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Luftverdichtende Einspritzbrennkraftmaschine Die Entwicklung der Brennkraftmaschinen,
die mit Einspritzung arbeiten, d. h. bei, denen der Brennstoff am Ende des Kompressionshubes
in die Zylinder eingespritzt wird, ist mit der Vereinfachung der Mittel verknüpft,
durch die die Einspritzung des Brennstoffes Lind die Erhöhung der Umdrehungszahl
der Maschine bewirkt wird.
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Die sogenannte mechanische Einspritzung, die unmittelbar und ausschließlich
durch die mechanische Wirkung einer Brennstoffpumpe mit hohem Druck erfolgt, gestattet
den Fortfall der Einblasluft und des bei Dieselmotoren verwendeten Kompressors.
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Dieses für die Ausführung eines Injektorinotors mit großer Umdrehungszahl
wichtige Verfahren macht fernerhin Mittel erforderlich, durch die die Verbrennung
des eingespritzten Brennstoffes so schnell und so vollständig wie möglich bewirkt
wird. Eine wesentliche Vorbedingung, um zu diesem Ergebnis zu gelangen, besteht
darin, daß die zur @"erbrennung des eingespritzten Brennstoffes bestimmte Luft in
Berührung mit dein Brennstoff gebracht wird, derart, daß sie mit diesem ein homogenes
Gemisch bildet, bei dem jede Partikel des durch die Einspritzung sehr fein zerstäubten
Brennstoffes von einer genügenden Menge Luft umgeben ist, wodurch eine vollkommene
Verbrennung erzielt wird. Auf diese Weise kann die Entzündung der Gesamtmenge dieses
Gemisches nahezu augenblicklich erfolgen, da an jedem Punkt des zur vollständigen
Verbrennung entsprechend zusammengesetzten Gemisches eine Temperatur herrscht, die
größer als die Entzündungstemperatur ist.
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Man hat zu diesem Zwecke bereits vorgeschlagen, einen Teil der von
dem Motorkolben gegen Ende seines Hubes komprimierten Luft durch einen in der Zylinderwandung
befindlichen Kanal zti leiten und vor der Brennstoffeinspritzdüse vorbeizubewegen,
um sie alsdann nach der Vermischung mit dem Brennstoff in einen in dem Zylinderboden
befindlichen Raum zu führen, wo die Entzündung erfolgt.
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Mit einer derartigen Anordnung wird das gestellte Ziel nur unvollkommen
erreicht, da eine innige Mischung nur zwischen dem Brennstoff und dem von dem Motörkolben
bewegten Teil der Luft erhalten wird und keine Mittel vorgesehen sind, um diese
erste Mischung mit der in dein Zylinderboden enthaltenen Luftmenge innig zu vermengen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden,
in dein
Zvlinderboden einen Hilfskolben vorzusehen, der die zwischen diesem und dem Motorkolben
befindliche Luft komprimiert. Auch bei diesen Anforderungen wird in gleicher Weise
ein Teil der komprimierten Luft an den Einspritzdüsen vorbeigeführt. Außerdem hat
der nur an einer seiner Kolbenseiten dem Druck der von dem Motorkolben komprimierten
Luft ausgesetzte Hilfskolben eine beträchtliche Kompressionsarbeit zu leisten.
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Durch die vorliegende Erfindung wird eine innige und gleichmäßige
Mischung zwischen der gesamten Luft oder wenigstens dem größten Teil der von dem
Arbeitskolben verdichteten Luft und dem Brennstoff dadurch erreicht, daß die Luft
gegen Ende des Verdichtungshubes aus einem offenen Aufnahmeraum in einen zweiten,
ebenfalls offenen, umgefüllt wird und beim Überströmen an den Einspritzdüsen vorbeistreicht,
so daß eine innige Vermischung der gesamten Ladeluft und des Brennstoffes stattfindet.
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Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird zu diesem Zweck im Zylinderboden
eine Hilfskolbenpumpe angeordnet, die an ihren beiden Kolbenseiten mit dem Arbeitszylinderraum
verbunden ist und die auf der einen Seite aufgenommene Luft durch einen Kanal, in
den die Brennstoffeinspritzdüsen münden, nach der andern Seite umfüllt.
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Die Erfindung ist schließlich auch anwendbar für Motoren mit gegenläufigen
Kolben, die sich in dem gleichen Zylinder bewegen. In diesem Falle sind in an sich
bekannter Weise die Brennstoffeinspritzdüsen vorzugsweise in einem im Mittelteil
des Zylinders vorgesehenen ringförmigen Vorsprung untergebracht, der eine Einschnürung
des Zylinderraumes schafft. Die Kolben besitzen der Einschnürung angepaßte seitliche
Ausnehmungen.
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Erfindungsgemäß sind dabei die Kolben derart zueinander versetzt angeordnet,
daß sie an ihrem oberen Totpunkt nacheinander ankommen, so daß die Luft in axialer
Richtung an den Einspritzdüsen vorbei lebhaft aus der Ausnehmung des einen Kolbens
in die des anderen bewegt wird, wodurch die innige Vermischung der gesamten Ladeluft
und des Brennstoffes stattfindet.
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In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Es veranschaulichen: Abb. i einen senkrechten Schnitt durch einen Motor
mit quer liegenden Hilfskolben, Abb.2 einen Schnitt durch einen Motor mit einem
konaxial mit dem Motorkolben angeordneten Hilfskolben, Abb. 3 eine schematische
Darstellung eines Motors mit entgegengesetzt angeordneten Kolben, Abb. .I einen
senkrechten Schnitt durch den Mittelteil eines Motors mit entgegengesetzt angeordneten
Kolben, Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie _r--v der Abb..I.
