-
Kompressorlose Ölmaschine mit besonderer_Verbrennungskammer Die Aufgabe,
die nach dem Einspritzverfahren arbeitenden Ölmaschinen mechanisch zu vereinfachen,
indem man die Drucklufteinspritzung der Kraftöle durch luftlose Einspritzung ersetzt,
hat bei Maschinen mit besonderer Verbrennungskammer eine allseitig befriedigende
Lösung bisher nicht gefunden. Die bereits versuchten Lösungen liegen auf zwei Wegen.
Der erste Weg ist dadurch gekennzeichnet, daß ein homogenes zündfähiges Gemisch
aus Brennstoff und Luft während des Kompressionshubes in der Verbrennungskammer
hergestellt wird, das als Ganzes momentan, d. h. explosionsartig, verbrennt. Für
diesen Vorgang ist ein sorgfältiges Mischen von Luft und Brennstoff während des
Verdichtungshubes notwendig. Um dieses Ziel zu erreichen, muß die Einspritzung des
Brennstoffes erfolgen, während die in die Kammer eingedrückte Luft sich in lebhafter
Wirbelbewegung befindet. Der Verdichtungsdruck erfährt im Augenblick der Zündung
eine sehr starke Steigerung. Um nicht auf gefährliche Drücke zu kommen, muß die
Kompression verhältnismäßig niedrig gehalten werden. Daraus ergibt sich wieder,
daß eine derartige Maschine nicht im kalten Zustande anlaufen kann, sondern daß
die ersten Zündungen durch eine äußere Wärmequelle eingeleitet werden müssen, z.
B. eine Zündkerze. Die plötzlichen Drucksteigerungen bei der Zündung machen sich
durch Singen und krachenden Gang bemerkbar.
-
Der zweite Weg besteht darin, daß von dem eingespritzten Brennstoff
zunächst ein Teil in der Verbrennungskammer verbrannt und der Druck in dieser dadurch
so gesteigert wird, däß der unverbrannte, die Hauptmenge ausmachende Teil des Brennstoffes
in den Zylinder getrieben wird. Diese Maschinen stehen hinsichtlich ihrer Arbeitsweise
zwischen dem reinen Explosionsverfahren (Otto-Verfahren) und dem reinen Gleichdruckverfahren
(Diesel-Verfahren). Der erste Teil der Verbrennung findet explosionsartig mit plötzlicher
Drucksteigerung statt, während der zweite Teil der Verbrennung allmählich erfolgt.
Der zweite Weg gestattet wesentlich höhere Kompressionsdrücke und damit wesentlich
besseren thermischen Wirkungsgrad als der erste. Die Kompression kann so hoch getrieben
werden, daß Selbstzündung eintritt, auch wenn die :Maschine noch kalt ist.
-
Die Erfindung liegt auf dem zweiten Wege. Je vollkommener die Gemischbildung
ist, desto geringer ist der zur vollständigen Verbrennung erforderliche Luftüberschuß
und desto höher der mittlere Arbeitsdruck und damit desto günstiger die Wärmeausnutzung.
Bei den bisher bekannten Ölmaschinen kann man eine vollständige Verbrennung noch
erreichen, wenn der Luftüberschuß
infolge Belastungserhöhung bis
auf q.o bis 5o11/0 sinkt. Dagegen lassen sich Maschinen nach der vorliegenden Erfindung
erfahrungsgemäß bei einem Luftüberschuß von io % noch völlig rauchfrei betreiben.
Dieser große Vorteil wirddurch diebesondereFormderVerbrennungskammer und der Strahlen
erreicht. Der Brennstoff wird während weniger Grade Kurbeldrehung vor Totpunktstellung
in Form von°flachen, sich allmählich verbreiternden Strahlen in eine flache Kammer
stoßartig eingeschlagen, also zu einer Zeit, wo der Kolben sich kaum noch bewegt,
eine wirksame Wirbelung der Verbrennungsluft also nicht mehr vorhanden ist. Die
Brennstoffstrahlen bleiben daher in ihrer Form im wesentlichen erhalten, und es
tritt nur eine Verdampfung auf der Oberfläche ein. Der verdampfte Brennstoff bildet
mit der umgebenden Luft das Zündgemisch zur Einleitung der Verbrennung.
-
DieEntzündung erfolgt lediglich infolgeSelbstzündung. Bei der Verbrennung
dieses Zündgemisches wird der Druck und die Temperatur in der Verbrennungskammer
soweit gesteigert, daß die Hauptmenge des Öles verdampft. Die Dampfwolke dringt
in die umgebende Luft ein und bildet auf der Oberfläche zündfähiges Gemisch. Die
Hauptmenge des Öldampfes bleibt jedoch zusammengeballt, ist daher nicht zündfähig
und verbrennt nur in dem Maße, als sie mit genügenden Mengen Luftsauerstoff vermischt
wird. Diese Mischung findet erst im Hals und Zylinderraum statt, da die einleitende
Zündung erst imTotpunkteinsetzt, der Kolben alsobereits im Niedergang begriffen
ist, wenn die Hauptmasse des Brennstoffes zu brennen anfängt. Die eigentliche Verbrennung
findet also erst bei genügendem Luftsauerstoff im Hals und im Zylinderraum statt.
Es findet also, ähnlich wie beim Diesel-Verfahren, eine allmähliche Verbrennung
statt, trotzdem der Brennstoff schlagartig und nicht genau zeitlich begrenzt in
die Verbrennungskammer eingespritzt wird.
