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Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen Hie Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Befr'febe, von Brennkraftmaschinen, bei welchemflüssig er Brennstoff
in eine nicht bis zur Selbstzündtemperatur des Brennstoffes verdichtete Luftladung
eingespritzt wird. Es ist bereits bekannt, den Brennstoff vor dem Austritt aus der
Spritzdüse zu heizen. Diese Erhitzung erfolgt aber durch äußere Heizeinrichtungen
und nur in geringem Maße durch Reibung beim Durchgang durch einen engen Kanal.
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Erfindungsgemäß wird der flüssige Brennstoff allmählich in die verdichtete
Luftladung eingespritzt und in seiner Zufuhrleitung nur durch die dort verursachte
Reibungswirkung au@@,rre den Selbstzündungspunkt überschreitenefe Temperatur erhitzt,
so daß er sich beirr» Eintritt in die Luftladung nur infolge seiner eigenen Temperatur,
unabhängig von dem Verdichtungsgrade der Luftladung, entzündet. Der Brennstoff wird
also lediglich durch Reibung so weit erhitzt, daß er beim Austritt aus der Spritzöffnung
in `einen Sauerstoffträger hinein ohne weitere Wärmeaufnahme sich von selbst entzündet.
Es entfallen somit jegliche äußeren Heizvorrichtungen, und man erhält ein gutes
wirtschaftliches Arbeiten der Maschinen.
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Einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt, in welchen bedeutet: Abb. i einen Schnitt durch eine Zweitaktmaschine
mit Spülung, die nach dem neuen Verbrennungsverfahren arbeitet und mit flüssigen
Brennstoffen betrieben werden kann, Abb. 2 :einen Schnitt nach der Linie II-II der
Abb. i in vergrößertem Maßstabe, Abb.3 ein Druckvolumendiagramm unter Erläuterung
verschiedener Phasen des Diesel-Verbrennungsverfahrens, Abb. 4 ein Druckvolumendiagramm
zur Erläuterung der verschiedenen Phasen des Otto-Verbrennungsverfahrens, Abb. 5
ein Druckvolumendiagramm zur Erläuterung der verschiedenen Phasen des Verbrennungsverfahrens
gemäß der Erfindung. In den Abb. 3, 4 und 5 sind die verschiedenen P-V-Diagramme
sämtlich auf wesentlich das gleiche Koordinatensystem abgestellt, um die der Erfindung
eigentümlichen Vorteile klarzustellen. Die Diagramme der Abb.3, 4 und 5 veranschaulichen
den Arbeitsvorgang einer Zweitaktmaschine gemäß Abb. i. Der Auspuff der expandierenden
Gase beginnt an den Punkten A und setzt sich mit der Spülung über das durch die
Punkte R angedeutete Ende des Expansionshubes bis wesentlich zu dem durch die Punkte
C angedeuteten Beginn der Kompression fort. Das neue Verbrennungsverfahren ist nicht
nur für die in der Zeichnung wiedergegebenen Zweitaktmaschinen verwendbar, sondernkannauch
mit
den üblichen kleinen Abwandlungen bei Maschinen verwendet werden, die nach dem Viertaktsystem
arbeiten. Es sei ferner erwähnt, daß die in dieser Beschreibung vorkommenden Ausdrücke
Verbrennungskraftmaschine oder Maschine ganz allgemein nicht nur Maschinen mit hin
und her gehendem Kolben, sondern auch umlaufende Maschinen, z. B. Turbinen, einbegreifen
sollen.
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In Abb. ¢ bedeutet C-M-N-A-B-C das P-V-Diagramm der üblichen Gasmaschine,
das sicheng dem idealen Ottoschen Verpuffungsverfahren annähert. Bei dieser Art
von Maschinen wird der mit der frischen Luft vermischte unverbrannte gasförmige
oder sonstwie verdampfte Brennstoff für die nachfolgende Verbrennung komprimiert.
Infolgedessen kann eine Kompression des Gemisches über ein bestimmtes Maß hinaus,
beispielsweise über den Punkt M hinaus, mit Sicherheit nicht vorgenommen werden,
weil die Gefahr besteht, daß infolge der mit einer solchen Steigerung der Kompression
einhergehenden hohen Temperatur Vorzündung erfolgt. Man kann auch bei Otto-Maschinen,
insbesondere solchen mit Zylindern von großem Durchmesser, nicht über bestimmte
Grenzen hinausgehen, wegen der schon übergroßen Zylinderdrücke und Beanspruchungen,
die der Ottoschen Verpuffung eigentümlich sind.