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Bei dem mit Zylinderkopf versehenen Motor nach Abb. i befindet sich
der Kolben i am Ende seiner Bewegung nach oben, so daß nur ein geringes Spiel zwischen
ihm und dem Boden 5 des Zylinderkopfes bleibt. Dieser besitzt einen zylindrischen
Hohlraum 9, in dem sich der Hilfskolben 2 unter dein Einfluß der N ockenscheibe
3 und der Feder d. bewegen kann. Der Hohlraum 9 steht durch Öffnungen 6 und 7 mit
dem Zylinder in Verbindung. In die Öffnung 7 mündet die Einspritzdüse B. Im Augenblick
der Einspritzung verschiebt sich der Hilfskolben 2 in Pfeilrichtung und zwingt den
größten Teil der komprimierten Luft, durch die Öffnung 7 an dem Injektor vorbeizuströmen.
Der Injektor 8 und der Boden 5 des Zylinderkopfes können in bekannter Weise, beispielsweise
durch Wasserumlauf, gekühlt werden.
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Bei dem Motor nach Abb. 2 ist der Hilfskolben io konaxial mit dem
Motorkolben i angeordnet und mit einem oder mehreren Ventilen i i versehen, die
während der Kompression die Luft frei über den Hilfskolben in die Kammer 9 treten
lassen und sich schließen, wenn der erwähnte Kolben durch die Nockenscheibe 3 in
Bewegung gesetzt wird, damit die in der Kammer 9 befindliche Luft durch die Öffnung
7 an dem Injektor 8 sich vorbeibewegt.
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Die beschriebenen Anordnungen lassen sich in besonders einfacher Weise
auf Zweitaktmotoren finit gegenläufigen Kolben anwenden.
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Werden bei einem solchen Motor die mit den beiden entgegengesetzt
arbeitenden Kolben verbundenen Kurbelzapfen der Kurbelwelle etwas abweichend von
18o° zueinander versetzt, so befinden sich die Kolben nicht beide zu gleicher Zeit
am Ende ihrer Bewegung. Die schematische Darstellung der Abb. 3 läßt diese Verhältnisse
erkennen, in der der Kolben B um mehr als i8o° hinter dem Kolben
A
für den Drehsinn F versetzt dargestellt ist. Wenn sich der Kolben A an seinem
unteren Totpunkt I befindet, hat der Kolben B seinen oberen Totpunkt II noch nicht
erreicht. Wenn der Kolben B an seinem oberen Totpunkt IV angelangt ist, so hat der
Kolben A seinen unteren Totpunkt III bereits überschritten.
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Die Abstände I-III und II-IV sind gleich, wenn die Kurbelzapfen der
Kolben A und B
um 18o° versetzt sind. Während der Umdrehung verschieben
sich die Kolben A und B im selben Sinne, und ihr gegenseitiger Abstand schwankt
nur sehr wenig um den Mindestwert (effektiver Totpunkt des Motors).
Es
kann nun die gegenseitige Bewegung der Kolben ausgenutzt werden, um die größtmögliche
Menge der im Zylinder komprimierten Luft am Ende des Kompressionshubes zu zwingen,
vor der Einspritzdüse oder den Einspritzdüsen vorbeizuströmen, während die 1?inspritzung
erfolgt.
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Die Abb..l zeigt eine praktische Ausführung für diesen Fall. Der Kolben
A befindet sich am Ende seines Weges, während der Kolben B noch nicht den Totpunkt
erreicht hat; die größte 'Menge der im Zylinder komprimierten Luft befindet sich
in der Kammer 9, die umgeben ist von dem Kolben B, der Zylinderwandung und der ringförmigen
Einschnürung der Zylinderbohrung 2o, die von einem Vorsprung der Zylinderwandung
gebildet wird und in die eine oder mehrere Einspritzdüsen 8 münden. Der hervortretende
Boden der Einschnürung 2o besitzt Ausnehmungen 21, die den Injektoren gegenüber
angeordnet sind. Wenn der Kolben B :ich seinem Totpunkt nähert, schiebt er die zwischen
dem Boden Ba des Kolbens B und der rinschnürung 2o komprimierte Luft an denEinspritzdüsen
vorbei, in welchem Augenblick die Einspritzung erfolgt.
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Die feste Einsclinürung 2o der Zylinderwandung kann, falls erforderlich,
gekühlt werden, indem an ihrer Innenseite Ausnehrnungen vorgesehen sind, die mit
der Kühlwasserzirkulation in Verbindung gebracht «-erden.
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Ferner kann diese Ausführung der Vorrichtung zum innigen :Tischen
der Luft und des Brennstoffes mit der Ausführung kombiniert werden, bei der eine
schnelle Kreisl:e«-egung der Luft um die Zylinderachse hervorgerufen wird, indem
am Boden des Kolbens "1 und auf der Oberfläche der Einschnürung 2o schräubengangförmige
Teile vorgesehen werden und die oberen Enden der .lusnehmungen 21 schräg angeordnet
werden, derart, daß die schraubengangförmigen Teile und Ausnehmungen einander verlängern
und Schraubengänge bilden.
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Die Vorrichtungen lassen sich noch auf die verschiedenste Weise abändern,
ohne daß der Rahmen der vorliegenden Erfindung überschritten wird.