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Verfahren und Vorrichtung zum Betriebe von Brennkraftmaschnen mit
einem Zusatzgemisch Für Brennkraftmaschinen ist bereits vorgeschlagen worden, außer
dem Treibgemisch aus Verbrennungsluft und Brennstoff auch noch ein Zusatzgemisch
aus Auspuffgas und Luft in die Maschinenzylinder einzuführen. Das bezweckt einerseits,
das Treibgemisch zu verdünnen und zugleich den Brennstoff gründlich zu verdampfen,
also das Gemisch zu trocknen, um Vorzündungen und die sogenannten Detonationen zu
verhindern, und andererseits den Verdichtungsdruck zu erhöhen. Für letzteren Zweck
erzeugt man bei mit schweren Brennflüssigkeiten zu betreibenden Maschinen ein gekühltes
Zusatzgemisch, indem man dem Auspuffgas Wärme entzieht und es mit kalter Luft vermischt,
um die Verdichtungstemperatur trotz erhöhten Verdichtungsdruckes niedrig zu halten.
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Die Erfindung schlägt ein Verfahren vor, welches die Verwendung von
Zusatzgemisch ganz allgemein, und zwar nicht nur bei schweren, sondern auch bei
leichten Brennflüssigkeiten gestattet. Das grundlegende Merkmal der Erfindung besteht
darin, daß beide Arten von Zusatzgemischen, solche mit heißem Auspuffgas und vorgewärmter
oder erhitzter Luft und solche finit gekühltem Auspuffgas und kalter Luft, derart
gemeinsam zur Anwendung kommen, daß sie an den Belastungsgrenzen, dagegen bei den
Belastungen innerhalb der Grenzen entsprechend angewärmte oder gekühlte Zusatzgemische,
eingeführt werden, Vom Leerlauf an bis zur mäßigen Maschinenbelastung wird also
ein heißes Zusatzgemisch, bei hohen Belastungen dagegen ein kaltes Zusatzgemisch
und bei mittleren Belastungen ein zwischen diesen beiden Grenzen liegendes mehr
oder weniger warmes Zusatzgemisch dem Treibgemisch zugesetzt. Die Bestandteile des
Gemisches sowie ihre Erwärmung oder Kühlung werden dabei Zemäß Erfindung so bemessen
oder geregelt, daß nach Maßgabe der Maschinenbelastung ein ganz allmählicher Übergang
von einem Gemischzustand in den anderen erfolgt.
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Man hat bei Maschinen, welche gemäß den einleitenden Angaben mit einem
gekühlten oder kaltem Zusatzgemisch arbeiten, schon vorgeschlagen, Mittel zur Regelung
des Auspuffgasstromes vorzusehen und . diesen bei verminderter Belastung abzuschneiden.
Eine derartige Arbeitsweise entspricht aber dem vorliegenden neuen Verfahren nicht.
Durch Regelung des Auspuffgasstromes kann einerseits die Menge an Zusatzgemisch
und andererseits natürlich auch an und für sich die Temperatur des Zusatzgemisches
geändert werden. Da aber nach dein älteren Vorschlage der Auspuffgasstrom bei verringerter
Maschinenbelastung abgesperrt werden soll, so bleibt schon bei geringer Last vom
Zusatzgemisch nur noch die kalte Luft übrig. Das ist aber das gerade Gegenteil von
dem, was die Erfindung will und durchführt.
Hierzu kommt als weiterer
grundlegender Unterschied noch, daß die kalte Luft allein überhaupt kein Zusatzgemisch
mehr darstellt.
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Für ein heißes Zusatzgemisch wärmt die Erfindung gegebenenfalls auch
die Vergaserluft, d. i. der Luftgehalt des Treibgemisches, vor. Das Zusatzgemisch
wird oberhalb bzw. hinter der Drosselklappe bzw. dem Vergaser in die Saugleitung
eingeführt, und zwar zweistufig, d. h. je nach der Maschinenbelastung entweder in
der Nähe der Drosselklappe oder aber in der Nähe des Saugventils bzw. des Maschinenzylinders.
Auch diese Einführung wird so gesteuert, daß ein allmählicher Übergang vom einen
Grenzzustand in den anderen gesichert ist.
