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-Betriebsverfahren für eine gemisch- bzw. luftverdichtende Brennkraftmaschine
Es sind verschiedene Betriebsverfahren für Verbremlungskraftmaschinen bekannt, darunter
auch solche, bei denen die heißen Auspuffgase zur Vorwärmung des in sie eingespritzten
Brennstoffes benutzt werden. Es ist ferner bekannt, Luft für die Anreicherung der
Brennstoffgase mit Sauerstoff zu verwenden und den Brennstoff in dem Zylinder oder
in einer besonderen Kammer zu verdampfen. Bei den bekannten Verfahren gelang es
aber nicht, den Brennstoff so fein zu zerteilen bzw. zu vergasen, daß! eine augenblickliche
und vollständige Verbrennung im Zeitpunkt der Zündung erfolgen könnte, vielmehr
kamen meist erst die äußeren Brennstoffschichten zur Entzündung, während die inneren
Schichten erst allmählich und meist auch nicht vollständig verbrannten. Zumindest
kann mit dem bekannten Betriebsverfahren nicht -ein gleich guter Wirkungsgrad bei
der Verbrennung erzielt werden, als wenn eine augenblickliche, explosionsartige
Verbrennung durch entsprechende Vorbereitung des eingespritzten Brennstoffes möglich
ist.
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Um eine vollkommene Vergasung des in den Zylinder oder in eine Vorkammer
des Zylinderraumes eingespritzten Brennstoffes zu erzielen, wird erfindungsgemäß,
der Brennstoff in die Beißen Verbrennungsgase vor dem Einführen der frischen Verbrennungsluft
eingespritzt, so daß der Brennstoff verdampfen und eine Molekularzersetzung eintreten
kann. Die Zersetzung des Brennstoffes wird vervollständigt durch die zwischen den
Spaltungsprodukten des Brennstoffes, der Luft und den Auspuffgasen eintretende,
thermo-chemische Oxydationsreaktion, wobei der Brennstoff in den Zustand von Kohlenoxyd
bzw. Sauerstoffverbindungen übergeführt wird, die für die Verbrennung geeigneter
sind, als der ursprüngliche Kohlenwasserstoff selbst. Der erforderliche Sauerstoff
wird durch die Zersetzung des Kohlensäureanhydrids und des Wasserdampfes der Auspuffgase
bei luftloser Einspritzung oder im anderen Falle durch die Zerstäubungsluft geliefert.
Dadurch entsteht ein Gas, das -einen hohen Heizwert .besitzt und sich zur Erzielung
einer- raschen und vollständigen Verbrennung eignet, wodurch gleichzeitig höhere
Drehzahlen und überhaupt ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden können. Die zu
einer derärtigen Vorbereitung des; Brennstoffes erforderlichen Betriebsverfahren
weichen je nach den verschiedenen Maschinenarten voneinander in einigen Punkten
ab, beispielsweise wird bei einer gemischverdichtenden Viertaktbrennkraftmaschine
mit Einführung des Brennstoffes vor Beginn des Verdichtungshubes und getrennter
Einführung der angesaugten Ladeluft der Zylinderraum bei Beendigung des Auspuffhubes
in der üblichen Weise durch das Auspuffventil abgeschlossen,
das
Luftansaugungsventilwährend eines Anfangsteiles-des Kolbeneinwärtshubes aber noch.
geschlossen gehalten -und in dieser Zwischenzeit der Brennstoff durch-Druckeinspritzung
oder Lufbeinblasung in den abgeschlossenen, nur mit heißem Abgas erfüllten Zylinderraum
eingeführt, so daß er vor der Vermischung mit der Ladeluft verdampft und chemisch
zersetzt wird.
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Bei luftverdichtenden Zweitaktbrennkraftmaschinen mit ;einer zeitweise
vollständig von dem Arbeitszylinderraum abschließbaren Vorkammer wird diese vor
oder bei Beendigung des Ausdehnungshubes oder während des Auspuffens abgeschlossen,
so' daß sie nur verbrannte Gase enthält und die Brennstoffladung sofort nach dem
Abschluß in die Vorkammer eingespritzt odereingeblasen wird, daß darauf die Kammer
".endgültig während der Luftauffüllung des Arbeitszylinders oder für eine begrenzte
Zeitdauer während des Verdichtungshubes geöffnet wird, so daß, sich der Kammerinhalt
mit Luft von gegebenenfalls höherem Drucke mischt, und daß schließlich die endgültige
Eröffnung und Entleerung der Kammer bei der kurz vor oder bei Beendigung des Verdichtungshubes
erfolgenden Zündung stattfindet.
