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Mit Fremdzündung arbeitende, gemischverdichtende Brennkraftmaschine
für flüssige Brennstoffe Die Erfindung bezieht sich auf mit Fremdzündung arbeitende
gemischverdichtende Brennkraftmaschinen für flüssigeBrennstoffe, wobei der Brennstoff
nicht wie sonst meistens üblich zusammen mit der Luft als Gemisch eingeführt wird,
sondern eine getrennte Einführung von Luft und Brennstoff vorgenommen wird, so.
daß die Verdampfung und Mischung erst im Zylinder .der Brennkraftmaschine .erfolgt.
Bei derartigen Maschinen hat man bisher eine meist unvollständige Mischung zwischen
Brennstoff und Luft festgestellt, weil einerseits die Dauer der Brennstoffeinspritzung
nur verhältnismäßig kurz ist und weil andererseits die Brennstoffeinspritzung und
der Lufteinlaß nur schwer zeitlich richtig gegeneinander eingestellt werden können.
Insbesondere hat man zwar versucht, den Brennstoff möglichst in die Nähe der Zündkerzen
zubringen, jedoch hat man auch hierbei versäumt, auf einen wichtigen Punkt, nämlich
die erforderliche Vorwärmung des Brennstoffes zu achten, so daß man dann zu einem
verhältnismäßig hohen Brennstoffverbrauch kam, um überhaupt einen Betrieb aufrechterhalten
zu können. Einerseits verursacht dieser hohe Brennstoffverbrauch aber wiederum eine
unvollständige Verbrennung, demzufolge eine stärke Rußablagerung und einen qualmenden
Auspuff, und andererseits wird hierdurch auch gerade der beabsichtigte Zweck der
getrennten, Einführung, nämlich die Brennstoffersparnis illusorisch.
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Der Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, daß eine wirksame Zündung
nicht in. erster Linie dadurch bedingt wird, daß der Brennstoffstrahl möglichst
in die Nähe der Zündkerze geleitet wird, sondern dadurch, daß ,in der Nähe des erzeugten
Funkens eine möglichst hohe Dampfdichte geschaffen wird. Hierzu ist es nötig, nicht
nur einen Teil des Brennstoffes gegen die Zündkerze zu leiten, sondern auch diesen.
Brennstoff vorzuwärmen. Andererseits muß dann aber auch dafür gesorgt werden, daß
eine gute Durahmischung des; Brennstoffes in seiner Gesamtmenge erfolgen kann.
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Alles das läßt sich mit der Erfindung erreichen, und zwar dadurch,
daß der Brennstoff in einem einzigen Strahl oder in zwei getrennten Strahlen in
den. Zylinder eingespritzt wird und daß der eine Teil des; einzigen Brennstoffstrahles
bzw. der eine der beiden Strahlen. nach der Stirnseite des Einla,ßventiltellers
gerichtet ist, während der andere Teil
des einzigen Brennstoffstrahles,
bzw. der andere der beidem Strahlen entweder in gerader Richtung zu der Zündvorrichtung
geleitet oder zu dieser abgelenkt wird. Der ,Hauptteil des Brennstoffes wird dabei
in jedem Fall gegen :das Einlaßventil gerichtet sein müssen, und der andere Teil,
der gegen die Zündvorrichtung gerichtet ist, wird vorgewärmt, indem er zuerst gegen
einen, wärmespeichernden Körper trifft, von dem. er gegen die Zündvorrichtung abgeleitet
wird. Bei Viertaktmaschinen, bei denen die Ventile im Zylinderkopf angeordnet sind,
kann der Brennstoff auf .dem Wege zur Zündworrichtung zuerst gegen das Auslaßventil
gerichtet werden.
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Es, ist aber auch möglich., in der Nähe der Zündvorrichtung einen
besonderen, etwa als Prellfläche wirkenden Körper anzuordnen, der die nötige Wärme
aufspeichert. Dieser Körper wird in seiner Form oder Anordnung so gewählt, daß seine
Temperatur während des Betriebes über dem Vendampfungspunkt, aber unter dem Zündpunkt
des. Brennstoffes liegt. Durch thermostatische Vorrichtungen usw. kann man unter
Umständen auch die Temperatur dieses wärmespeichernden Körpers verändern, um 'hierdurch
eineAnpass:ung an die verschiedenen Betriebsverhältnisse zu erreichen.