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In Abb. 3 stellt die in kräftiger Linie gehaltene Figur C-D-E-A-B-C
das,P-V-Diagramm des Diesel-Arbeitskreislaufs für eine Zweitaktölmaschine dar, welcher
vom Standpunkt der mechanisch erwünschten Zylindermindestdrücke während der Brennstoffeinfuhr
und -verbrennung theoretisch ideal ist. Ein solches Diagramm -wird aber in der Praxis
selten, wenn überhaupt jemals, erhalten.
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Die gestrichelt gezeichnete Figur C-D-H-A-L-A-B-C veranschaulicht
das P-V-Diagramm, welches gewöhnlich in der Praxis mit Ölmaschinen erreicht wird,
die nach dem sogenannten Voll-Diesel-Zyklus arbeiten. Es bedeutet D-H eine Drucksteigerung
über die normale Kompression infolge der Verbrennung, welche vor Beendigung. des
Kompressionshubes stattgefunden hat. Eine weitere etwas allmähliche Steigerung des
Zylinderdruckes infolge eines hohen Maßes von Verbrennung während der Brennstoffzufuhr
bis zum Abschlußpunkt L erfolgt gewöhnlich, wie etwa durch die Linie H-L angedeutet.
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Die gestrichelte Figur C-G-D-I-A-B-C veranschaulicht das übliche P-V-Diagramm,
welches man in der Praxis mit Ölmaschinen erzielt, die nach dem sogenannten Halb-Diesel=
Verfahren arbeiten. Derartige Maschinen beruhen nicht allein auf der Wärme der Luftkompression,
um die Brennstoffladung zu zünden, wie dies bei den Voll-Diesel-Maschinen der Fall
ist, sondern müssen zusätzliche Glühzündungsvorrichtungen verwenden, um die Zündung
einzuleiten. Halb-Diesel-Maschinen verwenden im allgemeinen leistungsunfähige und
auch sonst zu beanstandende Zündungs- und Verbrennungsreguliervorrichtungen, wie
Zündkolben, Zündrohre, Zündköpfe, in der Hauptsache, um das Maß der Kompression
und die Arbeitsdrücke zu verkleinern und die Konstruktion der Maschine zu vereinfachen
und zu verbilligen. Sowohl das Ottosche wie auch das Dieselsche Verbrennungsverfahren,
das zur Zeit in Verbindung mit gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen verwendet
wird, unterliegt also einer Beschränkung hinsichtlich einer ausgedehnteren Ausnutzung
infolge von ihm eigentümlichen, im Wesen des Verbrennungsverfahrens begründeten
anwendungsbegrenzenden Eigenarten.
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Im Falle der Otto-Maschinen schließt beispielsweise die obenerwähnte
Gefahr einer schädlichen Frühzündung aus, daß thermisch vorteilhafte Kompressionsverhältnisse
gewählt werden, daß die Zylinderdrücke "auf die wünschenswerte und wirtschaftliche
Höhe entwickelt werden, und daß.gewisse starkwasserstoffhaltige gasförmige Brennstoffe
verbrannt werden, insbesondere in Zylindern von großem Durchmesser.
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Auf ähnliche Weise kann das Kompressionsverhältnis im Falle des Diesel-Verfahrens
nicht so gewählt werden, wie es am besten den Arbeitsbedingungen der Maschine entspricht;
das Maß der Kompression ist vielmehr notwendigerweise innerhalb kleiner Grenzen
festgelegt.
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Allgemein kann gesagt werden, daß bei den Otto-Maschinen die Kompression
nicht hoch genug getrieben werden kann und daß bei der Diesel-Maschine die Kompression
bei weitem zu hoch ist, als daß- sie den Erwägungen entspräche, die sich unter den
Gesichtspunkten der Konstruktion, des Betriebes und der Wärmewirtschaftlichkeit
ergeben.
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Gemäß der Erfindung wird diese mangelnde Schmiegsamkeit des Kompressionsverhältnisses
beseitigt, und zwar ohne daß eine Verwendung sekundärer Zündvorrichtungen erforderlich
wird. Gemäß der Erfindung wird ein neues Verfahren der inneren Verbrennung oder
Verpuffung vorgesehen, welches sich durch folgende Merkmale auszeichnet a) Die Kompression
der Luft kann im wesentlichen auf jede gewünschte Druckhöhe gebracht werden, wie
hoch oder wie niedrig diese auch sei; die Selbstzündung des Brennstoffes hängt nicht
von der Größe der Luftkompression ab.
b) Der zu verbrennende Brennstoff
wird gegen oder am Ende der Kompression allmählich eingeführt; er befindet sich
vor und bei seiner Einführung auf einer Temperatur, welche so weit über die normale
Zündungstemperatur gesteigert ist, daß die Selbstzündung beim Einlaß der Luft lediglich
infolge der gesteigerten Brennstofftemperatur und der im Brennstoff enthaltenen
Wärme erfolgt.
