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Gemischverbrennungskraftmaschine mit selbsttätiger Zündung des Gemisches.
Der Erfindungsgegenstand gehört zur Klasse der Verbrennungskraftmaschinen mit innerer
Verbrennung, insbesondere solchen, bei welchen Brennstoff und Luft beim Verdichtungshub
des Kolbens so lange verdichtet und gemischt werden, bis die durch die Verdichtung
hervorgerufene Temperatursteige-rung die Zündung bewirkt.
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Das Wesen des Arbeitsverfahrens nach der Erfindung besteht darin,
daß in den Arbeitszylinder während des letzten Teiles des Verdichtungshubes des
Kolbens ein ringförmiger Strahl hoch verdich_eter Luft (mit annähernd konstantem
Querschnitt und Druck) entgegengesetzt zur Hubbewegung des Kolbens eingeführt wird,
so daß er auf den Kolbenboden auftreffend nach der Kolbenmitte zu abgelenkt wird
und hierbei eine außerordentlich heftige Durchwirbelung erfährt, mit der Folge,
daß der schwer entflammbare Brennstoff so vollkommen mit der verdichteten Luft gemischt
wird, daß die Zündfähigkeit schon bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, d. h.
bei verhältnismäßig geringer Verdichtung eintritt.
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Eine Vorzündung des Gemisches im Arbeitszylinder, der mit niedriger
Kompression arbeitet, läßt sich dabei durch Kühlung von Zylinder und Zylinderkopf
verhüten.
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Der Fortschritt, der mit dem neuen Arbeitsverfahren erzielt wird,
besteht also hauptsächlich darin, daß man mit viel niedrigerem Druck als bei der
Dieselmaschine auskommt und trotzdem ohne irgendwelche Zündvorrichtungen den Anlauf
der Maschine aus kaltem Zustande oder den Dauerbetrieb mit herabgesetzten Drehzahlen
erreichen kann.
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Ein .Ausführungsbeispiel einer Maschine, die nach dem neuen Arbeitsverfahren
betrieben wird, ist in der Zeichnung veranschaulicht. Abb. i zeigt einen senkrechten
Schnitt durch den-Arbeitszylinder nebst Zylinderkopf in der Verdichtungsendstellung
des Kolbens, während Abb. z das Indikatordiogramm für das neue Arbeitsverfahren
veranschaulicht. Das AusführungsbeisFiel nach
Abb. i bezieht sich
dabei auf eine Viertaktmaschine, obwohl das Arbeitsverfahren auch für Zweitaktmaschinen
anwendbar ist.
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-Der wie üblich ausgebildete Zylinder i ist mit einem Zylinderkopf
2 versehen. Dieser Zylinderkopf 2 hat einen in den Arbeitszylinder hineinragenden
Ansatz 31 von kleinerem Durchmesser als der innere Zylinderdurchmesser. Zylinder
und Zylinderkopf sind mit Kühlmänteln q. versehen, um die Wandungstemperatur unterhalb
der Zündungstemperatur des Verbrennungsgemisches zu halten, um Vorzündungen des
eingespritzten Brennstoffes zu verhüten.
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Das Einlaßventil 5 für die zur Verbrennung dienende angesaugte Luft
ist am Ende einer Spindel 6 in Zylinderkopfmitte befestigt.
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Seitlich zum Lufteinlaßventil 5 ist das Brennstoffeinspritzventil
14 angeordnet. Die Brennstoffpumpe ist in einer Aussparung 15 des Zylinderkopfes
untergebracht und fördert den flüssigen Brennstoff (Schweröl) mit großem Druck in
das Zylinderinnere, so daß eine Vorzerstäubung durch Luftstrahl unnötig ist.
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Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Ausströmkanal 16 angeordnet,
welcher durch das Ventil 7' gesteuert wird.
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Der Arbeitskolben 26 mit den Kolbenringen 27 ist auf der Oberfläche
28 seines Kolbenbodens schalenförmig ausgehöhlt und oberhalb des Kolbenbodens
zu einem ringförmigen Ansatz verlängert, welcher während des letzten Teiles des
Kolbenhubes in den ringförmigen Zwischenraum zwischen innerem Zylindermantel und
innerer Mantelfläche des Zylinderkopfvorsprunges 31 eintritt. Das Spiel zwischen
dem Kolbenansatz und dem ringförmigen Zwischenraum im oberen Teil des Arbeitszylinders
ist ein sehr geringes (etwa 1,5 mm). Das Arbeitsverfahren spielt sich in folgender
Weise ab: Beim Saughub öffnet sich Ventil s, und Frischluft wird angesaugt. Während
des Verdichtungshubes, und zwar nachdem der obere Stirnrand des Kolbens in den ringförmigen
Zwischenraum eingetreten ist, erfolgt das Einspritzen des Brennstoffes in fein verteiltem
Zustand unter hohem Brennstoffpumpendruck. Der Kolbenansatz und der ringförmige
Zwischenraum am oberen Zylinderende ist so bemessen, daß der Eintritt des Kolbenansatzes
in diesen Zwischenraum bei Beginn des letzen Viertels des Kolbenhubes stattfindet.
Daraus folgt, daß die Verdichtung der Luft in dem engen ringförmigen Zwischenraum
höher getrieben wird als die Verdichtung der Luft im Arbeitszylinder, und infolgedessen
die hochverdichtete Luft des Ringraumes in Form eines gleichmäßigen dünnen Ringstrahles
von hoher Geschwindigkeit -entgegengesetzt der Kolbenbewegung in den Zylinder eingeblasen
wird, dabei auf den schalenförmigen Boden trifft, nach der Mitte desselben zu abgelenkt
und mit dem zerstäubt eingeblasenen Brennstoff auf das heftigste durchmischt und
durchwirbelt wird. Dabei wird ein gewisser Betrag des Brennstoffluftgemisches in
die Kammer 16 übertreten und sich dort entzünden. Vorzündungen sind dagegen wegen
des relativ niedrigen Verdichtungsenddruckes im Arbeitszylinder einerseits, wegen
der Kühlung von Zylinderkopf und Zylindermantel anderseits ausgeschlossen.
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Aus dem Indikatordiagramm nach Abb.2 geht hervor, daß die Zündung
des Brennstoffluftgemisches explosionsartig angenähert in der Totpunktlage des Kolbens
erfolgt, ein Zeichen dafür, daß selbst bei Verwendung von Schweröl (z. B. Rohpetroleum)
das Öl nicht erst zersetzt u%ird, wie z. B. bei Dieselmaschinen, sondern daß zunächst
die leichtflüssigen Bestandteile infolge der energischen Durchwirbelung mit Luft
verdampft werden, was die große Zündfähigkeit des Brennstoffluftgemisches bei Verwendung
von Schwerölen erklärlich macht.