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Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen mit Gemischeinspritzung
Es ist bereits ein Verfahren zum Betriebe von Brennkraftrnaschinen mit Gemischeinspritzung
bekannt, bei welchem man zunächst ein mit Luft gemischtes armes Gas während des
Saughubes zuführt, worauf die Kompression dieses armen Gemisches und schließlich
am Ende der Kornpression die Zuführung einer neuen Gemischladung in stark verdichtetem
und erhitztem Zustande erfolgt. Aber dieses bekannte Verfahren ist für flüssigen
Brennstoff, wie schweres 01, nicht anwendbar, weil die während des Saughubes eingeführte
Flüssigkeit durch den Unterdruck abgekühlt und auf die Zylinderwandungen niedergeschlagen
werden würde, anstatt sich mit der Luft zu mischen.
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Es ist ferner ein Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen bekannt,
bei welchem man einen ersten Bruchteil flüssigen, unvermischten Brennstoffs während
des Kompressionshubes einspritzt, während der Rest des Brennstoffs nahe dem oberen
Totpunkt des Kolbens zugeführt wird.
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Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die zweite Brennstoffzuführung
eine Abkühlung des in dem Zylinder verdichteten Gemisches hervorruft, wodurch die
Zündung in Frage gestellt und Fehlzündungen hervorgerufen werden. Überdies gestattet
das bekannte Verfahren, nur Maschinen mit geringer Geschwindigkeit zu bauen, wobei
die Geschwindigkeit nur in geringen Grenzen änderbar ist.
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Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die vorstehenden Nachteile
zu beseitigen. Sie ermöglicht es, sehr schwere flüssige Brennstoffe zu benutzen,
welche einen hohen Zündpunkt und erhöhte Viskosität besitzen, und- trotzdem eine
regelmäßige Zündung, eine hohe und regelbare Geschwindigkeit und schließlich eine
Leistung pro Liter zu erreichen, die mit derjenigen von Benzinmotoren verglichen
werden kann.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von
Brennkraftmaschinen mit Gemischeinspritzung, bei welchem die« Maschine reine Luft
ansaugt oder zugeführt erhält und man einen ersten Bruchteil des einzuspritzenden
reichen Brennstoff-Luft-Gemisches während des Kompressionshubes zuführt, während
der Rest des reichen Gemisches nahe dem oberen Totpunkt
eingeführt
wird. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß gleichzeitig mit der zweiten Gemischeinspritzung
eine Wärmezufuhr bewirkt wird, welche die Zündung der Gesamtladung in demjenigen
Augenblick hervorruft, in welchem die zweite Gemischeinspritzung erfolgt.
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Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Wärmezufuhr durch
die Erhitzung verwirklicht, welche in der zweiten Teilladung des reichen Gemisches
durch dessen zum Zwecke der Einspritzung erfolgende Verdichtung außerhalb des Arbeitszylinders
erzeugt wird. Hierbei ist es möglich, diese Einspritzverdichtung mit Genauigkeit
zu regeln und so das zweite Teilgemisch in dem Augenblick, seiner Einführung auf
eine Temperatur zu bringen, die mindestens gleich der Selbstzündungstemperatur der
Gesamtladung der Maschine ist.
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Bremikraftmaschinen, die gemäß dem vorstehend geschilderten Verfahren
arbeiten, sind beispielsweise auf den Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt einer gemäß dem vorliegenden Verfahren
arbeitenden Brennkraftmaschine.
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Abb.2 ist ein Diagramm, welches die Drücke in den Zylindern entsprechend
dem Drehungswinkel der Arbeitskurbel zeigt.
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Abb.3 und q. sind ein Längsschnitt bzw. ein Ouerschnitt durch einen
Zweitaktmotor, der gemäß dem vorliegenden Verfahren mit Brennstoff versorgt wird;
die Schnitte sind nach der gebrochenen Linie 3-3-3 bzw. nach der Linie 4-4 geführt.
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Abb.5 ist ein senkrechter Schnitt durch das Einspritzventil und seinen
Ventilkörper. Die in Abb. i schematisch dargestellte Brennkraftmaschine besitzt
einen Zylinder i, in dem sich der Kolben 2 bewegt. Der Zylinder wird mit reiner
Luft durch nicht dargestellte Mittel gefüllt. Ein anderer Zylinder 3 mit einem Kolben
.4 steht mit dem Zylinder i in Verbindung. Wenn der Zylinder i im Zweitakt arbeitet,
so geht der Kolben 4. einmal hin und zurück, wenn der Kolben 2'die gleiche Bewegung
ausführt. Wenn der Zylinder i im Viertakt arbeitet, so macht der Kolben 4 eine Hinundherbewegung,
wenn der Kolben 2 zwei Hinundherbewegungen macht. Die Kurbel des -Kolbens ¢ ist
mit Bezug auf die Arbeitswelle des Zylinders z derart in den beiden Fällen aufgekeilt,
daß der Kolben an seinem oberen Totpunkt einige Grade vor dein Kolben 2 anlangt.