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c) Es erfolgt eine stetige Zufuhr von Brennstoff gesteigerter Temperatur
und mit relativer Allmählichkeit bis zum Abschlußpunkt, an welchem die Zufuhr plötzlich
aufhört.
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d) Gleichzeitige und nachfolgende Expansion der Verbrennungsprodukte.
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e) Die Leistung wird durch Regulierung des Punktes des Abschlusses
des Brennstoffeinlasses beherrscht.
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Demzufolge bezeichnet in Abb.5 die mit kräftigen Linien gehaltene
Figur C-O-R-Q-A-B-C ein P-V-Diagramm des neuen Verbrennungsverfahrens, welches insofern
ideal ist, als die Zylinderdrücke im Gegensatz zu früheren Verbrennungsverfahren
verhältnismäßig niedrig und gleichförmig sind. Ein derartiges ideales P-V-Diagramm
würde aber in der Praxis hinsichtlich der genauen Arbeitsdrücke einer erheblichen
Schwankung unterliegen. Derartige Schwankungen sind bei jedem Verfahren mehr oder
weniger notwendig, um den verschiedenen Faktoren und Verhältnissen, die verschiedenen
Klassen und Qualitäten von Brennstoff und verschiedenen Maschinentypen eigentümlich
sind, gerecht zu werden und sie in Einklang zu bringen.
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Bei Maschinen beispielsweise, welche Zylinder von verhältnismäßig
großem Durchmesser besitzen und mit verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten .arbeiten,
und bei denen die möglichste Verringerung der Zylinderdrücke wünschenswert wird,
würde das ideale P-V-Diagramm etwa so abgewandelt werden, wie dies durch die gestrichelte
Figur C-S-T-U-A-B-C angedeutet ist. Derartige Maschinen mit langsamer Geschwindigkeit
ermöglichen eine allmählichere Zufuhr des Brennstoffes längs eines größeren Teiles
des Kurbelkreises ohne Nachverbrennung und unvollkommene Verbrennung innerhalb des
Arbeits: zylinders, als dies bei Maschinen mit größerer Arbeitsgeschwindigkeit zulässig
ist.
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Gleicher Art ist bei Maschinen, welche mit großen Geschwindigkeiten
arbeiten, und besonders bei Maschinen, welche Zylinder von kleinem Durchmesser besitzen
und deshalb hinsichtlich der Zylinderbeanspruchungen und Drücke keinen Beschränkungen
unterliegen, der Gesichtspunkt der Erzielung niedriger Zylinderdrücke von sekundärer
Bedeutung gegenüber der Sicherstellung, daß der Brennstoff vor dem Auspuff vollständig
innerhalb des Zylinders verbrannt wird. Bei Maschinen mit besonders hoher Geschwindigkeit,
wie sie für Kraft- und Luftfahrzeuge und besonders da in Frage kommen, wo weniger
flüchtige Brennstoffqualitäten verbrannt werden, würde also das ideale P-V-Diagramm
des neuen Verbrennungsverfahrens etwa so abgewandelt werden, wie durch die gestrichelte
Figur C-S-W-A'-A-B-C angedeutet.
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Bei einem gegebenen Kompressionsverhältnis und einer gegebenen Menge
von zu verbrennendem Brennstoff wird ferner die Größe der den Einlaß und die Verbrennung
des Brennstoffes begleitenden Zylinderdrücke durch die Einstellung des Beginnes
der Brennstoffzufuhr und auch durch das verhältnismäßige Maß dieser Zufuhr gesteuert.
Es versteht sich also, daß das neue Verfahren auf keine besonderen Arbeitsdrücke
beschränkt ist.
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In Verbindung mit den Abb. i und z wird nunmehr die Art und Weise
beschrieben, wie flüssige Brennstoffe nach dem neuen Verpuffungsverfahren vorzugsweise
verbrannt werden. Flüssiger Brennstoff wird irgendeiner Injektionspumpe, vorzugsweise
der in Abb. i dargestellten Pumpenanordnung, über das Rohr i i zugeführt. Die Zufuhr
des Brennstoffes erfolgt vorzugsweise unter verhältnismäßig niedrigem Druck, entweder
von einem höher liegenden Behälter oder durch eine in der Zeichnung nicht veranschaulichte
Speisepumpe.
