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Selbstzündbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Selbstzündbrennkraftmaschinen
mit hochgetriebener Verdichtung einer reinen Luftladung im Arbeitszylinder und niedriger
Verdichtung eines reichen, an sich nicht zündfähigen Brennstoffluftgemisches in
einem Vorraum, welcher am Ende der Verdichtung durch ein Verbindungsventil mit dem
Arbeitszylinder verbunden wird, so daß die aus dem Arbeitszylinder in den Vorraum
eintretende hochverdichtete Luft -die Zündung des in ihr enthaltenen Brennstoffluftgemisches
einleitet.
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Von der Zuführung eines Brennstoffluftgemisches unter Druck in eine
Brennkammer und der nachträglichen Zündung wird bei Brennkraftmaschinen verschiedener
Art Gebrauch gemacht. Es gibt auch Vorkammerdieselmaschinen, bei denen die Vorkammer
mit einem Druckgemisch gefüllt wird, doch wird hierbei die Zündung nicht durch die
aus dem Arbeitszylinder übertretende Luft, sondern durch Fremdzündung ausgelöst.
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Gemäß der Erfindung -soll nun bei einer Selbstzündbrennkraftmaschine
der eingangs gekennzeichneten Art die- durch das Einlaßventil des Vorraums gesteuerte
Zuleitung an einen Druckgaserzeuger bekannter Art angeschlossen werden, welcher
das nicht zündfähige Druckgasgemisch unter einem Druck herstellen hilft, der mindestens
gleich ist dem Füllungsdruck im Vorraum, und welcher den Vorraum, in welchem nach
Abschluß des Verbindungsventils angenähert Atmosphärendruck herrscht, beim öffnen
des Einlaßventils auf den Füllungsdruck aufladen hilft.
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Unter diesen Umständen speist man die Maschine vorteilhaft mit schwerem
Brennstoff, der inmitten einer gewissen Luftmenge verteilt ist, was die genaue Regelung
der pro Zylinderfüllung gelieferten Brennstoffmenge (besonders wenn diese Menge
gering ist) leicht macht, im Gegensatz zu dem, was eintritt, wenn der Brennstoff
erst beim Durchgang durch das Einlaßventil oder die Einlaßnadel zerstäubt wird.
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Tatsächlich nimmt der Brennstoff im Nebelzustande einen weit beträchtlicheren
Raum ein als im flüssigen Zustande, und er wird in den Vorraum des Motors unter
einen Druck gebracht, welcher niedrig ist im Verhältnis zum endgültigen Verdichtungsdruck
im Arbeitszylinder. Hieraus ergibt sich, daß ein geringer Unterschied in der Dauer
des Einlassens dieses Nebels nur einen geringen Einfluß auf die Menge des eingeführten
Brennstoffes haben kann. Im Falle der direkten Einspritzung des flüssigen Brennstoffes
kann dagegen die geringste Unregelmäßigkeit im Arbeiten der Einspritzorgane für
den Brennstoff die Menge des eingeführten Brennstoffes je Zylindereinheit ganz beträchtlich
verändern, zumal wenn diese Menge gering ist.
Die Zuführung des
Brennstoffes ini Nebelzustande ist besonders vorteilhaft, wenn es sich um mehrzylindrige
Motoren handelt. Der Nebel kann alsdann durch eine zentrale Vorrichtung erzeugt
werden, welche alle Zylinder bedient. Die pro Arbeitszylindereinheit verteilte Brennstoffmenge
hängt alsdann besonders von dem Raumumfang der Vorkammern der Zylinder ab. Es genügt
also, daß diese Kammern gleiche Raumeinheit besitzen, damit die gleichmäßige Speisung
aller Zylinder auf keine Schwierigkeiten stößt, die bei der direkten Einspritzung
des flüssigen Brennstoffes auftreten, und zwar ebensowohl bei Verwendung einer Pumpe
pro Zylinder als bei Verwendung einer gemeinsamen Pumpe für alle Zylinder oder ähnliche
Vdrrichtungen. In diesen beiden Fällen hängt die Einführung des Brennstoffes tatsächlich
von der Zeit des Hebens der Nadeln oder Ventile ab.