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Der Zylinder 3 wird mit Hilfe von nicht dargestellten Mitteln mit
einem Gemisch aus Luft und Brennstoff gefüllt, welches genügend reich an Brennstoff
ist, damit das Gemisch sich nicht von selbst entzündet, wenn es auf eine hohe Temperatur
gebracht wird.
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Die beiden Zylinder stehen durch eine Leitung 5 miteinander in Verbindung;
die Leitung findet ihre Fortsetzung in einem Kanal 6, der in eine Nut 7 mündet,
die von einem Ventil 8 abgeschlossen wird, welches durch eine Feder io auf seinen
Sitz g gedrückt wird. Der Zylinder 3 besitzt einen toten Raum, zu welchem die Teile
5, 6 und 7 gehören, wobei die Verdichtung in diesem Zylinder höher ist als diejenige
in dem Zylinder i.
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Die Wirkung findet in der unten beschriebenen Weise statt, wobei von
dem Zeitpunkt ausgegangen ist,. wo die beiden Kolben genau ihren unteren Totpunkt
einnehmen und wobei angenommen ist, daß der Zylinder i im Zweitakt arbeitet.
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In Abb. 2 sind als Abszissen die Drehungswinkel der Arbeitskurbel
aufgetragen. Der Punkt o° entspricht dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens, und
infolgedessen entspricht der Punkt iSo° dem oberen Totpunkt dieses Kolbens.
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Als Ordinaten sind die Drücke aufgetragen.
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Die Kurve I zeigt den Druck in dein Arbeitszylinder i. Die Kurve Il
zeigt den Druck in dem Einspritzzylinder 3. Während des der Abszisse O, a
entsprechenden Winkels bleibt das Ventil 8 durch die Feder io geschlossen. In dem
Punkt a findet sich die Differenz der Ordinaten A, B der beiden Drücke, welche
der durch die Feder io auf das Venti18 ausgeübten Kraft entsprechen. Dieses Venti18
öffnet sich und macht den Weg für die erste Einspritzung frei, welche der Periode
a, c entspricht, während welcher der Druck in dem Arbeitszylinder gemäß B, C wächst.
Diese Drucksteigerung wird einerseits durch die Bewegung des Kolbens 2 und andererseits
durch die Zuführung eines Teils des reichen Gemisches erzielt, welches sich in der
Luft des Arbeitszylinders verteilt. In dem Abszissenpunkt c schließt sich das Ventil
8 unter der Wirkung seiner Feder io, und die Drücke verlaufen während des Teils
c, d des . Kreisprozesses nach der Linie C-D in dem Zylinder i und nach der Linie
C-E in dem Zylinder 3.
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In dem Punkt d findet sieh die Ordinatendifferenz D, E, welche
gleich A, B ist; in diesem Punkt öffnet sich das Ventil 8 wie in dem Punkt
a und gibt den Weg für die zweite Einspritzung frei, bei der sich die zweite Ladung
in dem Arbeitszylinder verteilt.
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Die volumetrischen Verhältnisse der beiden Zylinder sowie das Ventil
8 und seine Feder sind derart bemessen, daß einerseits die
zweite
Einspritzung nur einige Grade vor dem oberen Totpunkt eintritt und daß andererseits
das in dem Einspritzzylinder in diesem Augenblick verdichtete reiche Brennstoffgemisch
durch die Verdichtung genügend erhitzt wird, damit die Zündung der Gesamtladung
bei der Einspritzung des Gemisches in das von c bis d in dem Arbeitszylinder verdichtete
und durch diese Verdichtung erhitzte luftreiche Gemisch erfolgt.
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Die Erfindung erstreckt sich auf das oben beschriebene Verfahren,
gleichgültig, welches die besondere Art und die besondere Anordnung der für die
Ausführung der Brennkraftmaschine verwendeten einzelnen Teile ist, wobei auch die
Drennkraftmaschine nach dem Zweitakt- oder nach dem Viertaktverfahren arbeiten kann.
