-
Dieselmaschine mit kreisendem Luftstrom Es ist bereits vorgeschlagen
worden, die Mittel, durch welche die Luft bzw. das Luftgemisch in den Zylinder einer
Dieselmaschine eingeführt wird, derart zu gestalten bzw. zu verlegen, daß diese
Luft oder dieses Gemisch beim Eintritt in den Zylinder den Zylinderinhalt in eine
kreisende Bewegung versetzt. Durch eingehende Versuche ist festgestellt worden,
daß der Winkel, welchen die Luft oder das Luftgemisch während der Dauer der Brennstoffeinspritzung
durchläuft, für eine richtige Verteilung des Brennstoffes auf die Verbrennungsluft
und damit für die Brennstoffersparnis, insbesondere bei voller und noch mehr bei
maximaler Belastung, von allergrößter Bedeutung ist.
-
Die Erfindung bezweckt, eine solche richtige Verteilung des Brennstoffes
bei Dieselmaschinen mit luftloser Einspritzung durch entsprechende Bemessung --
der Geschwindigkeit der im Zylinder kreisenden Luft zu gewährleisten, und erreicht
dies dadurch, daß der kreisenden Luft .eine solche Winkelgeschwindigkeit erteilt
wird, daß der Brennstoff auf die Luftladung uin den ganzen Umfang des -Brennerraumes
herum gleichförmig verteilt wird, daß dabei jedoch die einmal mit Brennstoff gemischten
Luftteile nicht wieder mit dem Brennstoffstrahl oder den -strahlen in Berührung
kommen. Gemü.ß der Erfindung sind weiterhin die Winkelgeschwindigkeit der Luft beeinflussende
Mittel vorgesehen, die derart eingerichtet und verstellbar sind, daß die Geschwindigkeit
der kreisenden Luft entsprechend der Zahl der Brennstoffstrahlen gewählt werden
kann.
-
Die beiliegenden Zeichnungen stellen mehrere Ausführungsformen der
Erfindung dar. Es sind: Abb. i ein senkrechter Längsschnitt durch den oberen Teil
einer Verbnennungskraftmaschine, Abb. 2 ein Querschnitt nach Linie. II-II der Abb.
i, Abb. 3 eine teilweise gebrochene Draufsicht des Zylinders einer Zweitaktmaschine,
Abb.4 eine Seitenansicht mit einem Teilschnitt nach Linie IV-IV der Abb. 3, Abb.
5, 9, 13, 17 senkrechte Schnitte anderer Ventilausführungen in halbgeöffneter
Stellung, Abb. 6, i o, 14, 18 die zugehörigen waagerechten Schnitte nach den Linien
A-A der Ab'b. 5, 9, 13, 17,
Abb. 7, 11, 15 dieselben Schnitte wie in Abb.
5, 9, 13, aber in ganz geöffneter Stellung, Abb. 8, 12 die zugehörigen waagerechten
Schnitte nach den Linien A-A der Abb.7, 1z, x5.
Abb. 17 ein
senkrechter Schnitt einer weiteren Ausführungsform des Einlaßventils, Abb. 18 ein
zugehöriger waagzmchter Schnitt nach der Linie A-A der Abb. 17, Abb. i 9 eine senkrecht
zur Abb. 17 stehende, teilweise gleschi*tt!ene Ansicht dieses Ventilei.