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Die Erfindung sieht einerseits Hilfsmittel zur Erzeugung von heißem
Zusatzgemisch für geringe Belastung und andererseits Hilfsmittel zur Bereitung von
kaltem Zusatzgemisch für hohe Belastung vor. Besondere Zumessungs-, Regelungs- oder
Steuerungsvorrichtungen sorgen dafür, daß diese Hilfsmittel rechtzeitig - und selbsttätig
in Wirkung treten, ferner aber auch dafür, daß sie bei mittleren Belastungen so
zusammenarbeiten, daß je ein der jeweiligen Belastung entsprechender Anteil heißen
und kalten Zusatzgemisches erzeugt und beide Anteile gemeinsam als mehr oder weniger-
warmes Zusatzgemisch in die Saugleitung befördert wird: Als Steuerorgan dient dabei
gemäß Erfindung zweckmäßig ein Drehschieber mit zwei Kammern, von denen die eine
für die eine und die andere für die andere Zusatzgemischart die erforderlichen Einstellungen
besorgt.
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Bei Verminderung des Luftgehaltes im Treibgemisch würde für höhere
Maschinenbelastungen der vom Kolben auf die Saute leitung ausgeübte Saugzug nicht
genügen, um den erforderlichen Brennstoff anzusaugen und zu zerstäuben. Die Erfindung
schafft daher die dann fehlende Luft mittels einer verfügbaren Kraft, z. B. des
Maschinenventilators bei Kraftfahrzeugen, des Fahr-Luftstromes bei Flugzeugen usw.,
unter Druck herbei.
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Versuche haben gezeigt, daß die Erfindung auch mit leichten Brennflüssigkeiten
hohe Verdichtungsdrucke bei niedriger Verdichtungstemperatur, und zwar ohne Frühzündungen
und Detonationen, erreichen kann. Der Wirkungsgrad der Maschine verbessert sich,
und der Brennstoffverbrauch sinkt. Die Verbrennung ist praktisch vollkommen, so
daß die Ausscheidung von Kohlenstoffniederschlägen verhindert wird. Das Verhältnis
des mittleren Druckes zum Höchstdruck wird günstiger, die Maschinenleistung wächst
und die Temperatur- und Druckverhältnisse werden für alle Belastungen gleichmäßiger.
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Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zur Ausübung des neuen Verfahrens schematisch.
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Abb. i stellt die Vorrichtung bei geringer und Abb. 2 bei voller öffnung
der Drosselklappe dar.
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Abb. 3 und 4 bilden eine vereinfachte Darstellung.
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Abb.5 bis 8 geben die Eröffnungen des zur Zumessung und Steuerung
von Auspuffgas und Luft dienenden Drehschiebers wieder.
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Abb. 9 zeigt eine Einzelheit. ' Die Maschine ist durch den Arbeitszylinder
12 mit Kolben io, Kolbenzapfen 14, Pleuelstange 16 und Kurbelwelle i8 angedeutet.
Rechts sitzen das Saugventil 2o und die Saugleitung 24, links das Auspuffventil
22 und das Auspuffrohr 26. In letzteres ragt die Mündung 28 eines Rohres
30 zum Auffangen von Auspuffgas und zur Weiterleitung desselben zum Drehschieber
32 mit Gehäuse 33, der zur Steuerung und Abmessung dient. In Abb. i und a ist der
Schieber 32, 33 einmal durch die eine Kaminer (a-d und c-c in Abb. 6 und 8) und
einmal durch die andere Kammer (b-b und d-d in Abb. 6 und 8) geschnitten.
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Die bei 4o angesaugte, dem Auspuffgas zuzumischende Luft wird im Wärmeaustauscher
30 mit Rippen 44 erhitzt. Bei geringer Drosselöffnung (Abb. i und 3) gibt
der Schieber 32 dieses Gemisch an das Rohr 56 und die Leitung 156 mit den beiden
Abzweigen 58 und 6o ab. Zweig 58 endet nahe über der Drosselklappe 64 mit einer
Düse 62 in die Stromrichtung des Treibgemisches, und zwar innerhalb einer Erweiterung
70.
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Die Brennstoffdüse 66 des Vergasers mündet in eine düsenförmige Verengerung
(Venturirohr), deren Durchgang gemäß Erfindung so klein bemessen wird, daß die unter
dem Saugzug des Arbeitszylinders bei 68 eintretende Luftmenge geiinger als gewöhnlich
ist, jedoch für geringe Drosselöffnung zur Ansaugung und Zerstäubung noch ausreicht.