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Man kann beispielsweise eine Zweitaktbrennkraftmaschine gemäß der
Erfindung mit der aus den Abb. 3 bis 5 ersichtlichen Bauart ausbilden, welche aber
keinen Teil der Erfindung bilden soll.
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Diese Maschine besitzt einen Arbeitszylinder toi, dessen Arbeitskolben
2o2 in diesem Zylinder 2o i gleitet und durch eine Schubstange 22o mit der Kurbelwelle
221 verbunden ist, die zwei Exzenterscheiben 2231, 223= trägt, die um einen bestimmten
Winkel gegenüber der Kurbel zu dem weiter unten auseinandergesetzten Zweck versetzt
sind.
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Die Exzenterscheiben 2231, 2232 sind von Ringen 2241, 2242 umgeben,
die bei 2251, 2252 an Steuerstangen 2261, 2262 angelenkt sind. Jede dieser Stangen
ist an zwei Punkten 2271, 2281. .. an dem Maschinenrahmen geführt.
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Diese Steuerstangen 2261, 2262 sind an dem Flansch 229 des Einspritzkolbens
2o4 befestigt, der in dem Einspritzzylinder 203 sich bewegt. Dieser Zylinder steht
einerseits bei 2io mit dem Vergaser a11, 2i2 und andererseits an seinem Unterende
mit dem Verbrennungsraum des Arbeitszylinders toi durch ein mit einer Feder versehenes
Venti12o6 in Verbindung.
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Der untere Teil des Einspritzzylinders 203
ist durch einen herausnehmbaren
Boden 170
abgeschlossen, der zwischen den Einspritzzylinder 203 und
den Arbeitszylinder toi geklemmt ist; dieser Boden dient gleichzeitig als Führung
für das Einspritzventil :2o6.
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Der Einspritzkolben 2o4 besitzt eine gleichachsig zu ihm verlaufende
Verlängerung 2,39, die als Spülkolben dient.
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Eine Kammer 231 zum Ansaugen und Verdichten der Spülluft ist in der
oberen Haube der Brennkraftmaschine zwischen dem Spülluftkolben 230 und dem
Boden dieser Haube angeordnet.
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Die I-Zammer23i# steht durch obere Schlitze 233 mit einer Leitung
234 für die Spülluft in Verbindung. In der Leitung ist ein Lufteintrittsventil 235
angeordnet. Die Leitung mündet durch Schlitze 236 in den Arbeitszylinder 2o1. Schlitze
237 ermöglichen das Ableiten der verbrannten Gase durch die Spülluft.
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Die oben beschriebene Maschine wirkt in folgender Weise: Während der
Verdichtung des reichen Brennstoffgemisches, d. h. wenn der Arbeitskolben 2o2 und
der Einspritzkolben 204 sich unter der Wirkung der Kurbelwelle 22i einander nähern,
wobei sie sich in Richtung der Pfeile 24o bzw. 241 bewegen, schließt der Arbeitskolben
202 die Schlitze 236, 237 ab, während der Einspritzkolben 2o4 das durch die Öffnung
2io in die Kammer 203 eingetretene reiche Brennstoffgemisch verdichtet und
alsdann in den Arbeitszylinder toi fördert, wobei das Ventil 2o6 von seinem Sitz
abgehoben wird. Diese Wirkungsweise vollzieht sich gemäß dem Diagramm, welches in
Abb. 2 dargestellt ist.
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Gleichzeitig ruft der Spülluftkolben 230,
der sich ebenfalls
in Richtung des Pfeiles 241 bewegt, in der Kammer 231 einen Unterdruck hervor, wodurch
Luft durch das Ventil 235 in die Leitung 234 und in die Kammer 231 eingesaugt wird.
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Bei dem folgenden Kolbenhub (Entspannung) entfernen sich die Kolben
204 und 2o2 voneinander, wobei der Kolben 204 zunächst ein gewisses Vakuum in der
Kammer 203,
alsdann eine gewisse Entspanung des durch die Öffnung 2io aus
dem Vergaser 211, 212 in diese Kammer eingetretenen Gemisches hervorruft.
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Gleichzeitig verdichtet der Spülluftkolben 23o die in der Kammer 231
enthaltene Luft; darauf fördert er diese Luft durch die Schlitze 236 in den Arbeitszylinder
201, sobald diese Schlitze durch den Arbeitskolben am Ende seines Arbeitshubes geöffnet
werden. Die Spülluft treibt alsdann die verbrannten Gase aus, die durch die Schlitze
237
entweichen.