-
Unter Hinweis auf Abb. i und 2 der Zeichnung kann der der Erfindung
zugrunde liegende -Gedanke wie folgt erklärt werden: Es sei angenommen, der Brennstoff
werde beispielsweise durch zwei einander diametral gegenüberstehende 'Löchjer der
Einspritizdüse 2 in den Verbrennungsraum i derart eingespritzt, daß er in Gestalt
von zwei Bündeln a, b eintritt, die der Einfachheit halber in derselben Axialebene
dargestellt sind. Die Luft tritt durch das an der einen Seite durch einen -Schirm
q. geschlossene Ventil 3 annähernd in der durch den Pfeil f in Abb. 2 angedeuteten
Richtung in den Verbrennungsraum i ein, so da.ß die Luft eine kreisende oder drehende
Bewegung um die Achse des Zylinders im Raum i ausführt. Falls die Einspritzung in
zwei gegeneinander um i8o° versetzten Radialehenen erfolgt und bei der Höchstbelastung
der Maschine die Luft genau eine halbe Umdrehung in den Zylinderraum während derjenigen
Zeit macht, während welcher der Brennstoff durch die Löcher der Düse 2 eingespritzt
wird, so ist ohne weiteres verständlich, daß der Bx!ennstoff um den ganzen Umfang
des Raumes i herum gleichförmig verteilt worden ist. Ist die Geschwindigkeit der
kreisenden Luftb;ewegung eine geringere, so folgt daraus, daß ein Sektor der kreisenden.
Luftmasse kednem Brennstoff erhält, d. h. die maximale Leistung wird eine geringere.
Wenn. die Gieschwindigkeit der kreisenden Lufthewegung dagegen eine größeres ist
(wie z. B. nun- x, 5 mal vergrößert), so .ergibt es sich, daß einem Sektor der Luftmasse
eine zu große Brennstoffmenge zugeteilt wird (und zwar erhält in dem gegebenen Beispiel
die eine Hälfte der Luftmasse eine etwa doppelt so große Ölmenge wie die andere
Hälfte). In der Wirklichkeit liegen aber die Verhältnisse nicht so einfach, weil
das Brennöl unmittelbar nach der Einspritzung zu verbrennen beginnt, und zwar unter
Volumenvergrößerung und Druckerhöhung. Es entstehen somit örtliche Erweiterungen
oder Volumenvergrößerungen der Luftgasmasse, die zu örtlichen Volumenverminderungen
an anderem. Stellten Veranlassung geben. Im großen ganzen stellen jedoch die obigen
Ausführungen den tatsächlichen Vorgang dar.
-
Erfolgt die Einspritzung des Brennstoffes in mehr als zwei. Radialöbenen,
so isst die Luftgeschwindigkeit entsprechend herabzusetzen. Für jede Anzahl Löcher
in der Düse gibt sei eine gewisse vorteilhafteste Geschwindigkeit der krexs.enden
Luft- oder Luftgasgemischbewegumg. Diese Geschwindigkeit ist für gewöhnlich die
möglichst geringste, d. h. diejenige, bei welcher jedes Ölbündel nur einmal von
dem entsprechenden Luftsektor passiert wird.
-
Die Geschwindigkeit der kreissenden Luft kann auf irgendeinem der
folgendem Wege geregelt werden: i. Durch entsprechende Wahl der Eintrittsgeschwindigkeit
der Luft in den Zylinder, 2. durch die Wahl der Richtung der Luft' beim. Eintritt,
3. durch die Wahl. des Widerstandes gegen die kreisende Bewegung während des Verdichtungshubes,
q.. durch Hervorrufen zweier oder mehrerer Luftströme verschiedener Richtung und
verschiedener Größe im Zylinderraum, die sich zu einem resultierenden. Strom zusammensetzen.
-
Eine Regelung der Eintrittsgeschwindigkeit der Luft kann nur mit Hilfe
mehr oder weniger verwickelter Einrichtungen erreicht werden; eine Einstellung auf
diesem Wiege ist deshalb unpraktisch. Auch läßt sich eine Regelung des Widerstandes
gegen die kreisende Bewegung nach Punkt 3 nur mit Schwierigkeit praktisch durchführen.
Aus diesen Erwägungen heraus wird deshalb in erster Linie die gewünschte Feststellung
der zweckmäßigsten -Geschwindigkeit der kreisenden Luftbewegung nach Punkt 2 oder
bewirkt.
-
Eine Regelung der Richtung nach Punkt 2 kann. in verschiedener Weisse
herreicht werden. In Abb. i und 2 -ist zu diesem Zwecke das nahe an dem Umfang des
Vexbrennungsraumes verlegte Lufteinlaßventil 3 drehbar angeordnet und besitzt an.
seiner einen Seite einen etwa auf den halben Umfang des Ventils sich erstreckenden
Schirm q., der dazu dient, ein Ausströmen der Luft in Richtung des Pfep1es f in
einer mehr öder weniger tangentpalien Richtung zu verursachen.