Ein Hilfsröhrchen 69 leitet für den Leerlauf Brennstoff zur Drosselklappe. Einschnürungen
o. dgl. sowie Prallflächen 72 bewirken eine gründliche Mischung. Zugleich sorgen
diese Hilfsmittel und ein vorspringender Rand 74 dafür, daß etwa ausgeschiedene
Brennstofftröpfchen dem Gemischstrom wieder zugeleitet werden.
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Der Zweig 6o- der Leitung i 5b mündet nahe dem Saugventil 2o
in die Sauleitung 24, und zwar zweckmäßig mittels mehrerer Düsen 76 (siehe z. B.
Abb. 9), nach welcher
Hähne 77 vorgesehen werden können,
um die günstigste Verteilung auf die Zvlinderpaare zu ermöglichen. In den Düsen
76 sind Ansbreit- und Wirbelungszungen 78 vorgesehen (Abb. i und 2).
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Die Zuführung von Gemisch bei 62 oder 76 wird durch die Klappen 8o
und 82 gesteuert, die durch eine Stange 84 mit der Drosselklappe 64 und mittels
Stange 86 mit dem Drehschieber 32 gekuppelt sind. Bei Teilbelastungen der Maschine
mit geringer Drosselöffnung ist die Klappe So geschlossen und die Klappe 82 offen,
und zwar ganz oder fast ganz (s.Abb. i). Das Gemisch tritt dann also ausschließlich
oder zum größten Teil durch die Düsen 76 nahe dem Saugc-entil 2o ein. Bei Teilbelastung
wird die Luft für das Treibgemisch durch die geöffnete Klappe 92 im Rohr 88 eingelassen,
während die Klappe 94 im Rohr.9o geschlossen ist. Aüch diese beiden Absperrvorrichtungen
sind mit der Drosselklappe 64 so gekuppelt, daß sie sich der Stellung letzterer
entsprechend selbsttätig einstellen. Die Vergaser- oder Zerstäuberluft wird für
geringe Drosselöffnung erwärmt, beispielsweise in der das Auspuffrohr 26 umgebenden
Heizkammer 96.
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Für hohe Belastung oder Vollast, also fast ganz oder ganz geöffnete
Drosselklappe 64 (s. Abb. 2), öffnet sich die Klappe 8o und schließt sich 82, so
daß 'das Zusatzgemisch bei 62 nahe dem Vergaser in die Saugleitung strömt. Zugleich
öffnet sich Klappe 94, während 92 sich schließt. Jetzt würde die an der Brennstoffdüse
66 im verengten Venturirohr durch den Maschinenkolben (s. Pfeil 113 in Abb.
i) vorheigesaugte Luft nicht zur Erzeugung eines guten Treibgemisches ausreichen.
weil bei voll offener Drosselklappe 64 der Unterdruck in der Saugleitung verhältnismäßig
gering ist. Darum wird nunmehr Luft durch das Rohr i2o zugeführt, dessen Trichter
ioo einen Teil des vom Maschinenventilator 98 erzeugten Luftstroffnes aufnimmt (s.
Pfeil 114 in Abb. 2).
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Der Drehschieber hat die Heizvorrichtung 38 und das waagerechte Rohr
56 ausgeschaltet. Das durch Rohr 3o ankommende Auspuffgas tritt jetzt durch den
Drehschieber 32 in den Kühler 116. Gleichzeitig treibt der Maschinenventilator 98
in den Trichter 122 (Pfeil 114a) des Rohres 123 kalte Luft, welche durch den Drehschieber
32 hindurch zum Rohr 132 und von da in den Aspirator 1i8 gelangt, von wo aus das
gekühlte Auspuffgas und die kalte Luft zusammen in die senkrechte Leitung 156 strömen,
um durch die Düse 62 in die Saugleitung zu treten. Hier erfolgt eine nochmalige
Abkühlung des Zusatzgemisches infolge Wärmeabgabe zum Verdampfen des Brennstoffs.
Die Saugwirküng des Aspirators 118 kann auch für andere Zwecke ausgenutzt werden,
z. B. läßt sich mittels eines Anschlusses 129 Brennstoff aus einem tiefliegenden
Vorratsbehälter heben, und zwar am wirksamsten bei ranz geöffneter Drosselklappe
64.