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Handelt es sich um eine luftverdichtende Viertaktbrennkraftmaschine
mit einer zeitweise vollständig von dem Arbeitszylinderrauzn abschließbaren Vorkammer,
so wird die Vorkammer vor oder bei Beendigung des Ausdehnungshubes oder während
des Auspuffhubes abgeschlossen, so daß sie nur verbrannte Gase enthält, und die
Brennstoffladung wird sofort nach dem Abschluß in die Vorkammer :eingespritzt oder
eingeblasen, darauf wird die Kammer endgültig während des Ansaughubes des Arbeitszylinders
oder für eine begrenzte Zeitdauer während des Verdichtungshubes geöffnet, so daß,
sich der Kammerinhalt mit Luft von gegebenenfalls höherem Druck mischt, und schließlich
findet die endgültige Eröffnung und Entleerung der Kammer bei der kurz vor oder
bei Beendigung des Verdichtungshubes erfolgenden Zündung statt.
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Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der in Frage kommenden
Brennkraftmaschine zur Erläuterung des Wesens der vorliegenden Erfindung wiedergegeben,
und zwar zeigt Abb. i eine Viertaktbrennkraftmaschine mit Einführung des Brennstoffes
vor Beginn des Verdichtungshubes und getrennter Einführung der angesaugten Ladeluft,
während Abb. 2 eine Zweitaktbrennkraftmaschine mit von dem Arbeitszylinderraum abschließbarer
Vorkammer zeigt.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. i sind im Zylinderkopf gegenüber
dem Kolben i ein Auslaßventil 3 und ein Einlaßventil q. und neben diesen eine Einspritzdüse
5 und eine Zündkerze 6 vorges-eheii. Wenn das Ausla.ßventil3 sich .am Ende des Auspuffhubes
schließt, so befindet sich zwischen dem Ventil und dem Kolben f eine gewisse Auspuffgasmenge
2 von hoher Temperatur, in die in diesem Augenblick der Brennstoff nach vorheriger
Zerstäubung eingespritzt wird. Es finden dann die zuvor :erwähnten Reaktionen statt,
die durch die Druckverminderung beim Abwärtsgang des Kolbens noch begünstigt werden.
Darauf öffnet sich das Ventil 4. für das Einlassen von reiner Luft, so daß die Verbrennungsluft
sich mit den gewonnenen Brennstoffgasen während des .weiteren Rückganges des Kolbens
vermischen kann. Durch entsprechende Verzögerung der Ventilöffnung kann ein Verlust
von Brennstoffgas zuverlässig verhütet werden. Die Zündung erfolgt entweder durch
die Zündkerze 6 oder selbsttätig in an sich bekannter Weise.
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Bei der Ausführungsform nach Abb.2 ist im Zylinderkopf eine Vorkammer
i angeordnet, die mit dem Zylinder 2 durch eine kegelig abgesetzte Durchgangsöffnung
3 verbunden ist. Ein Ventil q. schließt die Vorkammer von dem Zylinder 2 ab. Gleichzeitig
ist die Ventilstange mit einer Anzahl auf ihrem Umfang verteilter Kanäle 6 versehen,
-die durch eine mittlere Bohrung 7 und eine Querbohrung 8 gespeist werden, sofern
die Querbohrung beim Senken der Ventilstange in eine Kammer 9 eingreift, die durch
;eine Leitung io mit der Brennstoffpumpe -verbunden ist. Das Ventil. wird durch
eine Stopfbüchse 12 und durch mehrere kleine Nuten i i abgedichtet, die auf der
Oberfläche der Ventilstange 5 verteilt sind. Außerdem wird ein Durchsickern von
Flüssigkeit durch das Ventil selbst verhütet, wenn :es auf seinem Sitz 13 in angehobener
Stellung ruht. Für gewöhnlich verschließt das Ventil durch Anlegen an der kegeligen
Sitzfläche 1q. der Bohrung 3 die Vorkammer unter dem Einfusse der Feder
15 und des Schwinghebels 16. Die Feder 15
besitzt eine genügende
Spannung, um das Ventil. geschlossen zu halten, auch wenn der Zylinderdruck während
der Verdichtung sehr hoch gestiegen ist. Die Öffnung des Ventils wird durch. einen
auf den Schwinghebel 16 einwirkenden Daumen. herbeigeführt, der dass Ventil während
der Entzündung und während der Entspannung geöffnet hält, so daßt während dieser
Zeit die Vorkammer mit deneigentlichen Zylinderraum in Verbindung steht.