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Die Menge des Brennstoffes, welche durch den Pumpenkolben i z an dem
Austrittsventil 13 vorbei und über das Zuleitungsrohr 15 dem Brennstoffinjektor
i¢ zugeführt wird, kann auf jede beliebige Weise geregelt werden. Vorzugsweise wird
indessen die Menge des so abgegebenen Brennstoffes durch Änderung der Zeitperiode
geregelt, während welcher das Umleitungssaugventil q.7 auf seinem Sitz 16 geschlossen
ist. Dies kann auf jede geeignete Weise geschehen, die an sich nicht Gegenstand
vorliegender Erfindung und deshalb in der Zeichnung nicht im einzelnen dargestellt
ist.
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Der an dem Pumpenaustrittsventil13 vorbeigegangene und durch die Leitung
15 geschickte Brennstoff tritt in den Zerstäuber i ¢ durch irgendeine Leitung ein,
z. B. das gebohrte Loch 17 der eingeschraubten Kappe 26. Während des Durchflusses
des Brennstoffes von der Pumpe durch das Rohr 15, die Leitung 17 und alle benachbarten
Brennstoffkanäle oder Räume befindet sich der Brennstoff durch die Pumpvorrichtung
unter wesentlichem Druck, und er wirkt dementsprechend auf die verschiedenen Teile
der Brennstoffeinspritzvorrichtung.
Gemäß Abb. 2 wird " der Brennstoff
gezwungen, den langen gewundenen Kanal 18 zu durchlaufen, -welcher durch das Kernstück
i g und einen an dieses satt anliegenden gebohrten Teil des Injektars 1¢ gebildet
wird. An dem- Abgabe- oder abgelegenen Ende der Spirale 18 führen weitere Kanäle,
z. B. die gebohrten radialen Leitungen 20, welche mit gerieften Kanälen-21 im Schaftbeil
des Rückschlagventils 22 - zusammenwirken, den Brennstoff zu diesem Ventil und an
dem Ventil vorbei und von da.: zu.. der oder deh Einlaßdüsen-23.
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Das - Rückschlagventil 22. verhindert, daß komprimierte Luft oder
Gase während der Zwischenzeiten zwischen - aufeinanderfolgenden Brennstoffzufuhren
aus'-dem Verbrennungsraum durch die -Injektorkanäle zurückströmen können. Vorzugsweise
wird ein solches Rückschlagventil hl Verbindung mit -Maschinen verwendet, :welche
finit vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten arbeiten. Ein solches Rückschlagventil
kann aber bei kleineren, mit sehr großen Geschwindigkeiten laufenden Maschinen .
-weggelassen werden und soll bei derartigen Maschinen auch weggelassen werden. Die
größ.e Länge und der kleine seitliche Querschnitt des Kanals 18, Dinge, die weiter-
unten mehr- im einzelnen erläutert sind, und die-:vorteilhafte kleine Zeitperiode
zwischen aufeinanderfolgenden Brennstoffabgaben leisten nämlich in sich das gleiche;
wie ein solches Rückschlagventil.
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Der im Arbeitszylinder zu verbrennende Brennstoff wird dem länglichen
Kanal 18 dadurch zugeführt und dadurch durch ihn hindurchgetrieben, daß man ihn;
wie, bereits erwähnt, einem erheblichen Druck unterwirft. Der Brefinstoff wird deshalb
durch, den länglichen Kanal 18 mit einer überaus großen Geschwindigkeit hindurchgetrieben,
weil die Querschnittsfläche des Kanals 18 -gerade im Hinblick auf diesen -Zweck
_ mit Absicht äußerst klein gemacht ist.
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Die - Reibungswirkungen, -. -welche diesen schnellen Durchgang des.
Brennstoffes durch eine so kleine Leitung zu verzögern suchen, bewirken eine Erwärmung
des Brennstoffes bei seinem Durchgang und infolge seines Durchganges durch den Kanal.
- 'Indem man die Länge eines solchen kleinqüerschnittigen Kanals genügend groß macht,'-.
kann der Brennstoff bei seinem Durchgang so weit erwärmt werden, daß seine schließliche
Temperatur bei vollständigem Durchgang durch den Kanal die Zündterriperatür erheblich
überschreitet.
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Es versteht sich natürlich, 'Gag es praktisch unmöglich sein würde,-wenigstens
vom Standpunkte der wirtschaftlichen Fabrikation aus, Löcher von - dem - erforderlichen
kleinen Durchmesser und der- erforderlichen großen Länge zu bohren. Es würde auch
eben so schwierig sein, einen Rohrteil von so kleinem Innendurchmesser zu ziehen,
der gleichzeitig im seitlichen Querschnitt einigermaßen gleichförmig ist und das
erforderliche Maß von Widerstandsfähigkeit gegen die abreibende oder erodierende
Wirkung - des Brennstoffes besitzt.