-
Durch die Verdampfung der Hauptbrennstoffmenge wird ein großer Betrag
der Wärme verbraucht, die bei der Verbrennung des zuerst gebildeten Zündgemischesentsteht,
so daß die davon herrührende Drucksteigerung bald zum Stillstand kommt. Die Kornpression
kann daher so hoch getrieben werden, daß die Maschine kalt mit Selbstzündung anläuft.
Der Kompressionshub geht weich in den Arbeitshub über.
-
Um den richtigen Ablauf dieser Vorgänge zu gewährleisten,, muß die
Kammer eine entsprechende Form haben. Die Strahlen müssen zunächst ohne Berührung
der Wandungen frei durch die Kammer fliegen, sodann muß die Hauptmenge der Verbrennungsluft
um die Halsöffnung konzentriert sein. Sie muß genügend Breite an der Stelle des
Zusammenpralls der beiden Strahlen besitzen, damit absplitternde Brennstoffteilchen
nicht an die Kammerwände schlagen. Die Halsöffnung muß in der Richtung des Strahles
schmal sein, damit beim Einströmen von Öldampf und Luft in den Hals und in den Kolbenraum
eine gute Durchmischung von Luft und Öldampf stattfindet, und schließlich muß die
Halsöffnung senkrecht zur Strahlrichtung so lang sein, wie die Kammer breit ist,
oder nur wenig kürzer, damit der Öldampf und die Luft ohne seitliches Zusammenschnüren
abströmen können.
-
Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Maschine gemäß der
Erfindung dargestellt.
-
Abb, i ist ein axialer Schnitt durch den Zylinderkopf.
-
Abb. 2 ist ein wagerechter Schnitt durch die Verbrennungskammer.
-
i bezeichnet den wassergekühlten Zylinder, 2 die Verbrennungskammer,
die in einem wassergekühlten Zwischenglied 3 gelagert ist, das auswechselbar zwischen
dem Ventilkopf q. und dem Zylinder i angeordnet ist. Der Ventilkopf q. ist mit dem
Lufteinlaß- und -auslaßventil 5 und 6 versehen.
-
Die Verbrennungskammer 2 läuft quer über den Zylinder und steht mit
dem letzteren durch eine schmale Halsöffnung 7 in Verbindung. Im Ausführungsbeispiel
befindet sich die Öffnung in der Mitte der Kammer, sie kann aber auch außerhalb
der Mitte angeordnet werden. An jeder der schmalen Seitenwände der Kammer ist eine
Brennstoffdüse 8 angeordnet.
-
Die Verbrennungskammer besitzt eine langgestreckte, flache Form, deren
Breite in der Strahlenrichtung nahezu dieselbe bleibt,während ihre Höhe nach der
Halsöffnung hin zunimmt. Zu diesem Zweck gibt man der Kammer eine geneigte Bodenfläche.
die Achsen der Brennstoffdüsen sind geneigt und so gerichtet, daß die Strahlen oberhalb
der Halsöffnung oder etwas seitlich davon zusammentreffen.
-
Der Brennstoff wird den Düsen durch eine Druckpumpe in flüssiger Form
zugeführt. Die Pumpe schlägt den Brennstoff in einem kurzen, nur über wenige Grade
Kurbeldrehung vor Totpunkt sich erstreckenden Ruck in die Kammer. Die Einspritzung
erfolgt also se spät, daß der Kolben eine nennenswerte Bewegung nicht mehr ausführt.
Die in den Verbrennungsraum eingepreßte Luft hat daher nur noch eine so geringe
Bewegung, daß ein Zerstäuben der Brennstoffstrahlen nicht stattfindet. Die Strahlen
werden durch geeignete Düsen zu langgestreckten, flachen, sich allmählich verbreiternden
Scheiben geformt, die eine möglichst große Oberfläche besitzen. Infolgedessen kann
die Wärme in der Verbrennungskammer von allen Seiten schnell und mit großer Oberfläche
an die Strahlen herankommenh Neben der festen Kernmasse der Strahlen bildet sich
daher eine umhüllende Brennstoff..
wolke, diemit der umgebenden
Luft ein gut zündfähiges Gemisch bildet. Die Breite der Kammer ist so gewählt, daß
die Strahlen nicht anstoßen,-und daß die absplitternden Teile beim Zusammenschlagen
der Strahlen nicht an die Wände treffen.
-
Die Halsöffnung 7 der Kammer ist in der Richtung der Strahlenachsen
schmal. Diese Einrichtung hat den Vorteil, daß der beim Niedergang des Kolbens aus
der Verbrennungskammer nachstürzende Öldampf und die Luft gut gemischt werden.
-
Eine besonders gute :Mischung tritt ein, wenn man die Stelle des Zusammenpralles
der beiden Strahlen etwas seitlich oberhalb der Halsöffnung legt. Dann befindet
sich die Öldamplwolke in der Hauptsache in der einen Hälfte, die Verbrennungsluft
in der anderen Hälfte der Kammer. Die Länge der Öffnung entspricht der Breite der
Kammer oder ist nur wenig kürzer. Dadurch wird eine gute Verteilung des Gemisches
auf den ganzen Zylinderraum gewährleistet. Die äußersten Enden der Verbrennungskammer
in der Nähe der Spritzdüsen bilden Taschen für eine Luftreserve. Diese Luft strömt
beim Niedergang des Kolbens durch den Halsraum in den Kolbenraum ein und sorgt dafür,
daß genügend Sauerstoff zur Verbrennung der Hauptmasse des Brennstoffes vorhanden
ist.