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Da die jeweils in den Zylinder eingeführte Brennstoffmenge mit der
Geschwindigkeit der Maschine veränderlich ist, die zur Aufrechterhaltung.einer regelrechten
Zündung erforderliche Brennstoffmenge aber auch bei niederen Geschwindigkeiten ein
bestimmtes Maß nicht überschreiten darf, wird zweckmäßig dafür gesorgt, daß zwar
auch diese in die Nähe der Zündvorrichtung geführte Brennstoffmenge sich mit der
Gesamtmenge aber in geringeren, Grenzen ändert, so daß stets eine regelrechte Zündung
aufrechterhalten werden kann: D ieEinspritzvorrichtung wird ferner zweckmäßig im
ganzen so ausgebildet, daß der Brennstoff etwa in Form eines Kegels in den Zylinder
eintritt und dann beim Auftreffen auf den Ventilteller .des Einlaßwentils den ganzen
Umfang dieses. Tellers bestreicht. Es tritt dann auch hier eine gute Mischung mit
der Luft und die erforderliche Durchwirbelung ein.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt; und zwar
zeigt Fig. i einen mittleren senkrechten Schnitt durch den Zylinderkopf einer ersten
Ausführung und Fig.2 einen gleichen Schnitt durch eine zweite Ausführung.
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Fig. 3 ist ein senkrechter Schnitt durch die Einspritzdüse. Die Ausführungsbeispiele
zeigen zwar schematisch Zylinderanordnungen von Viertaktmaschinen, jedoch kann die
Erfindung auch für Zweitaktmaschinen Anwendung finden.
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Bei der Ausführung mach Fig. i ist ein Zylinder i angedeutet, der
von einem Kühlmantel umgeben ist und der im oberen Teil etwa stumpfkegelförmige
Ausbildung hat, so daß: in den einender gegenüberliegenden Wandungen 3 rund 4 die
Ein- und Auslaßven:tile untergebracht werden können. Das Einlaßventil besteht aus,
einer Ventigstange 6, die in dem üblichen Lager 7 gleitet und vorn den Ventilteller
9 trägt, der sich gegen den Ventilsitz io legen kann. Die entsprechenden Teile :des
Auspuffventils sind mit ii, i2 und 13 bezeichnet.
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Im Zylinderkopf zwischen :den Ventilen ist die übliche Zündkerze 14
angeordnet, die in den, Gewindeteil 16 eingeschraubt ist und, die beiden Elektroden
17 und i& aufweist. Zweckmäßig liegen diese Elektroden, wie dargestellt, gegen
das Zylinderinnere etwa zurückgesetzt in einer Aussparung.
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Die Brennstoffeinspritzdüs.e besteht aus einem etwa zylindrischen
Teil 2o, der durch den Kühlmantel hindurch in die Zylinderwandung eingesetzt ist.
Durch Dichtungen 29 und 31 und Schrauben oder ähnliche Befestigungsmittel kann der
richtige Anschluß erfolgen. Der vordere, in den Zylindern hineinragende Teil ist
zu einer Düse 2i ausgebildet, welche eine mittlere große Bohrung 22 sowie eine kleinere
exzentrisch abgehende Bohrung 25 trägt. Die Öffnungen stehen durch eine mittlere
Längsbohrung mit der Brennstoffzuleitung 35 in Verbindung, die etwa .durch eine
Übenvurfmutter 36 an den hinteren Teil der Düse 37 angeschlossen werden kann. Die
mittlere große Öffnung 22 wird durch ein Ventil 21 abgeschlossen, dessen Schaft
26, 4o am: hinteren Teil auf einem Gewinde Muttern 41, 43 trägt, die zum
Einstellen, einer Feder 42 dienen, welche einerseits an der Mutter 42-, andererseits
an einer Schulter der Innenbohrung des Körpers 2o anliegt und den Ventilschaft 40
umgibt. Das Ventil 21' arbeitet mit einem entsprechend kegelig geformten Sitz
23 am vorderen Ende der Düse 21 zusammen, ohne jedoch. die kleine Öffnung
25 abzudecken..