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Ganz gleich, ob die Erfindung auf einzylindrige oder mehrzylindrige
Motoren angewendet wird, gibt die Art und Weise der Zuführung des Brennstoffes gemäß
der Erfindung außerdem die Möglichkeit, auf die Brennstoffregelung einzuwirken,
einerseits, indem man den Druck des Nebels ändert, anderseits, indem man. seine
Dosierung an Brennstoff ändert.
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Die Zeichnung stellt beispielsweise in senkrechtem Schnitt einen Zweitaktmotor
dar, welcher einen Vorraum besitzt und gemäß der Erfindung mit nebelförmigem Brennstoff
gespeist wird.
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Bei diesem Motor, den Abb. i im Schnitt durch die Zylinderachse darstellt,
wird die Spülluft in das Kurbelgehäuse i angesaugt, welches zu diesem Zweck mit
Saugklappen l11 versehen ist. Diese Luft wird durch einen Kanal 2a am Ende des Hubes
des Arbeitskolbens 3 zu Öffnungen geführt, welche sich in den Wandungen des Arbeitszylinders
:2 befinden.
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Die Auslaßöffnungen 4 liegen diesen Öffnungen gegenüber. In dem Mantel
5 des Arbeitszylinders ist der Vorraum 6 vorgesehen, der mit einem Futter 7 versehen
sein kann. Dieses kann in gewissen Fällen nützlich sein, um die Wandungen der Vorkammer
auf einer höheren Temperatur zu halten.
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Die öffnung 611, welche den Vorraum 6 mit dem Arbeitszylinder in Verbindung
setzt, ist mit einem Ventil 8 versehen, welches durch einen Hebel g und einen Nocken
loa gesteuert wird, der auf die Hilfswelle 1o aufgekeilt ist. Es können auch mehrere
Ventile, ähnlich dem Ventil 8, vorgesehen sein,. die unabhängig voneinander gesteuert
werden.
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Im oberen Teil des Zylindermantels regelt ein anderes Ventil l i,
welches durch einen Nocken 1211 der Hilfswelle 12 gesteuert wird, den Einlaß des
außerhalb des Motors hergestellten reichen Brennstoffnebels in den Vorraum 6.
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Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel kommt
zum Einführen des Brennstoffnebels eine Hilfspumpe 13 zur Verwendung, die durch
eine Kurbel der Kurbelwelle angetrieben wird und Luft in einen Behälter 14 preßt.
Dieser Behälter 14 steht durch ein Rohr 15 mit dem oberen Teil eines geschlossenen
Behälters 16 in Verbindung, welcher den Brennstoff enthält. Der Behälter 16 ist
in zwei Teile geteilt, die man mittels Hähne 17 und 18 miteinander in Verbindung
bringen oder voneinander trennen kann. Ein Rohr iga verbindet den unteren Teil des
Behälters 18 mit einer Spritzdüse 1g, wobei mittels eines Handgriffes 2o und einer
Brennstoffnadel der Brennstoffdurchtritt durch die Spritzdüse geregelt werden kann.
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Die Spritzdüse ist in einer Kammer 21 eingeschlossen, in welche die
Luft des Behälters 14 durch ein mit einem Hahn 22a versehenes Rohr 22 gelangt. Diese
Luft tritt durch eine Düse 23 aus, welche nahe der Austrittsöffnung der Spritzdüse
1g senkrecht zu dieser letzteren mündet, so daß der Brennstoff durch die Druckluft
zerstäubt und ein Druckgasgemisch gebildet wird. Der Düse 23 gegenüber mündet eine
Leitung 24, welche die Kammer 21 mit der Kammer des Ventils i i verbindet.
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Der Druck im Behälter 14 wird höher gehalten als der Füllungsdruck
des Vorraumes (i bis 6 kg) und demgemäß als der dem atmosphärischen Druck benachbarte
Druck, der in der genannten Kammer im Augenblick während des Ausspülens der verbrannten
Gase herrscht. Langt der Motor in dieser Phase seines Arbeitszyklus an, so schließt
sich das Ventil 8, das während der Expansion offen war, und trennt den Vorraum 6
vom Arbeitszylinder. Bald nachher öffnet sich das Ventil i i, welches das Druckgasgemisch
eintreten läßt.
