-
Vorkammerdieselmaschine Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist
eine Vorkammerdieselmaschine. Diese Maschine besitzt in bekannter Weise eine Vorkammer
von konstantem Volumen, die während des größten Teiles des Verdichtungshubes geschlossen
ist und mit dem Arbeitszylinder während einer bestimmten Zeit am Ende der Verdichtung
mittels eines Steuerkörpers, z. B. eines Ventils, verbunden ist.
-
Bei den bekannten Maschinen dieser Art erfolgt ,die Mischung von Verbrennungsluft
und Brennstoff derart, daß die am Ende der Verdichtung nach Öffnen eines gesteuerten
Teiles in den Zylinderkopf eingedrückte ver-.dichtete und warme Luft auf das während
der Verdichtung aus verdampftem Brennstoff und Luft geringen Druckes in der Vorkammer
hergestellte reiche Gemisch trifft.
-
Die einsetzende Verbrennung ist wegen der allmählich erfolgenden gegenseitigen
Durchdringung von komprimierter Luft und Gemisch verhältnismäßig langsam und unvollkommen.
-
Gemäß der Erfindung wird der Brennstoff gegen Ende der Verdichtung
in dem Augenblick eingespritzt, in dem sich der zwischen Vorkammer und Verdichtungsraum
angeordnete Steuerkörper öffnet und die verdichtete Luft aus .dem Arbeitszylinder
in die Vorkammer übertritt. Durch Schließen des Steuerkörpers wird in .bekannter
Weise der Verbrennungsraum für einen Teil der Kompression vom Zylinder abgeschlossen,
während durch Öffnen infolge des schnellen Durchflusses von Luft unter gleichzeitiger
Einspritzung von Brennstoff eine der Verbrennung unmittelbar vorhergehende Zerstäubung
und Verdampfung des Brennstoffes erzielt wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft,
den Steuerkörper als Ventil auszubilden und auf dem Ventilsitz eine Reihe von Brennstoffeinspritzöffnungen
zu verteilen, die zur Anreicherung der durch das Ventil in die Vorkammer eintretenden
Luft dienen, .d. h. mit anderen Worten, es empfiehlt sich, das Ventil als sogenannten
Ventilvergaser auszubilden.
-
Die große Verbrennungsgeschwindigkeit, welche durch die Gemischbildung
gemäß der Erfindung erzielt wird, ermöglicht eine große Kolbengeschwindigkeit und
somit eine hohe Drehzahl der Kurbelwelle.
In den Zeichnungen sind
als Ausführungsbeispiele teils Zweitakt-, teils Viertaktmotoren gewählt. Es zeigen:
Abb. i einen schematischen Schnitt durch einen Zweitaktmotor, _1bb.2 einen Schnitt
durch den Zylinderkopf eines zweiten Zweitaktmotors, Abb. 3 einen Schnitt nach der
Linie x-x in Abb. 2, Abb. 4 und 5 Ausführungsformen des Zylinderkopfes für zwei
verschiedene Viertaktmotoren, Abb. 6 ein Kurbelkreisdiagramm für einen Viertaktmotor
und Abb. 7 ein Kurbelkreisdiagramm für einen Zweitaktmotor.
-
Wie aus Abb. i zu ersehen, besitzt,der Zylinder i einen Zwischenboden
':z und einen Außenboden 3. Zwischen den Böden 2 und 3 entsteht so eine Vorkammer
4. Im Zylinder i läuft der Arbeitskolben 5, der durch eine Stange 6 die Kurbelwelle
7 treibt. Die Bewegung ist so eingerichtet, daß- der Kolben @ bis zum Zwischenboden
2 kommt und nur einen sehr geringen Verdichtungsraum läßt. Im Zwischenboden :2 sind
zwei Öffnungen 8 und 9 vorgesehen, die durch die Ventile io und ii verschlossen
werden.
-
Das Ventil io dient gleichzeitig .als Verbindungssteuerkörper zwischen
dem Zylinder i und der Vorkammer 4 und als Vergaser. Wenn nämlich der Kolben 5 ansteigt
und wenn die vorher zugeführte Luft auf geeigneten Druck, z. B. 25 kg/cm' verdichtet
ist, hebt sich das Ventil io und läßt die verdichtete Luft in,die'Vorkammer4 eintreten.
Es ist leicht einzusehen, daß dieser Durchgang schnell erfolgen wird.
-
Andererseits werden gleichzeitig eine Reihe kleiner Öffnungen 12 geöffnet,
die im Sitz des Ventiles io vorgesehen sind und aus denen der durch eine geeignete
Leitung 12a von einer regelbaren Brennstoffpumpe her zugeführte Brennstoff eingespritzt
wird, Die durch -die Öffnung 8 gehende Luft zerstäubt den Brennstoff, und das Gemisch
wird infolge der hohen Temperatur sofort entzündet. Das Ganze arbeitet wie ein Brenner.