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Wenn also die Pumpe entsprechend der Maschinengeschwsnd'igkeit 'den
Brennstoff fördert, so wird dieser einerseits durch die Mittelbohrung des Düsenkörpers
hindurch zur Öffnung 25 gelangen, und aus dieser in einem feinen Strahl austreten.
Ferner wird aber auch der Druck,des Brennstoffes, der sich mit der Maschinengeschnvindigkeit
ebenfalls verändert, das Ventil 21' von seinem. Sitz etwas
abheben,
so daß der Brennstoff an diesen Ventil vorbei ebenfalls, in den Zylinder eintreten
kann. Da die Öffnung 22 bedeutend größer ist als die Öffnung 25, wird hier die Hauptmenge
des Brennstoffes austreten. Der unmittelbar hinter dem Ventil 21' liegende Tei126
des Ventilschaftes: ist zweckmäßig mit Längsnuten versehen, um eine möglichst gleichmäßige
Verteilung des Brennstoffes auf den ganzen Umfang .des Ventils zu erreichen., so
daß dieser Brennstoff etwa in Form eines Kegelmantels in den Zylinder eintritt.
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Die sich erweiternde Öffnung 2-3 .des Ventils 22 hat eine solche Richtung,
daß ihre Mittelachse etwa die Mitte des Einlaßventiltellers 9 trifft, und einen
solchen Neigungswinkel, daß der austretende Brennstoff soweit divergiert, daß er
sich gerade über den ganzen Umfang des Ventiltellers verteilt, wie es in Fig. z
angedeutet ist.
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Der aus der kleineren, Öffnung 25 austretende Brennstoffstrahl wird,
wie es aus Fig. z deutlich zu ersehen ist, zuerst gegen den Ventilteller
13 des Ausdaßventil's geführt, wo die Vorwärmung erfolgt, und von wo er dann
zur Zündkerze strömt, wo sich an den. Elektroden dann .die zur Zündung erforderiliche
Dampfdichte bildet.
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Zweckmäßig ist die Vertiefung, in welcher die Zündkerze sitzt, mit
einem nach unten ragenden zylindrischen Flansch auf einem Teil des Umfanges versehen,
.und der von dem Teller des Auslaßventils abgelenkte Brennstoffstrahl. ist gegen
diesen Flansch gerichtet.
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Aus dem Vorstehenden ergibt sich,, daß bei jedem Einspritzen des Brennstoffstrahles
in den Verbrennungsraum der Hauptteil des Brennstoffes so gerichtet ist, daß er
sieh mit der am Ventil, 9 eintretenden Luftladung vermischt und von ihr festgehaltene
wird. Hierdurch ergibt sich in. diesem Teil des Verbrennungsraumes! eine sehr starke
Wirbelung und in Verbindung damit eine sehr gute Mischung.
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Gleichzeitig wird der übrige Teil des Brennstoffes gegen die heiße
Oberfläche des Auspuffventils 13 geführt, so daß dieser Teil verdampft ist, wenn
er in die Nähe der Elektroden 17 und 18 kommt. Hierdurch wird eine hohe Dampfdichte
an und in der Nähe der Zündkerze erreicht, die, wie oben dargelegt, etwas zurückgesetzt
ist, so daß der Teil des Verbrennungsraumes. mit der hohen Dampfdichte gegen den
anderen Teil des Verbrennungsraumes, in dem Brennstoff und Luft stark durcheinandergewirbelt
werden, geschützt ist. Demzufolge wird diese hohe Dampfdichte auch dann aufrechterhalten,
wenn die Luft durch das Einlaßventil einströmt und dann die starke Durchwirbelung
von Brennstoff und Luft erfolgt, .die namentlich durch das Ansteigen des Kolbens
bewirkt wird.
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Um nun, mit einer derartigen Einrichtung die beste Wirkung zu erzielen
und die richtige übereinstimmung zwischen dem Einspritzen von Brennstoff und' Luft
zu" erreichen, ist es zweckmäßig, .die Dauer und zeitliche Aufeinanderfolge von
Einspritzung und Lufteinlaß .genau zu regeln und außerdem Mittel vorzuseheny welche
automatisch entsprechend der Geschwindigkeit der Maschine die in den Verbrennungsraum
gepumpte Ladungsmenge verändern. Diese automatische Veränderung kann durch eine
Geschwindigkeitsregelung der den Brennstoff fördernden Vorrichtungen erreicht werden,
z. B. durch eine Änderung des Druckhubes .des Arbeitskolbens. In einem solchen Fal(1
wird sich das Verhältnis der durch die schräg angeordnete Düse 2.5 gehenden Brennstoffmenge
zu der durch die Düse 23 gehenden Menge entsprechend der Maschinengeschwindigkeit
auf Grund der Konstruktion der Einspritzvorrichtung nach Fig. 3 ändern, da, die
Mündung 23 durch das federbelastete Ventilerz' entsprechend dem jeweils hervorgerufenen
Druck verschieden weit geöffnet wird, während die schräge Düse 25 dauernd geöffnet
ist. Auf diese Weise wird z. B. beim Leerlauf, wenn die Zündung schwieriger aufrechtzuerhalten
ist, die Verminderung des geförderten Brennstoffes sich in einem stärkeren Maße
an .der Öffnung 23 und in einem weit geringeren; Maße an der Öffnung 25 auswirken:.
Es ergibt sich dann daraus, daß auch bei sehr geringer Brennstoffzuführung infolge
der Vorwärmung und der genügenden, sich nur in geringem Maße ändernden Zuführung
des Brennstoffes durch die Öffnung 25 stets eine richtige Zündung eintreten kann,
während sonst unter Umständen die Dampfdichte zu gering werden könnte, um noch eine
Zündung zu gewährleisten.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, kann die Vorwärmung des zur Zündkerze
abgeleiteten Brennstoffes aber auch durch einen besonderen Körper 35' erfolgen,
der etwa wie eine Ablenkplatte im Wege des Brennstoffkegels angeordnet ist. Die
Ablenkplatte 35 kann aus beliebigem Material bestehen, sofern es geeignet ist, die
nötige Wärme auszuhalten und: zu halten, und zwar derart, daß. eine über ,dem Verdampfungsp.unkt,
aber unter dem Flammpunkt .des Brennstoffes liegende Temperatur vorhanden ist. Durch
irgendein Thermoelement oder eine ähnliche Vorrichtung oder durch besondere Isolierung
kann die erforderliche Temperatur auch den. verschiedenen Belastungs- und Drehzahlverhältnissen
angepaßt werden:.
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Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, eine solche
besondere
Platte Verwendung findet, kann man die Düse 2o auch ohne die kleine Öffnung 25 verwenden,
da, dann die Ablenkplatte gewissermaßen aus dem Hauptkegel einen Teil herausschält
und den Zündkerzen zuleitet.
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Wenn auch nur zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt wurden,
so versteht es sich doch von selbst, daß auch andere Ausführungsformen im Rahmen
der Erfindung möglich sind.
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So könnte z. B. die Einspritzwirkung, die darin besteht, einen ganz
oder teilweise zusammenhängenden Brennstoffstrahl gegen die Elektroden der Zündkerze
zu richten, durch die Einführung einer vorher verdampften oder vergasten. Brennstoffmenge
gefördert werden, wodurch in einer einzigen Maschine die Vorteile -des Vergasungs-
und des. Einspritzverfahrens vereinigt werden können.
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Ebenso ist unter Zündvorrichtung nicht nur eine elektrische Zündkerze
zu verstehen, die dazu dient, die Zündung des Brennstoffgemisches zu bewirken, nachdem
der Brennstoff zunächst vorgewärmt und der Brennstoffstrahl durch Auftreffen auf
eine oder mehrere heiße Flächen aufgebrochen wurde. Es ist selbstverständlich, daß
mehrere solche Flächen, durch welche eine Vorwärmung in mehreren Stufen erfolgen
kann, auch vorgesehen werden können. Durch die Verwendung mehrerer solcher Flächen
werden die Zündunäs- und Zerteilungsvorgänge wesentlich gefördert, da die Aufgabe
jeder einzelnen Einheit hierdurch auf die Wirkung der miteinander zusammenwirkenden
Teile beschränkt und die Gefahr, daß :die Belastung für die Leistungsfähigkeit der
Einheit eine zu große sein: könnte, auf ein Mindestmaß verringert wird.
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Es können selbstverständlich noch manche andere Änderungen getroffen
werden., ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten würde.