DE515301C - Schnellaeufer-Dieselmotor mit luftloser Einspritzung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 5. JANUAR 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 a 6 GRUPPE

Rene Lahaussois in Paris

Schnelläufer-Dieselmotor mit luftloser Einspritzung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. August 1924 ab

Die bekannten Vorteile der Wassereinspritzung bei luftloser Einspritzung des Brennstoffs lassen sich deswegen nicht ohne weiteres auf Schnelläufer-Dieselmaschinen, insbesondere Maschinen von kleinen Abmessungen, übertragen, weil die Wassermenge nicht genügend klein gehalten werden kann. Hat man doch schon große Mühe gehabt, die im Verhältnis viel größere Brennstoffmenge sicher zu beherrschen. Diese Schwierigkeit wird gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß unter Beibehaltung der kleinen Zylinderabmessungen der Verbrennungsraum durch Verwendung eines kleineren Verdichtungsverhältnisses vergrößert und der erforderliche Verdichtungsdruck durch Nachladen von Luft mit einer besonderen Ladepumpe gesichert wird. Die Vereinigung der Merkmale: großer Verbrennungsraum, Luftladepumpe, Wassereinspritzung, ermöglicht also, die Dieselmaschine als Schnelläufer und mit kleinen Abmessungen zu bauen. Durch die Verwendung des großen Verbrennungsraumes wird auch die Gefahr vermieden, daß der erzeugte Wasserdampf zu hohe Drücke im Verbrennungsraum erzeugt und hierdurch den Motor zerstört. Anderseits wird durch das Nachladen der Luft die notwendige Zündungstemperatur am inneren Hubende erreicht.

Die der Brennstoffeinspritzung unmittelbar folgende Wassereinspritzung sorgt dafür, daß die Verbrennungstemperaturen nicht so hoch steigen, daß die Verbrennung sich verlangsamt und ein Nachbrennen eintritt. Damit eine ununterbrochene rasche Flüssigkeitsströmung in der gemeinsamen Zerstäuberdüse entsteht und ein Teil des Brennstoffs sich mit dem Wasser emulgiert, wird die Brennstoff- und Wasserzufuhr erfindungsgemäß so gesteuert, daß sich die Brennstoff- und Wassereinspritzung zeitlich überlagern oder unmittelbar aneinander anschließen. Zu diesem Zweck wird das Wassereinspritzventil etwas vor Schluß des Brennstoffventils geöffnet. Dementsprechend ist auch für die Brennstoff- und die Wasserzuführung anstatt zweier gesonderter Einspritzdüsen nur eine einzige Düse vorgesehen, durch welche das Wasser nach dem Brennstoff in den Verbrennungsraum tritt. Hierbei wird auch das Düsenende nach jeder Brennstoffeinspritzung gereinigt, so daß sich keine die Düse allmählich verstopfenden Brennstoffrückstände an der Düsenmündung ablagern können. Die hier verbleibenden Spuren von Wasserdampf wirken zugleich bei der nächsten Verbrennung katalytisch. Sie unterstützen durch ihre oxydierende Wirkung die rasche Verbrennung.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei die folgende Beschreibung an Hand der Zeichnung vorgenommen, welche jedoch nur zwei der möglichen Ausführungsformen des Erfindungsgedankens als Beispiele darstellt. Abb. ι und 2, die im wesentlichen schematisch gehalten sind, zeigen im lotrechten, quer zur Kurbelwellenachse geführten Schnitt bzw. ini lotrechten Längsschnitt einen einzylindrigen, stehenden Zweitakt-Dieselmotor gemäß der Erfindung.

. Abb. 3 und 4, die ebenso wie die folgenden Zeichnungen weniger schematisch sind, stellen in ähnlicher Weise wie die vorhergeh enden Zeichnungen eine dem Motor nach Abb. 1 und 2 entsprechende Maschine dar.

Abb. 5 zeigt im Teilschnitt und größeren Maßstab den Kopf des Motorzylinders und Abb. 6 in Abwicklung den EinspritzventE-kegel.

Der Arbeitszylinder a, sein Kolben b, die Pleuelstange und die Kurbelwelle c sind so ausgebildet, daß der Verdichtungsgrad vergleichsweise klein bleibt, so daß die Verbrennungskammer, die zwischen dem inneren Kolbentotpunkt und dem Zylinderkopf verbleibt, verhältnismäßig groß ist. Der Zylinderkopf ist zweckmäßig nach Art der Abb. 3 und 4 ausgebildet, derart, daß seine Unterseite die Form eines Kegels mit einem rechten Spitzenwinkel besitzt.