-
Die Lufteinlaßventilstangie 5 ist durch eine drehbare Hülse 6 verschiebbar,
aber nicht drehbar geführt. Diese Hülse trägt oberhalb des Ventilgehäuses eine Handkurbel
oder einen Arm 7, mittels welcher die Hülse 6 mit dem Ventilkörper gedreht werden
kann.
-
Zum Festhalten des Ventilei in eingestellter Lage dient eine im Arm
7 eingesetzte Verschlußschraube B. Unterhalb dieser Schraube kann zweckmäßig eine.
Gradeinteilung vorgesehen. werden. -Der genaue Erfolg der Drehung des Lufttinlaßventils
kann allerdings nicht im voraus festgestellt werden; ausgeführte Versuche
haben
jedoch ergeben, daß schon eine Drehung des Lufteinlaßventiles um einige Grade eine
Herabsetzung des 'Brennstoffverbrauchs um i o % oder mehr zur Folge haben kann,
sowie daß es eine Stellung gibt, in welcher der Brennstoffverbrauch einen Mindestwert
aufweist. Gemäß den obigen Ausführungen entspricht diese Stellung derjenigen Geschwindigkeit
der kreisenden Luftbewegung, bei welcher jedes Brennstoffbündel durch den entsprechenden
Luftsektor nur esnmal geschnitten wird.
-
Die oben beschriebene Ausführungsform eignet sich besonders für Viertaktmaschinen.
Für Zweitaktmaschinen kann beispielsweise die in Abb. 3 und q.- dargestellte Ausführungsform
benutzt werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein Leitapparat zur Führung der Luft
beim Einströmen in den Verbrennungsraum vorgesehen. In der Zylinderwand in einer
der Brennstoffeinführung bienachbarten Ebene ist eine ringsum verlaufende Reihe
schräger Lufteinlaßöffnungen io vorgesehen, und zu jeder dieser Öffnungen gehört
eine Leitschaufel i i. Die Leitschaufeln sind in einem den Zylinder konzentrisch
umgebenden Raum 12 auf Zapfen ioo drehbar angeordnet, der mit der Druckseite der
Luftpumpe in Verbindung steht. Die Einstellung der Leitschaufeln zwecks Feststellung
dier Einströmungsrichtung der Luft erfolgt mit Hilfe des drehbar gelagerten Zahnkranzes
13, der in Zahnräder 14 auf den Wellen der Leitschaufeln eingreift. Eine dieser
Wellen I ist mit einer nicht dargestellten Einstellungs-oder Antriebseinrichtung
verbunden.
-
In den oben beschriebenen Ausführungsformen erfolgt die Feststellung
der Geschwindigkeit nach Punkt 2 durch Anpassung der Richtung der eintretenden Luft.
-
Eine Feststellung oder Änderung der betreffenden Geschwindigkeit kann
aber auch gemäß Punkt 4. dadurch erfolgen, daß die Luft auf mehrere Ströme verschiedener
Größe und verschiedener Richtung verteilt wird, die sich dann im - Zylinderraum
zu einem resultierenden Strom zusammensetzen.
-
Eine solche Verteilung erfolgt zweckmäßig mit Hilfe eines Schirmes,
der nicht nur in der Umfangsrichtung, sondern auch in der Längsrichtung des Lufteinlaßventiles
begrenzt ist. In Abb. 5 bis 8 ist eine. Ausführungsform eines solchen Schirmes dargestellt.