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Am Schluß der Entspannung oder während derselben hört zu einem genau
einstellbaren Zeitpunkt die Wirkung des Daumens 17 auf den Schwinghebel 16
auf, so daß die Fedet-
-15 das Ventil q. nach unten drückt` und
die Bohrung 3 verschließt. In diesem Augenblick liegen die Öffnungen 6 der Einspritzkanäle
vollkommen frei, die Querbohrung 8 steht mit der Kammer*9 in Verbindung, und der
Brennstoff wird eingespritzt. Die 'Kammer i bleibt während des Auspuffes und des
Lufteinlasses vom Zylinder getrennt. Die Verbindung mit dem Zylinder wird darauf
entweder endgültig während der Luftauffüllung des Arbeitszylinders oder für eine
begrenzte Zeitdauer während des Verdichtungshubes wieder hergestellt, so daß sich
der Kammerinhalt mit Luft von gegebenenfalls höherem Drucke mischen kann, worauf
schließlich die endgültige Öffnung und Entleerung ner Kammer bei. der kurz vor oder
bei Beendigung des Verdichtungshubes erfolgenden Zündung stattfindet, die entweder
selbsttätig durch Selbstzündung oder elektrisch .geschehen kann.
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Wenn die in Abb. 2 dargestellte Maschine als Viertaktmaschine benutzt
werden soll, so muß in den Zylinderkopf, ,aber außerhalb der Vorkammer, ein Auslaßi-
und .ein Einlaßventil eingebaut werden, die den Auspuff der Verbrennungsgase @bzw.
das Ansaugen der Verbrennungsluft ermöglichen. Die Arbeitsweise würde im übrigen
nahezu die gleiche - sein wie zuvor, die Vorkammer würde vor oder bei Beendigung
des Ausdehnungshubes oder während des Auspuffhubes abgeschlossen werden, so daß
sie nur hocherhitzte, verbrannte Gase enthält, darauf würde die Brennstoff-Ladung
sofort nach dem Abschluß in die Vorkammer eingespritzt oder eingeblasen werden,
so daß die erfindungsgemäß angestrebten Reaktionen zwischen den Verbrennungsgasen
und dem Brennstoff eintreten könnten. Während des Ansaughubes des Aebeitszylinders
würde dann die Kammer @endgültig bis zur Zündung geöffnet werden, oder aber sie
könnte so lange geschlossen bleiben, bis der Zylinderinhalt während des Verdichtungshubes
unter höheren Druck gekommen ist, so daß sich bei vorübergehender Öffnung der Vorkammer
der Kammerinhalt mit Luft von höherem Druck mischt und schließlich die endgültige
Eröffnung und Entleerung der Kammer kurz vor oder bei Beendigung des Verdichtungshubes
im Zeitpunkt der Zündung stattfinden kann.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die folgenden: i. Da
die Einspritzung in ein unter geringem Druck stehendes Mittel erfolgt, so ist es
leichter, dieselbe unter günstigen Arbeitsbedingungen durchzuführen.
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2. Da die vollständige Vergasung der Flüssigkeit in einem indifferenten
Mittel bei hoher Temperatur erfolgt, so kommen bei der Explosion bzw. Verbrennung
nur Gase zur Wirkung; nun' entzünden- sich aber alle Gase ungefähr bei gleicher
Temperatur, so daß ein in dieser -Weise gespeister Motor alle Brennstoffarten gleich
gut verbrennen wird.
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3. Aus demselben Grund kann man die Verdichtung höher treiben und
Motoren mit hohem thermischen Wirkungsgrad ausführen, ohne Knallvorgänge zu befürchten.
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q.. Da das Verbrennungsgas für eine rasche Verbrennung vorbereitet
wird, so wird es möglich sein, die Drehzahl des Motors zu erhöhen und somit das
Gewicht desselben zu verringern, gleiche Leistung vorausgesetzt.
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5. Da die chemische Energie der Verbrennungsgase durch die Wiedergewinnung
der fühlbaren Wärme der verbrannten Gase erhöht wird, so ergibt sich hieraus eine
Verminderung des spezifischen Verbrauches des Motors.