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Anstatt so umständliche und sonstwie bedenkliche Mittel zu verwenden,
um kleinquerschnittige lange Kanäle zur Erwärmung des Brennstoffes durch Reibwirkung
zu verwenden, werden diese # Kanäle vorzugsweise nach der erläuterten neuartigen
Weise hergestellt.- In Abb. 2 besitzt demzufolge das Kernstück i9 auf seiner -Oberfläche
eine feine stetige Spiralnut. Nach deren Einarbeitung wird es vorzugsweise geschliffen,
um eine satte gleitende Passung- mit der Bohrung des Hauptteiles 14 herbeizuführen.
-Bei dieser neuen Konstruktion vermögen die Wände oder Flächen des Kanals 18 .der
mit dem Durchgange des Brennstoffes - verbundenen Erosion besser zu widerstehen,
da man den Kernteil i g und den Hauptteil 1 ¢ einer geeigneten Wärmebehandlung unterziehen
und härten kann, ohne daß der Kanal mix den Abschilferungen zugesetzt wird; welche
gewöhnlich bei derartigen Härtungsvorgängen entstehen. Es kann ferner das Kernstück
ig herausgezogen und der Kanal von Verstopfungssubstanzen gesäubert werden, falls
etwa fester Fremdstoff durch das in die Brennstoffzufuhrleitung i i eingeschaltete,
in der Zeichnung nicht dargestellte- Sieb hindurchgelangen und den kleinqüerschnitti=
gen- Kanal 18 zusetzen sollte.
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Es ist wohl zu beachten, daß die Funktion der langen Nut 18 darin
besteht, die Temperatur des Brennstoffes beim Durchgang durch die Nut zu steigern.
Diese besitzt vorzugsweise die Gestalt einer Spirale, weil so die größte Länge des
Kanals innerhalb eines gedrängten Bereiches sichergestellt wird. Natürlich ist aber
die Anordnung der Brennstoffheizkanäle und der Zufuhrkanäle zwecks Anpassung ah
die verschiedenen Konstruktions- und Arbeitsverhältnisse innerhalb des Rahmens der
Erfindung der mannigfachsten Abwandlung fähig.
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Beispielsweise kann der längliche Kanal 18, der in der Zeichnung spiralförmig
angedeutet ist, auch andersartig gestaltet werden, so daß er als eine rinnenartige
gerade Nut parallel zur Längsachse des Kernteiles eg verläuft. Es können auch längliche
Kanäle von -so kleiner Größe durch und zwischen sich gegenseitig ergänzenden
Teilen von anderer als- der in der Zeichnung dargestellten GeAtalt. gebildet werden:
- Man könnte- -beispielsweise
in der einen Seite eines flachen scheibenförmigen
Teiles oder im Ende eines zylinderartigen Teiles eine lange kleine Nut oder Leitung
eindrehen, einprägen, einätzen oder sonstwie auf einer ebenen Fläche in Spiralform
einarbeiten und diese Fläche als Anlagefläche fest und satt gegen eine Gegenfläche
drücken, um einen langen Kanal von kleinem Querschnitt oder eine Anzahl derartiger
Kanäle zu bilden. Auch das in Abb. --
veranschaulichte Kernstück i9 kann eine
andere Gestalt besitzen, beispielsweise konisch statt zylindrisch sein, und in diesem
Falle mit einer entsprechenden konischen Bohrung des Teiles i q. zusammenarbeiten.
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Die gemäß der Erfindung vorgesehenen spiraligen oder rinnenförmigen
Kanäle sollen nicht lediglich als Kanäle an sich wirken; sie bezwecken viehmehr
auch, eine Heizwirkung auf den Brennstoff auszuüben und diese Heizwirkung durch
ihren kleinen Querschnitt und große Länge herbeizuführen, also nicht wie früher
dem Brennstoff lediglich eine Wirbelbewegung zu erteilen, ohne Rücksicht auf die
Heizwirkung.
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Die Heizwirkung, welche gemäß der Erfindung auf den Brennstoff ausgeübt
wird, kann in groben Zügen, wenngleich nicht sehr weitgehend, damit verglichen werden,
daß man sich die Hand verbrennt, wenn man versucht, ein Seil aufzuhalten, welches
rasch durch die Hand hindurchgeht. In einem derartigen Falle unterliegt die Hand
einer konstanten Reibwirkung infolge des dauernden Durchganges aufeinanderfolgender
Teile des Seiles, und sie wird fast sofort außerordentlich heiß, während das Seil
anscheinend hinsichtlich einer erheblichen Erwärmung unbeeinflußt bleibt. Dies rührt
daher, daß die Hand einer dauernden Reibwirkung unterliegt, während anderseits auf
jeden Teil des Seiles durch die Hand eine Reibwirkung ausgeübt wird, die nur kurz
dauert und bei den aufeinanderfolgenden Seilteilen nur einmal erfolgt.