Der Zylinder α besitzt im unteren Teil zweckmäßig eine Reihe Auspuffschlitze a°, die über die eine Hälfte des Zylinderumfangs derart verteilt sind, daß sie durch den Kolben b an seinem unteren Hubende freigelegt werden. Die Auspuffgase gelangen dann durch einen Rohrstutzenß¹ ins Freie.

Um trotz des großen Verbrennungsraumes den erforderlichen Verdichtungsdruck zu erhalten, wird während des Verdichtungshubes mittels einer besonderen Ladepumpe t Luft in den Arbeitszylinder α gedruckt. Der von der Kurbelwelle angetriebene Kolben P- der verhältnismäßig großen Luftpumpe erreicht zweckmäßig seinen inneren Totpunkt etwas eher als der Kolben b des Arbeitszylinders. Diese Ladepumpe kann entweder gemäß Abb. ι und 2 eine' selbsttätige Einlaßsteuerung, beispielsweise ein Rückschlagventil#, haben, oder sie wird zweckmäßiger durch ein von einem Nocken, angetriebenes Ventil gesteuert. Die durch die Ladepumpe verdichtete Luft kann, wie dies die Abb. ι und 2 zeigen, durch Schlitze a⁰⁰ in den Arbeitszylinder übertreten, die den Auspuffschlitzen a° gegenüber, jedoch zweckmäßig etwas höher als diese, liegen. In dem Kanal zwischen der Ladepumpe t und den Schlitzen c⁰⁰ ist zweckmäßig ein Ventili² angeordnet, das von einem Nocken» mittels einer Stange ν unter dem Einfluß einer Rückstellfeder v¹ gesteuert wird.

Wesentlich zweckmäßiger (vgl. Abb. 4) wird die in der Pumpet verdichtete Luft durch ein Rohri³ dem Kopf des Arbeitszylinders zugeführt, derart, daß die Mündung <i⁰⁰ des Rohres durch ein Ventil i? mittels eines Nockens u und einer Stoßstange ν gesteuert wird. Ein Rückschlagventil ist am Anfang des Rohrstückes t^s angebracht.

Die Brennstoffeinspritzvorrichtung ist vorteilhaft so ausgebildet, daß sie einen der Form des Zyünderkopfes angepaßten, also zweckmäßig kegelförmigen Brennstoffnebel erzeugt. Zu diesem Zweck ist oben in dem Zylinderkopf ein kegeliger Körper/ eingesetzt, in welchen Spiralnuten eingeschnitten sind. Die Neigung der Kegelerzeugenden des Teiles / ist, insbesondere im Falle der Abb. 3 und 4, die gleiche wie die der Zylinderkopfwandung. Eine Brennstoffleitung i^x im Zylinderkopf mündet zweckmäßig in tangentialer Richtung an einer bestimmten Stelle g¹ der im Kegelkörper/ befindlichen Nutg (Abb. 5) ein im Sinne der Strömung hinter der Einmündung der Wasserleitung i².

Die Brennstoffpumpe ist so eingerichtet, daß sie nur fördern kann, wenn eine bestimmte Förderdruckhöhe erreicht ist. Diese Pumpe ^¹ hat zweckmäßig einen Plunger//¹¹, auf welchen eine Feder q²¹ wirkt, die ihn am Saughub ende zu halten sucht. Der Brennstoff wird in ein Gehäuse w¹ gefördert, dessen unterer Teil w¹¹ unter Zwischenschaltung eines Ventils W²I mit dem nicht dargestellten Brennstoffbehälter in Verbindung steht. Der obere Teil des Gehäuses w¹ steht durch ein Rohr f¹ mit der Zuleitung z¹ im Maschinenkopf, und zwar entweder unmittelbar oder besser unter Zwischenschaltung eines Behälters A¹ in Verbindung, der als Windkessel zur Erzeugung eines elastischen Druckes dient. Liegt, wie in Abb. 1 und 2 angenommen ist, der Schwingzapfen des Antriebsdoppelhebels r¹ fest, so wird der Hebel zweckmäßig unter Zwischenschaltung einer Schraubenfeder s¹³ von einem Exzenters¹ angetrieben, der auf einer Welles¹¹ sitzt, die ihrerseits in geeigneter Weise mit der Kurbelwelle c verbunden ist. Zum Zweck der Förderbegrenzung kann die Schwingachse des Doppelhebels r¹ vorteilhaft auch so angeordnet sein, daß sie sich parallel zur Achse des Plungers ¹ verschieben läßt.