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Infolge des Druckunterschiedes, welcher dann zwischen dem Behälter
14 und der Kammer 6 herrscht, tritt die Druckluft gleichzeitig mit dem Brennstoff
in die Zerstäubungskammer 21 ein, in welcher der Brennstoff in Nebelform gebracht
wird. Dieser Brennstoffluftnebel füllt dann die Kammer an, bis die Drucke sich ausgleichen
oder bis das Ventil i i sich schließt.
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Die Rückkehr des Arbeitskolbens bewirkt die Verdichtung der Luft im
Zylinder. Wenn dieser Druck den Druck übersteigt, welcher in dem Vorraum 6 herrscht,
so bewirkt der Nocken loa das öffnen des Ventils 8 oder eines der Ventile B. Dieses
Ventil schließt
sich, wenn der Druck in dem Raum den für nützlich
erachteten Wert erreicht, der dem Selbstzündungsdruck naheliegen kann.
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Der Kolben vollendet seinen Verdichtungshub, und (las Ventil 8 oder
eines der Ventile 8 öffnet sich mit der nötigen Voreilung. Das Hereinbrechen der
im Arbeitszylinder unter überdruck (i o bis 2 o kg pro Quadratzentimeter) gestellten
und überhitzten Luft in den Vorraum 6 steigert plötzlich die Temperatur und den
Druck des in dieser Kammer enthaltenen Gemisches und führt diesem Gemisch den Überschuß
an Sauerstoff zu, welcher für die Verbrennung erforderlich ist, Bei Motoren, welche
mit verhältnismäßig geringer Verdichtung arbeiten sollen, kann man in der Kammer
6 entweder einen Heizwiderstand oder eine elektrische Kerze anbringen, um die Zündung
zu erleichtern. Der Motor gemäß der Erfindung kann mittels der üblichen Mittel angelassen
werden, die für Motoren von hoher Verdichtung zur Verwendung kommen. Das Anlassen
kann aber auch durch einen elektrischen Anlasser, vorheriges Erhitzen, Verwendung
leichten Kohlenwasserstoffes usw. bewirkt werden.
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Die einzuführende Brennstoffmenge kann dadurch geregelt werden, daß
man den Handgriff 2o der Nadel der Spritzdüse i9 verstellt, oder auch, indem man
den Druck im Behälter 1d. ändert. Man kann auf diese Weise eine sofortige Verringerung
oder Erhöhung der eingeführten Brennstoffdosis erreichen.
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Der Behälter 16 kann während des Betriebes gefüllt werden, indem man
seine beiden Teile mittels der Hähne 17, i8 trennt und dann wieder miteinander
in Verbindung bringt.
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Die Erfindung beschränkt sich natürlich nicht auf die im obigen beschriebenen
Ausführungsform und Konstruktionseinzelheiten, sondern erstreckt sich auf alle möglichen
Ausführungsformen. So könnte der Brennstoffnebel auf andere Weise erzeugt werden.
Beispielsweise könnte man zu diesem Zweck einen Vergaser verwenden, der ein reiches
Brennstoffgemisch liefert und mit einem beliebigen Verdichter in Verbindung gebracht
werden kann. Dieser letztere kann entweder zwischen dem Vergaser und dem Arbeitszylinder
oder vor dem Vergaser angebracht werden.
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In dem besonderen Falle eines Zweitaktmotors kann der Motor mit einer
Pumpe beliebigen Typs oder einem Turboverdichter für die Spülluft versehen werden
und alle zur Zeit üblichen Vervollkommnungen für Zweitaktmotoren erhalten. Insbesondere
kann er durch Ventile, die oberhalb der Auspufföffnungen angebracht werden, mit
Luft überspeist werden usw.
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Die Erfindung kann - natürlich auch auf Viertaktmotoren mit Vorraum
Anwendung finden.
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Abb. 2 zeigt in Form eines Kurbelkreisdiagramms die Öffnungsfolge
und Öffnungsdauer der Ventile für den in Abb. i veranschaulichten Zweitaktmotor.
Abb. 3 liefert dieselben Angaben für einen Viertaktmotor, der in gleicher Weise
arbeitet.