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In vorliegendem Falle, wo ein außerordentlich kleiner drahtartiger
Strom von flüssigem Brennstoffe mit hoher Geschwindigkeit durch einen langen Kanal
getrieben wird, unterliegt jeder Teil des Stromes oder der Brennstoffsäule wesentlich
der gleichen Wirkung wie die obenerwähnte Hand, indem er bei seiner Bewegung längs
der Wandflächen des Kanals stetigen Reibungs- und deshalb erwärmenden Wirkungen
unterliegt.
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Während jeder Teil der Kanalwandfläche gleichfalls durch den daran
vorbeiströmenden Brennstoff ähnlichen Reibwirkungen unterliegt, so werden anderseits
doch die Kanalwände bei weitem nicht so hoch erhitzt wie die entsprechenden Teile
des Brennstoffstromes, und zwar hauptsächlich deshalb, weil jeder Teil des Kanals
dauernd einer Kühlwirkung durch herankommende und etwas kältere Teile des Brennstoffstromes
unterliegt. Es ist ferner zu beachten, daß. der Brennstoffstrom mit so hoher Geschwindigkeit
und in einem so kleinen Zeitraum durch den Kanal hindurchgelangt, daß, wenn über-
-haupt, nur wenig Gelegenheit zur übertragung von Wärme von dem fließenden Brennstoffstrom
an .die Kanalflächen gegeben ist. In diesem Zusammenhang ist weiter darauf hinzuweisen,
daß ein großer Teil der auf den Brennstoffstrom ausgeübten Wärmewirkung nicht allein
durch die Reibung gegen die Kanalwände, sondern auch durch die sekundäre innere
Reibung im Brennstoff selbst veT-anlaßt wird. Mit anderen Worten: die Oberflächenreibung
sucht mit den Kanalwänden zu bewirken, daß die den Kanalwänden benachbarte Brennstoffschicht
sich mit geringerer Geschwindigkeit als die inneren Schichten des Brennstoffstromes
bewegt. Hierdurch entstehen Reibungswirkungen zwischen verschiedenen inneren und
äußeren Schichten des Brennstoffstromes, welche als Innenreibung bezeichnet worden
sind, da sie innerhalb des sich bewegenden Brennstoffstromes selbst auftreten.
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Wie bereits erwähnt, unterliegt der Brennstoff einem gewaltigen Druck,
während er durch den Heizkanal 18 und die Einspritz-oder Einlaßdüse 23 hindurchgeht,
und dieser Druck wird bis zu dem Punkt des schließlichen Austrittes aus der Düse
fast gleichförmig gehalten. Der unter solchem Druck befindliche Brennstoff kann
infolgedessen be: deutend über die Temperatur erwärmt werden, bei welcher sonst
unter atmosphärischen Druckverhältnissen destruktive Destillation erfolgen würde,
ohne daß diese Destillation stattfindet und den Kanal und die .Düsenkanäle verschmiert.
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Wenn der erwärmte Brennstoff in. die in dem Arbeitszylinder befindliche
Luftladung .eingelassen wird, welche auf ein den jeweiligen Arbeitsverhältnissen
entsprechendes Maß komprimiert worden ist, wird er lediglich infolge der in ihm
enthaltenen Wärme fast augenblicklich aus seinem ursprünglichen flüssigen Zustand
in einen Zustand überhitzter Vergasung gebracht. Der Grad dieser Überhitzung, sofern
ein solcher überhaupt besteht, hängt größtenteils von dem Wärmeinhalt. vor dem Einlaß
in. dem Zylinder und auch von den Eigenarten des fraglichen Brennstoffes ab.
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Infolgedessen befindet sich der Brennstoff sofort bei seinem Eintritt
in die irr dem Verbrennungsraume 24 befindliche Luftladung nicht nur in einem verbrennungsfähigen
gasförmigen
Zustand, sondern auch auf einer Temperatur, welche
erheblich höher als seine Zündtemperatur liegt. Es erfolgt deshalb eine sofortige
Selbstzündung, und die Verbrennung beginnt praktisch im Augenblick des Beginnes
der Brennstoffeinführung. Das Maß dieser Verbrennung und der entsprechenden Zylinderdrücke
hängt jedoch von dem Maß der allmählichen Brennstoffeinführung ab, und dieses wird
bei einer gegebenen Geschwindigkeit der Maschine durch die Bewegungsgeschwindigkeit
des Brennstoffpumpenkolbens gesteuert.