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Am oberen Zylinderende sind schräge radiale Vorsprünge 29 oder andere
geeignete Hilfsmittel angebracht, um die Ladung in starke Wirbelbewegung zu setzen,
voilkommen zu mischen und den Wärmeaustausch zwischen der neuen Ladung und dem im
Zylinder zurückbleibenden Auspuffgasrest zu beschleunigen. Hierdurch wird eine gleichmäßige,
rasche und vollkommene Verbrennung der außerhalb des Maschinenzylinders dazu vorbereiteten
Ladung erreicht.
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Die Menge der Anteile des Zusatzgemisches wird durch die jeweilige
Einstellung des Drehschiebers 32 bestimmt (s.Abb.5 bis 8). Beim Leerlauf deckt sich
gemäß Abb. 5 für den Durchlaß heißen Auspuffgases nur der schmale Streifen 37 der
Schieberöffnung 36 mit der Gehäuseöffnung 34. Die bei 4o angesaugte und im Wärmeaustauscher
38 erhitzte Zusatzluft für geringe Drosselöffnung tritt durch die Löcher 46, 46a,
46b des Gehäuses 33, soweit diese Löcher mit dein Meßschlitz 48, 49 zur Deckung
kommen. Beim Leerlauf ist nur das vor dem Schlitzteil 49 liegende Loch 46 offen.
Sein freier Querschnitt kann außerdem durch ein Nadelventil 51 geändert werden.
Die Schlitzvorderkante 5o ist schräg, so daß die weitere Luftzumessung ganz allmählich
erfolgt. Das Zusatzgemisch aus erhitzter Luft und heißem Auspuffgas verläßt den
Schieber 32 durch seine Offnung 52 und die Gehäuseöffnung 54.
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Abb. 5 zeigt die Stellung der verschiedenen Schieber- und Gehäuseöffnungen
zueinan-ler bei Leerlauf, Abb.6 bei wenig geöffneter Drossel, Abb. 7 bei etwa halb
offener Drossel und Abb. 8 bei voll offener Drosselklappe 64. In diesem Grenzfalle
ist der Einlaßschlitz 48, 49 für erhitzte Luft geschlossen, ebenso der Auslaß 54
für heißes Auspuffgas. Bei größter Öffnung des Schieberdurchganges 36 tritt das
Auspuffgas ein, um durch den vom Gehäuseschlitz 115 freigegebenen Teil des Schieberauslasses
52 in den Kühler 116 zu strömen. Die vom Rohr 123 zugeführte kalte Luft tritt durch
die Schlitze 124, 126 ein und durch 128, 130 wieder aus. Bei den Abb. 5 bis
8 ist immer zu beachten, daß die Offnungen 12 4, 12 6 ; 12 8, 13 o
nicht in demselben Drehschieberraum liegen wie die Öffnungen 34, 36, 37 . . . 52,
54, 115# Die Bemessung und Anordnung der Durchgänge ist eine solche, daß hinsichtlich
i der Zusatzgemischbereitung ein allmählicher Übergang von Leerlauf und eringer
Ma-Z,
schinenbelastung (Abb. 1, 3, 5, 6) zur größeren und vollen
Maschinenbelastung (Abb.2, 4, 8) erfolgt Abb. 7 zeigt den Mittel- oder Übergangszustand
zwischen der Versorgung der Zylinder mit einem Zusatzgemisch aus heißem Auspuffgas
und erhitzter Luft und der Versorgung mit einem Zusatzgemisch aus gekühltem Auspuffgas
und kalter Luft. In dieser Stellung des Drehschiebers 32 sind sämtliche Durchgänge,
also auch beide Öffnungen, welche Gemisch an die Saugleitung abliefern, der unmittelbar
zur Leitung 156 führende Durchgang 54 und der zum l,'-ühler 116 und Aspirator 118
öffnende Durchgang 115, gleichzeitig teilweise offen.
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Die Stange 8l><, welche die Drosselklappe 64 und die Klappen 8o,
82, 92, 94 mit dem Drehschieber 32 kuppelt, wird am Hebel 104 des letzteren durch
ein (in der Richtung des Doppelpfeiles io6) verschiebbares Stück, Hülse o. dgl.,
befestigt, um den Hub des Schiebers verändern zu können. Außerdem bewegt sich der
-Hebel io4 oder eine Verlängerung io8 desselben zwischen zwei verstellbaren Anschlägen
iio und 112, um den Schieber 32 gegen sein Gehäuse 33 verschieden einstellen zu
können.