Auf der Ventilstange 5 des Lufteinlaßv!en.-tiles 3 ist ein. Schirm i 5 befestigt,
der in das Ventilgehäuse paßt und einen gewissen Abstand vom Ventilkörper 3 besitzt,
so daß zwischen dem Ventilkörper 3 und dem Schirm 15 ein Zwischenraum 16 bestimmter
axialer Länge besteht. Beim Öffnen dieses Ventiles strömt zunächst die Luft nach
allen Seiten gleichförmig aus (Abb. 6). Dies dauert so lange, bis der untere Rand
des Schirmes 15 in der gleichen Ebene wie die untere Fläche des Ventilsitzes liegt
(Abb. 5). Sobald das Ventil so weit geöffnet wird, daß der untere Rand des Schirmes
15 unterhalb des unterem. Randes des Ventilgehäuses ragt, so erhält man eine größere
D urchtrittsöffnung 17 (Abb. 7) an dem vom Schirm 15 nicht umfaßten Teil des Ventilumfanges.
Man erhält somit zwei Luftströme, und zwar einen schwächeren durch 16 und einen
stärkeren durch 17,-- diese Ströme setzen sich im Zylinderraum zu einer der kreisenden.
Bewegung entsprechend herabgesetzten Geschwindigkeit in der Richtung des stärkeren
Stromes zusammen (Abb. 8).
-
Nach Abb. 9 bis 12 kann der Schirm --auch auf dem Ventilkörper selbst
sitzen. Es blezeichnet hier 3 den Ventilkörper 18 und den auf letzterem sitzenden
Schirm.. Beim Beginn der Öffnungsbewegung findet das Ausströmen der Luft nur auf
der einen Seite (Abb. i o) statt, wehrend bei weiterem Öffnen (Abb. i i ) Luft auch
über den Schirm strömt. Letzterer Strom wird jedoch stets schwächer als der erstgenannte
sein, so daß eine kreisende Bewegung entsprechend der herabgtesetzten Geschwindigkeit
in der Richtung des ersteren Stromes erreicht wird (Abb. 12).
-
Gemäß Abb. 13 bis 16 ist ein Schirm 19 an der unteren Seite des Zylinderdeckels
oder auf dem Ventilgehäuse angeordnet. Diiesier Schirm wirkt auf die gleiche Weise
wie der in Abb. 9 bis 12 dargestellte. Die resultierende Wirkung beruht selbstverständlich
in jedem Falle auf der Höhe und Winkelweite des Schirmes.
-
In den Ausführungen gemäß Abb. 4. bis 16 wird die Winkellage des Schirmes
je nach den örtlichen Verhältnissen gewählt. In. jedem Falle ist es von Bedeutung,
das Ventil. in. entsprechender Weise so auszuführen, daß die Lage des Schirmes von
außen vollkommen bestimmt werden kann.
-
Abb. 17 bis i9 stellen ein Lufteinlaßventil dar, das im geöffneten
Zustand zu der einen Seite eine große, freie Öffnung 30 und zu der anderen
Seite eine Mehrzahl kleiner öffnungen 31 freilegt, - die in einem Schirm 32 ausgespart
sind. Gleich beim Beginn des Öffnens des Ventils entsteht hier ein übierwiegender
Luftstrom durch die größere. Öffnung 30 und mehrere kleine Ströme in der
entgegengesetzten Richtung durch die Schlitze 31. Diese Ströme setzen sich zu einer
Kreisbewegung in der Richtung des stärkeren Stromes zusammen, und zwar mit einer
Geschwindigkeit, die durch die Winkellage des Schirmes, der zweckmäßig eine Winkelweite
von 18o° aufweist, und das Größenverhältnis
zwischen der größeren
Öffnung und sämtlichen kleineren Öffnungen bestimmt wird.
-
Selbstredend können weitere Abänderungen ohne Abweichung vom Wesen
der Erfindung durchgeführt werden.
-
Es kann ferner der Schirm ¢ in Abb. i durch einen fest am Ventilgiehäuse
sitzenden. Schirm ersetzt werden. Die Höhe dieses Schirmes soll dem Ventilhub entsprechen.