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Wie bereits erwähnt, tritt der Brennstoff in den Verbrennungsraum
z4 von Anfang an nicht wie bei dem Diesel-Verfahren in einem kalten, flüssigen Zustande,
sondern in einem erhitzten und wesentlich vergasten Zustande ein. Es muß, also bei
dem neuen Verpuffungsverfahren keine Zeitzwischenperiode zwischen dem Augenblick
des beginnenden Brennstoffeintrittes und der beginnenden Selbstzündung des Brennstoffes
verstreichen, und es ist nach dem Brennstoffeinlaß keine Zeitperiode erforderlich,
um den Brennstoff zu erwärmen und zu vergasen, wie dies bei dem Diesel-Verfahren
notwendigerweise der Fall ist. Bei dem neuen Arbeitsverfahren hängen also die Geschwindigkeiten
und der Vollkommenheitsgrad der Brennstoffverbrennung nicht von einem begrenzenden
Zeitfaktor ab; sie sind so in weit höherem Maße als beim Diesel-Verfahren von der
Maschinengeschwindigkeit unabhängig.
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Gemäß der Erfindung ist eine neue Pumpenanordnung für den flüssigen
Brennstoff vorgesehen, gemäß welcher die Größe der Brennstoffzufuhr, die natürlich
die Geschwindigkeit des Brennstoffdurchganges durch den Kanal 18 bestimmt, ohne
Rücksicht auf Änderungen der Maschinengeschwindigkeit jeden gewünschten Wert haben
kann. Verschiedene Qualitäten flüssiger Brennstoffe, insbesondere die schweren Qualitäten
des sogenannten Brennöles, erfordern eine größere Heizwirkung und deshalb eine größere
Strömungsgeschwindigkeit durch den Heizkanal 18 , als andere leichtere und flüchtigere
Brennstoffe, und umgekehrt: In Abb. r erhält der Brennstoffpumpenkolben r z eine
hin und her gehende Bewegung durch den kurbelartigen Antriebsteil 27, welcher
das Glied 28 um seinen Drehpunkt 29 an dem Tragarm 30 schwingt. Dieser
selbst vermag sich um den festen Drehpunkt 3 i zu drehen und kann an dem genuteten
Steuersegment 3z festgelegt werden.
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Die Drehverstellung des Armes 30 ändert die senkrechte Stellung
des geschlitzten Teiles des Gliedes z8 und veranlaßt eine Verlängerung oder Verkürzung
des Abstandes zwischen den Punkteis z9 "und 38 iusd infolgedessen eine schnellere
oder langsamere hin und her gehende Bewegung des Gelenkpunktes 38. Da ohne eine
solche Änderung sich die Pumpengeschwindigkeit direkt mit der Maschinengeschwindigkeit
ändert, würde der Arm 3o bei der langsamsten Arbeitsgeschwindigkeit in der durch
die Linie 33 angedeuteten Stellung, bei der größten Arbeitsgeschwindigkeit in der
in der Zeichnung dargestellten Lage und bei Zwischengeschwindigkeiten in entsprechenden
Zwischenlagen sein.
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Das Verbindungsglied 34 vermag nicht nur den Brennstoffkolben 1z mit
verschiedenen Geschwindigkeiten anzutreiben, sondern auch zu verhindern, daß auf
den Kolben r z seitliche Kräfte ausgeübt werden, und zwar geschieht dies durch das
schwingende Stützglied 3,5 und den geführten Kreuzkopf 36.
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Die Totpunktstellungen der Kurbe139 des Arbeitskolbens und des kurbelartigen
Antriebsteiles 41 der Brennstoffpumpe sind um wesentlich 9o Kurbelgrade außer Phase.
Infolgedessen kann die Brennstoffpumpe dem Brennstoffinjektor 14 den Brennstoff
in wesentlich gleichförmigem Maße zuführen, da der Brennstoffeinlaß nur während
eines vergleichsweise kleinen Teiles der Zeit stattfindet, während welcher die Kurbe14i
durch die Nähe ihrer mittleren Hublage hindurchgeht; d. h. diese mittlere Hublage
der Kurbel 41 fällt mit der oberen Totpunktlage der Arbeitskurbe139, also mit dem
entsprechenden Punkt des ßrennsfoffeinlasses, zusammen.
