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Verfahren zum Zünden flüssigen Brennstoffes durch eine Zündkerze Bei
Brennkraftmaschinen, bei denen der flüssige Brennstoff in die verdichtete Luft eingespritzt
wird und die Zündung mittels einer während der Einspritzung eingeschalteten Zündkerze
erfolgt, hat man bereits vorgeschlagen,- den Brennstoff durch eine Düse so einzuspritzen,
daß er möglichst fein verteilt in freiem Strahl in einen mit der verdichteten Luft
angefüllten Vorraum des Zylinderkopfes eintritt. Dabei ist die Zündkerze so angeordnet,
daß sie in den Brennstoffstrahl etwas hineinragt. Hierdurch soll bereits erreicht
sein, mit einer niedrigen Kompression auszukommen und demzufolge die Maschine leicht
ausführen zu können.
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Nach der Erfindung ist dieses Ziel wesentlich vollkommener dadurch
erreicht, daß die mit sehr hoher Funkenzahl betriebene Funkenstrecke in der Verlängerung
der Achse der im Hauptbrerinraum angeordneten Einspritzdüse liegt und daß diese
Düse aus .einem solchen Metall besteht, (las dem Brennstoffstrahl eine positive
Aufladung verleiht. An sich ist -es bereits bekanntgeworden, eine Funkenstrecke
mit sehr hoher Funkenzahl zu betreiben bzw. die Funkenstrecke in der Verlängerung
der Achse der im Hauptbrennraum angeordneten Einspritzdüse vorzusehen. Bei dieser
gegenseitigen Anordnung der Einspritzdüse und der Funkenstrecke wird infolge des
Anblasens durch den Brennstoffstrahl die Funkenstrecke zu einem Flammenbogen ausgezogen,
der eine weit in den Hauptverbrennungsraum hineinreichende Stichflamme mit einem
sehr heißen Flammenrand bildet. In diese Stichflamme schießen alle nachfolgenden,
schon fein zerstäubten Brennstoffteilchen hinein, wodurch eine Kondensation dieser
Teilchen vermieden ist. Die gute Durchmischung des Brennstoffs mit der verdichteten
Luft ist dabei durch die Ausbreitung der Stichflamme in dem Hauptbrennraum gesichert.
Durch die Wahl einer derartigen Düse, -die den mit hohem Druck eingespritzten Brennstoffstrahl
eine positive elektrostatische Aufladung verleiht, ist dabei erreicht, daß die Luftstrecke
zwischen den Elektroden der Zündkerze durch den Brennstoffstrahl eine größere Leitfähigkeit
erhält, so daß die Funkenstrecke mit sehr hoher Funkenzahl betrieben werden kann.
Hierdurch und durch die heiße Stichflamme ist eine so hohe Temperatur im Hauptbrennraum
erzeugt, daß durch diese Hitze ein großer Teil der Kompressionswärme ersetzt ist
und demgemäß selbst bei sehr schnelllaufenden Maschinen (für Personenwagen und Flugzeuge)
und bei Betrieb mit Schwerölen der Kompressionsdruck wesentlich kleiner sein und
demgemäß die Maschine leichter ausgeführt werden kann. Auch springt die Maschine
beim Anlassen, selbst b°i großer Kälte, leicht an, da der Hauptbrennrarm sofort
auf eine hohe Temp 3ratur kommt, so daß las Anlassen in weiten Grenzen von der Temo°ratur
der Zy'.inlerwandung und (1--r AtiPenluft unabhängig ist.
| Das Verfahren kann dadurch noch ver- |
| bessert werden, daß in an sich bekannter |
| Weise stufenförmig eingespritzt wird, indem |
| bei eingeschalteter Zündkerze während.des #, |
| Verdichtungshubes des Kolbens zuerst"eij,e'. |
| kleine Menge Brennstoff eingespritzt' |
| darauf die Hauptmenge nachgespritzt |
| Die kleine Brennstoffmenge, die einen I.üft@' |
überschuß vorfindet, wird durch die sehr heiße, weit ausgebreitete Stichflamme schnell
in Gas. verwandelt und in diese entflammte Gas-Luft-Mischung schießt die nachgespritzte
Hauptmenge des Brennstoffs hinein. - Man kommt dann mit noch niedrigeren Kompressionsenddrücken
aus.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform ,einer zur Durchführung
des Verfahrens dienenden Brennkraftmaschine dargestellt.
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Fig. i zeigt den Zylinder einer Brennkraftmaschine im Längsschnitt
und das Schaltungsschema für den Anschluß der Zündkerze an einen Batteriezünder.
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Fig. z ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. i.
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Fig. 3 zeigt einen Teil der Fig. z in natürlicher Größe.
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Fig. q. zeigt einen Schnitt nach der Linie C-D der Fig.3. -ln dem
Zylinder a der Maschine spielt der Kolben b, durch den beim Verdichtungshub irgendwie
eingeführte Verbrennungsluft verdichtet wird. Am Umfang des Zylinders ist dicht
am Boden c des Hauptbrennraumes der Maschine die Einspritzdüse d angebracht, die
mit der Brennstoffpumpe in Verbindung steht. Die Düse hat z. B. ein Loch von i mm
und ist geerdet. Von der Düse d ist im Boden .c des Zylinders eine ZündkAze angebracht,
die in der üblichen Weise aus einer geerdeten Elektrode e und einer isolierten
Elektrode f besteht. Die geerdete Elektrode ist bei der dargestellten Ausführungsform
wie üblich am Zündkerzenkörper g angebracht, welcher in den Zylinderboden c eingeschraubt
wird, während die Elektrode f mittels eines Isolierstückes la nach außen hindurchgeführt
ist. Die Verbindungslinie der Spitzen der Elektroden e, f liegt in der Verlängerung
der Achse der Düse d. Die beiden Elektroden f und e sind in der- üblichen Weise
an einen Batteriezünder bekannter Bauart angeschlossen, und zwar so, daß die isolierte
Elektrode positiv und die Elektrode e negativ ist.
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Bei der in Fig. i dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Zündkerze
e, f
und der Batterie i eine Zündspule h mit einem Summerunterbrecher
na eingeschaltet.
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Als Baustoff für die Düse ist ein Metall gewählt, an dein sich der
Brennstoff durch Reibung positiv auflädt. Auf dem Verdichtungshub des Kolbens b
bleibt während der ganzen Einspritzdauer die Zündkerze eingeschaltet, so daß ständig
Funken zwischen den Elektroden f und e übergehen. Der Brennstoffstrahl, der
mit z. B. @ztn-at in den Verbrennungsraum eingespritzt # wird, wird bei seinem Durchtritt
durch die Düse d positiv aufgeladen, die Düse negativ. Diese negative Ladung wird
durch die Erdung abgeleitet. Mit der positiven elektrostatischen Ladung behaftet,
spritzt der Brennstoff, ohne vofher mit der Wandung des Zylinders a in Berührung
zu kommen, dicht über die Elektroden f und e in Richtung der Funkenstrecke. Diese
Funkenstrecke wird dadurch ionisiert, also ihre Leitfähigkeit erhöht, so daß in
der Zeiteinheit eine größere Anzahl Funken übergehen kann. Zugleich wird durch den
Brennstoffstrahl eine Stichflamme ausgezogen, die sich vom positiven Pol f der Zündkerze
über den negativen Pol e hinweg in den Zylinder'a ausbreitet. Diese Stichflamme
hat eine gute Durchtnischung des Brennstoffes mit der verdichteten Verbrennungsluft
zur Folge, so daß eine schnelle und restlose Verbrennung des Gemisches erfolgt.
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Dadurch, daß die Funkenstrecke zwischen den Elektroden f und
e in Richtung des elektrisch geladenen Brennstoffstrahls liegt, ist das Überspringen
der Funken weiter erleichtert, da die Brennstoffteilchen als Ladungsträger für die
Elektronen zwischen den Elektroden dienen. Durch die Einschaltung der Summerzündspule
h, m ist die Unterbrechungszahl des Zündstromes wesentlich erhöht, so daß auch die
Anzahl der zwischen den Elektroden f, e in der Zeiteinheit übergehenden Funken
größer ist. Die Abkühlungsverluste in der Funkenstrecke sind dadurch verkleinert.
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Die Brennkraftinaschine läßt sich bei dieser Art der Zündung vorteilhaft
auch in folgender Weise betreiben: Die Brennstoffpumpe, welche der Düse d den Brennstoff
unter hohem Druck zufuhrt, hat beispielsweise zwei Nocken, so daß während des Verdichtungshubes
des Kolbens b Brennstoff zu verschiedenen Zeiten in geregelter Menge. eingespritzt
werden kann.
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Beispielsweise wird 9o° vor dein inneren Totpunkt des Kolbens b eine
geringe Menge des Betriebsbrennstoffes durch die Düse d eingespritzt. Diese Brennstoffmenge
wird durch die Funken der Zündkerze schnell entzündet, da sie einen großen Sauerstoffüberschuß
in dem Verbrennungsraum vorfindet. Dieser Raum ist daher schnell mit einem entflammten,
sehr heißen Gas-Luft-Gemisch angefüllt. Bei etwa 75° vor dem inneren Totpunkt wird
die übrige Hauptmenge des Betriebsbrennstoffs durch die Düse c1 nachgespritzt.
Diese
Brennstoffmenge, die an sich schon durch die Funken der Zündkerze zur Entzündung
gebracht wird, findet einen Brennraum vor, gefüllt mit einem entflammten Gas-Luft-Gemisch,
das durch den Kolben b überdies noch weiter verdichtet ist. Bei etwa 6o° vor dem
Totpunkt des Kolbens ist der Einspritzvorgang beendet. Die Verbrennung der Hauptbrennstoffmenge
erfolgt daher sehr schnell und in einem sehr heißen Raum, so daß auch schwere Kohlenwasserstoffe
mit einem hohen Entflammungspunkt zur' restlosen Verbrennung kommen. Obgleich die
Verbrennungsluft dabei nur bis auf io at verdichtet wird, werden dennoch Enddrücke
von etwa 40 at erzielt, so daß die Maschine eine sehr hohe Leistung hat. Die Betriebsteile
der Maschine werden daher durch die Verdichtung der Verbrennungsluft nur wenig beansprucht,
obgleich sich auch Schweröle bei hoher Leistung der Maschine restlos verbrennen
lassen.
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Die Düse kann so schräg zur Zylinderachse gerichtet sein, daß die
Stichflamme etwas nach dem Kolbenboden hin gerichtet ist.