-
Zu bemerken ist, daß, die beiden oben. beschriebenen Verfahren zur
Erreichung der gewünschten Drehungsgeschwindigkeit der Luft, d. h. durch Regelung
der Richtung der einströmenden Luft oder Verwendung zweiter Luftströme verschiedener
Stärke, gleichzotig benutzt werden können, indem z. B. ein sowohl in. der Längsrichtung
als auch in der Umfangsrichtung entsprechend bemessener Schirm in der. Umfangsrichtung
verstellbar angeordnet wird. Die Winkelweite des Schirmes ist je nach der gewünschten
Wirkung anzupassen.
-
Bei Viertaktmotoren mit zwei oder mehreren Luftemlaßventilen kann.
die Einrichtung getroffen werden, daß nur gewisse dieser Ventile- .mit Feinrichtungen
zum Erzeugen einer kreissenden Luftbewegung ausgerüstet sind.
-
In bezug auf Zweitaktmotoren ist folgendes zu bemerken: Wenn die Spülung
durch Ventile im Zylinderdeckel erfolgt, können die gleichen. Einrichtungen wie
bei Viertaktmotoren benutzt werden. Wenn sowohl Öffnungen in der Zylinderwand als
auch Ventile im Zylinderdeckel zwecks Spülung vorgesehen sind, so kann. die kreisende
Luftbewegung durch @entsprechende Ausbildung dieser Öffnungen oder dieser Ventile
oder beider erreicht werden. Am vorteilhaftesten dürfte es sein, zur Erzeugung der
kreisenden Bewegurigen Ventile zu benutzen.
-
Beim Spülen durch Öffnungen kann entweder die in Abb. 3 dargestellte
Einrchtung oder auch eine abgeänderhe Ausfülhrung verwendet werden, biet. der die
Leitschaufeln. fest angeordnet sind, wenn auf die Veränderlichkeit der kreissenden
Luftbewegung verzichtet wird. Ferner kann das die Krem; sende Bewegung :ermugende
Mittel in Verbindung mit nur gewissen Öffnungen. angeordnet werden.
-
Wenn mehrere Lufteinlaßventile oder/und mehrere Lufteinlaßöffnungen
vorhanden sind, kann es vorteilhaft sein, die kreisende Luftbewegung nur durch gewisse
dieser Ventile oder/und Öffnungen zu bewirken. Das Vorhandensein eines Schizmes.
an deinem solchen Ventil oder an einer solchen Öffnung sietzt nämlich den freien
Durchgangsquerschnitt herab und- bewirkt somit eine Drosselung oder einen Druckverlust.
Je gleringer die Drosselung ist, um so besser. Es kann daher ein unmittelbarer Gewinn
sein, beim Vorhandensein beispielsweisse zweier Luftventile im Deckel die Geschwindigkeit
der krep.-senden Luftbewegung mit Hilfe nur eines dieser Ventile zu regeln.
-
Beim Spülen durch eine Öffnung im Kolbenboden und Überladung des Zylinders
durch eine höher liegende Öffnung kann das die kreisende Bewegung erzeugende Mittel
in Verbindung mit der letztgenannten Öffnung angeordnet werden.
-
Bei Zweitaktverbrennungskraftmaschinen, bei welchen sowohl die Auslaßöffnungen
als auch die Lufteinla,ßöffnungen an demselben Ende des Zylinders verlegt sind,
ist eine Kreisbewegung des Zylinderinhaltes während des Spülvorganges nachteilig,
einerseits, weil die Spülluft zufolge der Kreisbewegung durch die Auslaßöffnungen
leicht entweichen kann, und ferner, weil die Spülluft sich mit den zurückbleibenden
Gasen mischen: kann, so daß die Kreisbewegung während des Spülvorganges eine Herabsetzung
der im Zylinder zurückbleibenden Luftmengehervorrufenkann. Zu diesem Zwecke können
in den Spülöffnungen Luftsteuermittel vorgesehen werden, die während des ersteren
Teiles der Spülperiode auf gewöhnliche Weise ohne krei-5ende Bewegung, gegen das
Ende der Spülperiode aber so verstellt werden, daß eine kreisende Luftbewegung erreicht
wird. Die hierzu erforderlichen mechanischen Mittel können verschifedenartig sein.