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Brennstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Brennsto-ffeinspritzvorrichtung fürBrennkraftmaschinen mit
einem Differentialkolben, dessen schwächerer Teil als Brennstoffpumpenkolben und
auf dessen stärkeren Teil der Verdichtungsdruck im Innern der Kraftmaschine wirkt
und den Kolben entgegen der Kraft einer Feder antreibt, bei der ferner an dem dem
Zylinderinnern der Kraftmaschine zugekehrten Ende des Kolbens die Einspritzdüse
angebracht ist, welche durch eine Längsbohrung im Differentialkolben mit dem Pumpendruckrau.m
verbunden ist, die durch ein sich unter dem Einfluß des Brennstoffdruckes öffnendes
Ventil gewöhnlich abgesperrt ist und bei welcher die Fördermenge der Einspritzpumpe
durch früheres oder späteres Öffnen einer Rücksträmöffnung mittels eines hin und
her beweglichen, zum Zwecke der Regelung mit einer schrägen Steuerkante versehenen
und um seine Achse drehbaren Schiebers erfolgt.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer solchen Einspritzvorrichtung
die den Differentialkolben entgegen demVerdichtungsdruck im Innern der Kraftmaschine
belastende Feder mittels einer den Pumpendruckraum durchdringenden drehbaren Ventilstange
auf den Differentialkolben. wirkt, die an ihrem Ende als das die Verbindung vom
Pumpendruckraum zur Düse beherrschende Ventil und an ihrem vom Pumpendruckraum nach
außen führenden Teil mit einem um so viel stärkeren Durchmesser als der Sitz des
Ventils ausgebildet ist, daß der beim Pumpendruckhub auf .die Ventilstange wirkende
resultierende Brennstoffdruck eine Öffnung des Ventils bewirkt und daß die Ventilstange
an ihrem stärkeren Teil mit einer schrägen Steuerkante versehen ist, die mit einer
Rückströmöffnung zusammenwirkt und je nach ihrer Winkeleinstellung den wirksamen
Pumpendruickhwb früher oder später beendet.
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Hierdurch wird der Vorteil erreicht, daß die das Einspritzventil und
die Rückströmöffnung steuernde Ventilstange nur durch eine einzige Feder belastet
wird, die die Ventilstange und den Differentialkolben in die Schließstellungen bringt,
während bei den bekannten Einspritzvorrichtungen meist mehrere Federn notwendig
sind.
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Um in einfacher Weise sowohl den Zeit. punkt als auch den Druck der
Einspritzung ändern zu können, ist erfindungsgemäß die Feder zwischen das obere
Ende der Ventilstange und eine Hülse geschaltet, durch deren
axiale
Verstellung mittels eines Exzenters dzs Druck der Feder .einstellbar ist.
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Zur Regelung der Brennstoffmenge ist die Ventilstange durch eine im
Innern der Feder angeordnete, mit der Ventilstange längs verschieblich, aber uridrehbar
verbundene Welle gegenüber der in dem Pumpenzylinder angeordneten Rückströmiöffnung
drehbar. Schließlich kann die Ventilstange auch noch einen mit einem regelbaren
Anschlag zusammenwirkenden Bund o. dgl. tragen, wodurch der Hub .des Ventils verstellbar
ist.
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Dadurch, daß die gesamte S:enerwng und Regelung der Einspritzung nur
von der Ventilstange vorgenommen wird, -ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der
Vorrichtung.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
und zwar zeigt Fig. i einen axialen Schnitt durch die Einspritzvorrichtung in der
S:ellung vor dem Beginn der Einspritzung, Fig. 2 einen axialen Schnitt durch die
Vorrichtung in der Stellung bei Beendigung der Einspritzung, Fig.3 in größerem Maßstab
einen axialen Schnitt durch die Teile, durch die der Brennstoff unter Druck gesetzt,
abgemessen, zerstäubt und in der Arbeitskammer des Motors verteilt wird.
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Fig. 4 und 5 zeigen in Seitenansicht und in Draufsicht einen Anschlag,
durch den der Hub der Ventilstange verstellbar ist.
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Die Einspritzvorrichtung besteht aus dein Gehäuse i mit einem Anschlußstutzen
2, durch .den der Brennstoff in eine als Vorratsbehälter dienende Ausnehm.ung 3
des Gehäuses geleitet wird. Der Bchälter 3 wird nach unten durch den Zylinder 4
einer Differentialpumpe mit den lichten Querschnitten S3 und S4 abgeschlossen. Dieser
Zylinder ist nach unten hin durch eine Muffe 5 verlängert und steht durch diese
mit einem Gaszylinder 6 in Verbindung, der eine Bohrung von der lichten Weite S.,
hat und in eine Bohrung 7 vorm Querschnitt S, ausläuft, die in die Arbeitskammer
des Motors mündet.
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Eil-1 durchbohrter Differentialkolbcn 8 liegt mit seinem oberen Teil
g in der Bohrung S3 des Pumpenzylinders 4, mit seinem mittleren Teil i o in der
Bohrung S, des Gaszylinders 6 und mit seinem unteren Teil i i, der unten in die
Arbeitskammer des Motors eintritt, in der Bohrung S1 des Zylinders 6.
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In der Ruhestellung (Fig. i und 3) liegt .der Kolben i o auf einer
Dichtung i 2 aus elastischem Werkstoff und verschließt die öffnung 7 des Querschnittes
S1, der mit der Kompressionskammer des Motors durch seitliche Bohrungen 13 und einen
den unteren Teil der Spindel I I des Kolbens 8 umgebenden Ringraum 14 in Verbindung
steht.
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Am oberen Ende der Bohrung 15 des Kolbens 8 befindet sich .ein konischer
Stift 16 für das Ende der Ventilstange 17, die als Differentialventil mit den Querschnitten
S4 und S,, ausgebildet. ist. Das untere Ende dieser Bohrung 15 steht mit der Arbeitskammer
de-s Motors durch Öffnungen 18 in Verbindumg, durch die die Zerstäubung des Brennstoffes
erfolgt und deren Winkelstellung gemäß der Gestalt der Arbeitskammer des Motors
gewählt ist.
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An -dem Differentialventil 17 befindet sich eine Anfräsung i9 mit
einer schräg ansteigenden Kante. Je nach der einstellbarev Verdrehung des Ventils
17 und je nach der Höhenlage des Kolbens 9, der die Höhenlage des Ventils 17 bei
seinem Auf- und Niedergang beeinflußt, stellt diese Anfräsung eine Verbindung zwischen
der Druckkammer 2o des Pumpenzylinders 4. und einer in den Behälter 3 mündenden
Ausläß öffnung 2 i her.
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Am oberen Ende des Zylinder 4 endet das Ventil 17 mit einem zylindrischen
Kopf 22 mit kegeliger Spitze, der an beiden Seiten abgeflacht ist und in eine entsprechend
gestaltete Ausnehmung 23 eines Bolzens 24 von geringer Trägheit eingreift. Auf den
Bolzen 2:1 drückt eine Feder 25 und hält dadurch das Ventil auf seinen kegeligen
Sitz 16 angedrückt, wodurch auch der Kolben 8 auf den Sitz 7 im Gaszylinder 6 gedrückt
wird.
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Der Bolzen 24 ist in einer Bohrung der Welle 26, durch die die Brennstoffmenge
eingestellt wird, leicht beweglich. Bei ihrer Verdrehung nimmt die Welle 26 das
Differentialventil 17 unter Vermittlung des Bolzens 24 mit, welch letzterer hierzu
mit einem durchgesteckten Stift 27 in entsprechende Schlitze der Welle 26 :eingreift.
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Auf der Welle 26 befindet sich ein Bund 28, der unter Einwirkung einer
Feder 29 sich gegen ein kegeliges Lager eines Stopfens 31 anlegt und so den Innenraum
3 des Gehäuses i nach oben hin abschließt. Der Stopfen 31 wird durch eine Mutter
32 gegen einen Absatz des Gehäuses i angepreßt.
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Ein Stift 33 auf der Welle--, 6 ist in einer Ausfräsung des
Stopfens 31 bewegbar und bildet einen Anschlag für die zwei Grenzstellungen :des
Hebels 34, in denen die Brennstofffördermenge der Pumpe einerseits -ein Maximum
und andererseits gleich Null ist.
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Ein Exzenter 35, das mittels eines Hebels 36 verdreht werden kann,
wirkt auf die untere Fläche einer Ausfräsung 37 in der Wand einer Muffe 38, die
in der Bohrung des Gehäuses i geführt wird, und ändert deren Einstellung in senkrechter
Richtung so, daß sie die beiden in Fig. i und 2 gezeigten Grenzstellungen annehmen
kann.
Die auf den Bolzen 24 wirkende Feder 25 stützt sich auf den Boden der Muffe 38,
so daß ihr Druck in der Stellung der Muffe nach Fig. 1 ein Maximum und bei der Stellung
derselben nach Fig. 2 ein Minimum ist.
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Das Abheben des Differentialventils 17 von dem Kolben 9 wird durch
einen Bund 39 begrenzt, :der während der Einspritzung gegen eine kegelige Erweiterung
einer in -den Kolben 9 geschraubten Mutter 40 stößt. Die mit Gewinde versehene Mutter
40 (Fig. 4 und 5) hat an einer Seite einen Schlitz 41, durch den hindurch das Ventil
eingesetzt werden kann und durch den der Breluls:to.ff zum Ventilsitz 16 und weiter
zu der Bohrung 15 gelangt. An dem unteren, dem Brennraum zugekehrten Ende des Kolbens
8, 9, 11 ist in bekannter Weise der Zerstäuber 42 angebracht. Dieser gehört nicht
zu dem Erfindungsgegenstand.
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Die Fig. 2, 3 zeigen eine Ausführungsform des Zerstäubers 42, der
in das untere Ende der Kolbenbohrung 15 eingesetzt ist. Die hohle Kolbenstange i
i hat an ihren. in die Arbeitskammer hineinragenden Ende einen konischen Sitz 43
(Fig. 3) für den Kopf des Zerstäubers 42, :der in ein Gewinde 44 der Kolbenbohrung
15 eingeschraubt ist. Der eingespritzte Brennstoff läuft durch die Bohrring 45 und
die Kanäle 46 des Zerstäubers, die in einen Ringraum 47 ausmünden. Von diesem aus
erfolgt die Zerstäubuai.g in die Arbeitskammer des Motors durch kalibrierte öffniulgen
18, die sich teils in dem konischen Sitz 43 am Kolben, teils in dem erwähnten Kopf
42 des Zerstäubers befinden.
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Durch Veränderung der Anzahl und des Querschnittes der Kanäle 18 und
des Winkels des konischen Sitzes 43 kann der so gebildete Zerstäuber :der Form der
Arbeitskammer des Motors angepaßt werden.
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Um den erwähnten Zerstäuber 42 unbelveglich festzuhalten, ist seine
Gewindespindel über :die Länge seiner inneren Durchbohrung 45 mit einem Schlitz
48 versehen. Wenn während der Einspritzung das Differentialventil. 17 sich vorn
seinem Sitz 16 abhebt, übt der Brennstoff seinen Druck innerhalb der Bohrung 45
aus und preßt die beiden Seiten der geschlitzten Spindel fest gegen das Gewinde
44 des Kolbens.
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Die beiden Öffnungen 46, aus denen der Brennstoff in den Ringraum
47 tritt, -werden von einem elastischen, geschlitzten Ring49 urnischloissen (Fig.3).
Bei jeder Einspritzung hebt der unter Druck stehende Brennstoff die beiden Ränder
des geschlitzten Ringes 49 etwas ab, so daß er in den Ringraum 47 und die Zerstäubiulgskanäle
18 eintreten kann. Nach Beendigung der Einspritzung schließt sich :der elastische
Ring wieder über den, beiden Kanälen 46. Der Gasdruck in der Verbrennungskammer
lastet alsdann auf der Außenwand des geschlitzten Ringes und bewirkt einen luftdichten
Versichluß der beiden Kanäle 46. Ein aus dem Zerstäuber 42 vorspringender Stift
5o hält den Ring 49 in einer symmetrischen Lage zu den beiden Kanälen46.
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Durch die beschriebene Bauart werden an dem Zerstäuber .empfindliche
Bohrungen 18 am Ausgang der Kolbenbohrung 15 (Fig. i ) vermieden. Eine Reinigung
der Kanäle 18 ist leicht möglich. Außerdem wird dadurch, daß die Bohrung i 5 des
Kolbens unmittelbar vor den Kanälen 18 durch den elastischen Ring 49 verschlossen
wird, ein Tropfen des ZeTs@täubers verhindert und gleichzeitig einem Entleeren der
Pumpe 2o vorgebeugt, falls zufällig der Kegel 16 des Differentialventils
schlecht schließen sollte.
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Die Einspritzung erfolgt während des Aufsteigens des Kolbens 8 in
der Weise, daß der Brennstoff :durch die Zer stäubungsöffnungen 18 im ganzen Raum
der Arbeitskammer des Motors verteilt wird (Fig, i, 2, 3). Die zerstäubten Tröpfchen
finden sofort die zu ihrer Verbrennung erforderliche Luft, und die: Verbrennung
geht daher schneller und vollständiger vor sich; als wenn die Zerstäubung von einem
festen Punkt ausgeht.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende Bezeichnet man mit P,
den Druck der Feder 25, .die das Ventil 17 gegen seinen Sitz 16 und damit den Kolben
8 gegen die Bohrung 7 vom Querschnitt S1 des Gaszylinders 6 angedrückt hält, und
mit p, den Druck im Motorzylinder am Ende der Kompression, so übt die Kompression
p, auf den Querschnitt S, des Kolbens8 einen DruckP,=p,#Si aus, der
dem Druck P, der Feder 25 .entgegengesetzt gerichtet ist. Letzterer Druck wird so-
geregelt, daß P,._< P,.
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Im Verlauf der Kompression des Motors g ibt es daher in der
Nähe des oberen Totpunktes einen Punkt, an dem der Druck der Kompression auf die
Fläche S1 des Kolbens 8 gleich. und darauf größer wird als der Druck P,. In diesem
Augenblick wird das Gleichgewicht gestört und der Kolben 8 von seinem Sitz 7 abgehoben.
Die Kraft, die ihn nach oben drückt, steigt alsdann soifo.rt von dem Betrag p, #
S1 auf den mehrmals größeren Betrag p, # S.. Der Kfllben 8 wird hierdurch plötzlich
gegen einen stoßdämpfenden Ring 51 aus weichem Material, der in die Grundfläche
des Ringes 5 des Pump,enzylinders 4 eingelassen ist, geworfen.
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In demselben Augenblick verschließt der Teil des Kolbens 9, der den
Querschnitt & hat, die Verbindungsöffnungen 52 zu der Kammer 2o des Pumpenzylinders
und setzt den in
die Kammer 2o eingeschlossenen Brennstoff unter
einen Druck pi, wobei
Die Querschnitte S,1 und S,, des Differentialventils 17 sind so gewählt,
daß pr #< Yi (S4-. SS) 1 so daß das Ventil beim Aufsteigen des Kolbens 8 von
seinem Sitz 16 abgehoben wird und der Brennstoff durch die Bohrung 15 des Kolbens
fließt und zerstäubt und in dem ganzen Raum der Arbeitskammer des Motors verteilt
wird.
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Während der Zeit der Verbrennung und eines großen Teiles der Ausdehnung
des Gases ist das den Zerstäuber bildende Ende i i der Kolbenstange in die Bohrung
14 an der Mündung des Gaszylinders 6 hineingezogen (Fig. 2). Der Zerstäuber befindet
sich auf diese Weise außerhalb de Bereiches der hohen Verbrennungstemperatur, wodurch
die Bildung von kleinen Teer- und Koksteilchen in dem Zwischenraum 47, die die Zerstäubungsöffnungen
18 verstopfen könnten, vermieden wird.
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Wenn das Verbrennungsgas sich in dem Motorzylinder auf einen Betrag
pd ausgedehnt hat, wobei Pd # S2 < pr-, so nimmt der.Kolben 8 wieder seine
frühere Stellung (Fig. i und 3) ein, bei der er die Zuströmungsöffnungen 52 wieder
freigibt und eine neue Ladung von Brennstoff in die Pumpenkammer 20 gelangen läßt.
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Je nach der Stellung des die Brennstoffzufuhr regelnden Hebels 34,
der unter Vermittlung der Hohlwelle 26 und des Bolzens 24 die Winkelstellung der
schrägen Fläche i9 in dem Ventil zur Ausströmungsöffnung 21 der Pumpenkammer 2o
bestimmt, beträgt die Menge des ,eingespritzten Brennstoffes entweder ein Maximum,
wenn die schräge Fläche i9 beim Aufstieg des Ventils nicht mit der Ausströmungsöffnung
in Berührung kommt (Fig. 2), oder sie ist gleich Null, wenn die schräge Fläche dauernd
mit der Ausströmungsöffnung in Verbindung bleibt (Fig. i).
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Wenn der. Hebel 36, der unter Vermittlung des Exzenters 35 die Höhenlage
der Muffe 38, gegen die sich die Feder 25 stützt, regelt, sich in der Lage nach
Fig. 2 befindet, so ist die Kraft P, der Feder ein Minimum, dagegen in -der Stellung
nach Fig. i, in der die Muffe in ihre tiefste Stellung gedrückt wird, ein Maximum.
In dieser letzteren Stellung, wenn der Druck P, der Feder 25 so bemessen isst, daß
P,- p, # Sla findet die Einspritzung mit möglichst großer Verzögerung statt, d.
h. in unmittelbarer Nähe des oberen Totpunktes.
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Soll ,die Einspritzung früher stattfinden, so wird der Hebel 36 gegen
die Lage nach Fig. 2 bewegt, wodurch sich die Kraft P, vermindert und pr-< Pc#Si,
so -daß der Kolben 8 von seinem Sitz 7 abgehoben wird und die Einspritzung stattfindet,
bevor die Kompression p,. ihren höchsten Wert erreicht hat.
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Selbstverständlich wird, da zur Einstellung einer früheren Einspritzung
eine geringe Änderung der Belastung des Differentialventils 17 erforderlich ist,
das Verhältnis der Querschnitte S,1 und Sä so. gewählt werden, daß das Ventil durch
den Druck pi auch gehoben wird, wenn der Druck der Feder P, ein Maximum ist: pr
arax- @i (S4 - S».-,) (Stellung nach Fig. i).
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Der Druck der Einspritzung nimmt somit etwas mit dem Druck der Feder
25 zu und ist proportional dem Betrag der Kompression, unter deren Wirkung die Einspritzung
erfolgt.
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Um ein Verschmutzen des Gaszylinders 6 und des Kolbens i o zu verhindern,
insbesondere bei Zweitaktmotoren, bei denen die Spülung ungenügend und die komprimierte
Luft noch mit Verbrennungsgasen vermischt ist, sind in der Wand der Bohrung S. des
Gaszylinders zwei breite Nuten 53 an beiden Enden des Kolbenlaufes eingeschnitten.
Der Kolben io drückt bei jeder seiner Bewegungen die Ablagerungen in die eine oder
andere ,der Nuten 53, wo sie die Bewegung des Kolbens nicht mehr hindern.
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Ein anderer Grund zur Verschmutzung des Gaszylinders 6 entsteht dadurch,
daß der Brennstoff infolge der Kapillarität an dem Pumpenkolben 9 entlang :durchdringt.
Wenn der sich durchdrängende Brennstoff in dem Gaszylinder unter eine Destillationstemperatur
gelangt, so bildet sich Teer und Koks, der nach einiger Zeit in der Lage ist, den
Mechanismus zu hemmen.
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Zur Vermeidung dieses Nachteiles und zum Aufsaugen des am Pumpenkolben
g vorbeidringenden Brennstoffes ist dieser am Grund der Pumpe 4 mit einem Wergring
54 umgeben. In dem Ring 5 und dem Gehäuse i befinden sich Kanäle 55 und 56, durch
die beim Aufsteigen des Gaskolbens i o heiße Luft durch den Wergring hindurchgedrückt
wird, so daß der durchgesickerte Brennstoff nach außen hin verdampft.
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Damit der Gaszylinder und der Kolben io während der Dauer der Verbrennung
vor hohen Temperaturen geschützt sind, ist die
Kolbenstange t i
so ausgeführt, daß sie am Ende der Einsp,ritzung die Kanäle 13 und 7 des Gaszylinders
verschließt und so die unmittelbare Verbindung mit der Arbeitskammer des Motors
bis zur Rückkehr des Kolbens in seine untere Stellung unterbricht (Fig.2).
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Da die Ausdehnung des Gaszylinders 6 und des Kolbens 5 manchmal sehr
verschieden ist, kann der Kolben 5 mit einem oder mehreren elastischen Kolbenringen
57 versehen werden, wie es Fig.3 zeigt.
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Eine Änderung des Kreislaufes der Verbrennung im Motor kann durch
eine Änderung des Querschnittes bewirkt werden, dumch den die komprimierte Luft
in den Gaszylinder 6 der Vorrichtung eindringt. Wird dieser Querschnitt vergrößert,
so erfolgt die Speisung des Zylinders schneller, der Gaskolben io wird mit größerer
Geschwindigkeit gegen den stoßdämpfenden Ring 51 geworfen, und die Einspritzung
geht daher in sehr kurzer Zeit vor sich. Der Kreislauf der Verbrennung nähert sich
alsdann dem Kreislauf bei konstantem Volumen. Wird dagegen der Querschnitt der Einlaßöffnungen
für die komprimierte Luft verkleinert, so erfolgt die Einspritzung langsamer, und
die Verbrennung nähert sich einem Kreislauf mit konstantem Druck.
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Eine zweckmäßige Regelung der Geschwindigkeit des Einspritzens wird
dadurch bewirkt, daß der Eintrittsquerschnitt für die komprimierte Luft durch kalibrierte
Bohrungen 58 geregelt wird, die sich in Stöpseln 59 befinden, die in die Kanäle
13 eingeschraubt werden