Die Steuerung der Brennstoffzufuhr erfolgt zweckmäßig durch eine durch die Feder λ:¹ belastete Nadel έ¹ (Abb. 3), die sich in einem Teil der Leitung/¹ führt. Zum Antrieb dieser Nadel dient beispielsweise ein Gestänge o¹, das von einem Nocken m¹ einer Zwischenwelle angetrieben wird. Infolge des

stets vorhandenen elastischen Druckes auf den Brennstoff wird die ganze zugeführte Brennstoffmenge vom ersten bis zum letzten Augenblick der Zerstäubungsdauer vollkommen vernebelt.

Mit dieser Brennstoffeinspritzung in enger Verbindung steht die Wassereinspritzung, die vorteilhaft der eben beschriebenen Brennstoffeinspritzvorrichtung entsprechend ausgebildet

ίο ist. Auch die Wassereinspritzung benutzt die gleichen Hohl- bzw. Vollkörper £ und / mit der kegeligen Schraubennut g. Das Wasser wird aus der Leitung;² zugeführt, die so im Zylinderkopf angeordnet ist, daß ihre Mündungssteile g-s in die Düsennut g, in der Strömungsrichtung genommen, vor der Mündung ^^-1 der Brennstoffzufuhr der Brennstoffleitung i¹ liegt. Durch diese Ausbildung reinigt das unmittelbar nach dem Brennstoff eingespritzte Wasser den Düsenkanal g ständig, so daß verkohlte Brennstoffrückstände sich hier nicht ansammeln und den feinen Kanals verstopfen können.

Als Einspritzwasser wird zweckmäßig destilliertes Wasser verwendet, damit jede Gefahr der Abscheidung von Verunreinigungen des Wassers vermieden wird, die die Einspritzvorrichtung verstopfen können. Dieses destillierte Wasser kann vorteilhaft dadurch erhalten werden, daß die zu seiner Herstellung notwendige Wärme dem Motor selbst, und zwar besonders seinem Auspuff, entnommen wird.

Die Arbeitsweise des Motors ist im wesentliehen die folgende:

Sobald die Auspuffschlitze a° beim Einwärtsgang vom Kolben überdeckt worden sind und die Verdichtung der im Arbeitszylinder vorhandenen Luftmenge erfolgt, hebt sich das Ventil t² an, so daß zugleich im Verdichtungshub die Zusatzluft aus der Ladepumpe t in den Arbeitszylinderraum gedrückt wird. Hierdurch ist trotz des großen Verbrennungsraumes des Arbeitszylinders am Ende des Verdichtungshubes die Luft so hoch verdichtet, daß bei der nun folgenden Brennstoffzufuhr durch den Düsenkanal g die Selbstzündung des Brennstoffes eintritt. Die Verbrennung dauert unter Temperaturerhöhung während der ganzen Dauer der Brennstoffzufuhr an, jedoch sorgt das sich unmittelbar anschließende oder zweckmäßig mit dem letzten Brennstoff gemeinsam eintretende Wasser durch seine Verdampfung dafür, daß die Verbrennungstemperatur sich nicht so hoch steigert, daß eine langsamere Verbrennung eintritt. Hierdurch wird also die Verbrennung des Brennstoffs so beschleunigt, daß der Motor als Schnelläufer verwendet werden kann.

Nach dem Entspannen und Auspuffen des Gemisches wiederholt sich das Arbeitsspiel.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Schnellauf er-Dieselmotor mit luftloser Brennstoff- und Wassereinspritzung, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum des Arbeitszylinders in bekannter Art vergrößert ist und der erforderliche Verdichtungsdruck durch Nachladen von Luft mit einer besonderen Pumpe in an sich bekannter Weise erzielt wird, wobei Wasser in ebenfalls bekannter Art gegen Ende der Brennstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum eingespritzt wird, dergestalt, daß beide Einspritzungen sich unmittelbar einander anschließen, indem sich das Brennstoffzuströmventil ganz kurze Zeit vor dem Augenblick schließt, in welchem sich das Wasserzuströmventil öffnet, so daß eine ununterbrochene rasche Flüssigkeitsströmung in der gemeinsamen Zerstäuberdüse entsteht und ein Teil des Brennstoffes sich mit dem Wasser emulgiert.
2. 2. Motor nach Anspruch 1 mit kegelförmigen Verbrennungsräumen, an dessen Spitze die Einspritzdüse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einspritzdüse aus einer auf einem Gegenkegel liegenden einzigen Schlangenleitung besteht.
3. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserzutrittsstelle (g²) im Düsenrohr (g) von der gemeinsamen Austrittsstelle des Brenn-Stoffs und Wassers weiter entfernt liegt als die Brennstoffzutrittsstelle (g¹)-
4. 4. Motor nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittskanal für den Brennstoff tangential in die Schlangenleitung hinter dem Eintrittskanal für das Wasser mündet.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen