom Kolben in den Verdichtungsraum
durch die -eingeschnürte Öffnung 2oa während der Einspritzung eingedrückt wird.
Gerade hierdurch wird der hohle Wirkungsgrad der Maschine gemäß der Erfindung erzielt,
und zwar unabhängig davon, wie der Brennstoff eingespritzt wird.
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Infolge der entgegengesetzten Bewegungsrichtungen mischt sich die
eintretende Luft gleichmäßig mit den Teilchen ödes Brennstoffnebels., ohne daß diese
dadurch gegen de `Z-ände getrieben werden und einen feuchten Niederschlag darauf
btilden. Auf diese Weae wird vor dem Ende des, Verdichtungshubes die ganze Brennstoffmenge
eingespritzt und in Dampfform übergefüihrt, wodurch die Zündbarkeit erhöht wird,
Go daß am Ende des Verdichtungshiubes oder kurz vorher durch die von der Verdichtung
erzeugte hiohe Temperatur die Zündung herbeigeführt wird.
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Wird der Brennstoff früher eingespritzt, so hat der Brennstoffgiebel:
mehr Zeit, in den dampfförmigen Zustand überzugehen, -so daß der Zeitpunkt der Zündung
vorgerückt wird, während: bei einer Verzögerung der Brennstoffzuführung auch eine
Verzögerung der Zündlung eiinitritt. Bei einigen Ausführungsform-en der Maschine
ist es erforderlich., den gesamten Brennstoff v :e1 früher einzuspritzen, so daß
erst nach Zurück'legung eines gewissen Kurbelwinkels der Zündzeitpunkt erreicht
wird. Am Ende der Brennstoffeinspritzung hat sich das 'Gemisch gebildet und befindet
sich wegen der Nachströmung der Luft aus der eingeschnürten Öffnung 20a noch in
Be-
@cemung, so daß bei der Explosion der ganze Verdichtumgsraurn
vollständig mit dien zerstäubten Brennstoffteilchen gefüllt ist, ohne däß die Teilchen
jedoch nitit den Flächen der umgebenden Wände genügend in Berührung gekommen sind,
um eine Niederschlagsschicht darauf zu bilden, aber andererseits <;eriügerrd
Zeit gehabt haben:, uni in den dampfförmigen, zündbaren Zustand überzugehen. - Der
so gebildete Brennstoffnebel mischt sich mit der lreirn Verdichtungshub <ins
dein Kolbenraum eingepreßten Luft, und dieses Gemisch nimmt eine zündbare Form an.
Die veranschaulichte Ausführungsform des Verdichtun:gsratinies erscheint hierzu
besonders geeignet. Die Wand des Zwischenstücks _2o trifft ferner mit der Stirnwand
i9 des Kol@t>eriraumes reit einer mehr scharfen, als abgerun4et.en Kante zusammen,
wodurch der eingeschnürten. Üffn@ung so viel als möglich die Gestalt eines sehr
kurzen Halses gegeben wird.
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Gemäß Abb.6 erfolgt die Brennstoffeinspritzung während etwa 5d.' des
Kurbelwinkels, d.li. von a-b, was nur bei Überbelastung eintritt, während beim normalen
Betrieb die Einspritzung einen etwas kleineren Winkel einnimmt, indem die Einspritzung
später beginnt und früher aufhört, selbst für normale volle Belastung. Die Zündung
erfolgt in jedem Fall bei oder etwas vor der Erreichung des Totpunktes c, während
die Expansion von c-d stattfindet. Das Auspuffventil öffnet sich im Punkt d und
das Luftventil im Punkt e, worauf beide Ventile offen bleiben, biss sich das Auspuffventil
im Punkt f schließt. Während dieser Zeit hat der Kolben die Mgase ausgestoßen, und
er beginnt nun frische Luft anzusaugen, bis sich das Luftventil im Punkt g schließt,
in welchem Zeitpunkt sich der Kolben nahe seinem äußeren Totpunkt (Abb. i) befindet,
der im Diagramm der Abb.6 mit 0, D, C bezeichnet ist. Die während des Saughubes
eingetretene Luftmenge kann durch den Drosselschdeber 35 geregelt werden (Abb. i).
Bei geringer Belastung und geringer Brennstoifzufuhir wird der Drosselschieber teilweise
geschlossen. Vom äußeren Totpunkt 0, I_), C ab wird die angesaugte
Luft durch die Einwärts:bewegung des Kolbens nach links bis zum Punkt a verdichtet,
worauf die Einspritzung des Brennstoffes beginnt, die bis zum Punkt b andauert ttod
die mit dem letzteren Teil des Verd,ichtungshubes zusanini.enfällt. Dies ist der
charakteristische Kreislauf bei einer Viertaktrnasebine, doch läßt sich der Grundgedanke
der Erfindung auch bei Zweitaktmasch,inen in Anwendung bringen.
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Der Verdichtungsdruck, welcher zur Ausführung der beschriebenen Arbeitsweise
erforderlich ist, kann je nach Belieben gewählt werden. Die in der Zeichnung angedeuteten
Abmessungen ergeben einen Druck von etwa 13,5 Atrn., welcher für die Maschine völlig
ausreicht, obgleich er viel ni-e,lriger ist als bei Dieselmaschinen. Da es nicht
genii1,#t, die selbsttätige Zündung schwererer ( @le in einer kalten 'Maschine herbeizuführen,
ist d:e Ziindkerze 2r in den Zylinderkopf eingesetzt. Die Verdichtung genügt jedoch
für die Zünflung, wenn die Maschine warn ist, und die Maschine wird mit einem Druck
betrieben, der im allgemeinen nur io,8 At,m. beträgt.