-
Das Ventil io bildet also offenbar einen inneren Vergaser. Die Öffnungen
12 und der Pumpenvortrieb sind so bemessen, daß die von der Pumpe eingespritzte
Brennstoffmenge der vorbeistreichenden Luftmenge genau proportional ist.
-
Die Größe der Vorkammer ist so gewählt, daß -das Gemisch nach beendeter
Verbrennung den gewünschten Druck besitzt, etwa bis 30 oder 33 kg/cm2.
-
In .diesem Augenblick hat der Kolben soeben seinen oberen Totpunkt
überschritten. Das Ventil io bleibt offen, und .das in der Vorkammer 4 enthaltene
entzündete Gemisch tritt in umgekehrter Richtung durch die Öffnung 8 in den Zylinder
i ein, wirkt auf den Kolben und treibt ihn nach unten. Gleichzeitig öffnet sich
das Ventil i i und erleichtert dem brennenden Gemisch den Weg von der Kammer 4 in
:den Zylinder i.
-
Ist der Kolben 5 unten angekommen, gibt er ,zunächst Kanäle 13 zum
Auspuff und dann andere Kanäle 14 frei, durch die ein geeigneter Kompressor Frischluft
in den Zylinder drückt, die dann beim Aufsteigen des Kolbens 5 verdichtet wird.
-
Selbstverständlich können die Öffnung 9 und das Ventil i i fortgelassen
werden, so daß nur die Öffnung 8 und das Ventil io vorhanden sind. In diesem Fall
(Abb.2)befindet sich die Öffnung 8 in der Mittelachse des Zwischenbodens 2. Der
Außenboden 3 hat zweckmäßig die Form eines hohlen Wulstes, wie aus Abb.2 ersichtlich.
Dieser Wulst braucht nicht gekühlt zu werden, er soll im Gegenteil möglichst auf
Rotglut erhitzt sein. Deshalb wird er aus geeignetem Metall, z. B. Wolframstahl,
hergestellt werden.
-
Das Vergaserventil io kann in bekannter Weise gekühlt werden, z. B.
durch inneren Ölumlauf. Seine Führungsstange kann ebenfalls durch Öl oder Wasser
gekühlt werden, um ,das Festfressen zu verhindern.
-
Dieses Ventil kann im besonderen so ausgeführt werden, wie das in
dem deutschen Patent 403 356 angegeben ist, nämlich so, daß der Ventilkegel in voll
geöffnetem Zustand .die Öffnung 8 vollständig freigibt und sich an seiner äußeren
Seite mit einer Abschrägung gegen einen. zweiten., am Boden 3 befindlichen Ventilsitz
anlehnt und auf diese Weise die Ventilspindel abgedichtet wird.
-
Selbstverständlich kann auch das Ventil, falls es eingebaut wird,
ersetzt werden durch einen Schieber, der passende Kanäle freigibt. Ebenso ist es
selbstverständlich, daß der Motor als Viertaktmotor ausgeführt werden kann, wobei
Aus- und Einlaß entweder durch einen Steuerschieber 15 gesteuert werden, der Auspuffkanäle
16 und Einlaßkanäle 17 (A@bb.5) freigibt, oder durch Hilfsauslaß-und Einlaßventile
18 und ig. (Abb. 4).
-
Das Ventil io spielt gleichzeitig in bestimmtem Maße die Rolle eines
Sicherheitsventiles in ,dem Sinne, daß ' bei vorzeitigem Brennstoffaustritt eine
Explosion des Brennstoffgemisches schon bei der Verdichtung erfolgen konnte. Dann
hebt sich das Ventil io von selbst, so daß die Explosion im Verbrennungsraum wirkungslos
verpufft.
-
In Abb. 6 und 7 sind die Vorgänge in der Maschine in ihrer zeitlichen
Folge und Dauer für einen Viertakt- und einen Zweitaktmotor dargestellt.
Es
bedeuten hierin: T die beiden Totpunkte, I' die Verbrennung und Expansion, C die
Verdichtung, L die Luftzufuhr, und zwar La den Anfang und Le das Ende der
Luftzufuhr für Viertakt (Abb. 6), A den Auspuff, und zwar _1a den Anfang und Ae
das Ende,des Auspuffs, O Öffnung des Ventiles io zwischen Zylinder und Zylinderkopf
(Einspritzung, Karburation, Zündung), .S Schließen des Ventils io, B die Spülung
und Luftzufuhr für Zweitakt, und zwar Ba den Anfang und Se das Ende der Spülung
und Luftzufuhr (Abb. i).