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Eine der Hauptschwierigkeiten, die sich bei Versuchen ergeben haben,
eine Turbine in den Stand zu setzen, vorbekannte Verpuffungsverfahren auszuführen,
hat darin bestanden, die Kompression der Luft auf Selbstzündungstemperaturen und
Selbstzündungsdrücke zu meistern. Bei Turbinen, welche gasförmige Brennstoffe verwenden,
hat man diese Schwierigkeit durch Verwendung des Ottoschen Verbrennungsverfahrens
mit Funkenzündung umgangen. Bei ölturbinen aber hat sich die Funkenzündung als äußerst
unbefriedigend erwiesen; und die Turbinen, mit denen man die Durchführung des Diesel-Verfahrens
versucht hat, sind durch außerordentlich geringe Wirkungsgrade gekennzeichnet gewesen,
hauptsächlich infolge der den hohen Kompressionsdrücken anhaftenden Schwierigkeiten.
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Es ergibt sich deshalb, daß das neue Arbeitsverfahren gemäß der Erfindung
für öl-Gas-Turbinen besser geeignet ist als frühere Verfahren, weil -die Selbstzündung
sichergestellt werden kann, ohne daß man notwendigerweise hohe Kompressionsdrücke
verwenden muß.
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Die zur Zeit gebräuchlichen Verbrennungskraftmaschinen,
insbesondere
große Maschinen dieser Art, werden dadurch angelassen, daß man komprimierte Luft
an die Arbeitszylinder anstellt und die Maschine mit einem Vorrat an Druckluft,
die zu diesem Zweck komprimiert und in Behältern aufgespeichert werden muß, als
Druckluftmaschine betreibt. Die Einrichtungen zur Aufbewahrung und Komprimierung
dieser Hilfsluft vergrößern die ersten Anschaffungskosten der Anlage erheblich und
bringen weitere Mängel mit sich, welche die Anordnung einer anderen befriedigenderen
Anlaßeinrichtung wünschenswert scheinen lassen.
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Es wird demzufolge ein die Brennstofftemperatur steigernder Injektor
vorgesehen, welcher im wesentlichen dem obenbeschriebenen und in Abb. i und 3 dargestellten
Injektor i q. gleicht und vorzugsweise in einem geeigneten Teil der Wand 25 des
Verbrennungsraumes 24 des Arbeitszylinders gelagert ist. Eine Brennstoffpumpeneinrichtüng,
welche eine Hilfseinrichtung zu der Brennstoffhauptpumpe, aber mit Bezug auf den
Injektor i¢ auf eine der Abb. i wesentlich gleiche Art angeordnet ist, ist vorgesehen
und kann durch von der Maschine unabhängige Mittel angetrieben werden, um die Maschine
anzulassen. D. h. die Kurbel ¢ i der in Abb. i veranschaulichten Hauptpumpe oder
ihr Äquivalent für eine ähnliche, aber hilfsmäßige Pumpe wird während der Anlaßperiode
durch von der Maschine unabhängige Mittel angetrieben.
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Die Umleitungsventile, welche die Einspritzwirkung einer solchen Brennstoffhilfspumpe
für das Maschinenanlassen überwachen, gleichen dem Ventil 47 der Abb. i und werden
durch irgendwelche geeignete Mittel, vorzugsweise die gleichen Mittel, die zum Antrieb
der Umleitungsventile 47 der Hauptpumpe vorgesehen, aber, wie erwähnt, in der Zeichnung
nicht dargestellt sind, zur gegebenen Zeit in Tätigkeit gesetzt. Die Einstellung
dieser Umleitungsventile ist (nur für Anlaßverhältnisse) vorzugsweise so, daß Anlaßbrennstoff
in jeden Arbeitszylinder gelassen wird, dessen Kolben die obere Totpunktlage überschritten
hat und sich auf dem Abwärtshub befindet. Die Menge des so jedem Zylinder zugeführten
Brennstoffes muß natürlich begrenzt sein, um das Austreten gefährlicher Zylinderdrücke
zu verhindern.
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Mittels der neuen Anordnung kann also eine Verbrennungskraftmaschine
mit genau der gleichen Leichtigkeit und Schmiegsamkeit wie eine Dampfmaschine mit
hin und her gehendem Kolben angelassen und betrieben werden. Denn die Zufuhr selbstzündungsfähiger
Brennsubstanz zu den Zylindern einer Verbrennungskraftmaschine erfüllt den gleichen
Endzweck wie die Einführung von Dampf in die Zylinder von Dampfmaschinen.
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Es versteht sich, daß die Anwendung der neuen Erfindungsprinzipien
keineswegs auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist,
viehmehr je nach den besonderen Verhältnissen mannigfache Abwandlungen vorgenommen
werden können. Beispielsweise kann man in Verbindung mit dem neuen, die Brennstofftemperatur
steigernden Injektor eine andere Pumpeneinrichtung vorsehen oder den Injektor selbst
hinsichtlich seiner konstruktiven Einzelheiten abwandeln.