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Verfahren zum Betrieb von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Viertaktbrennkraftmaschinen
mit schwerflüchtigen Brennstoffen Die Erfindung bezieht sich auf gemischverdichtende
Viertaktbrennkraftmaschinenmit Fremdzündung, welche ein Verdichtungsverhältnis aufweisen,
wie es bei mit leichtflüchtigem Brennstoff, z. B. Benzin, betriebenen fremdgezündeten
Vergaserbrennkraftmaschinen üblich ist.
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Die Erfindung bezweckt, solche Brennkraftmaschinen auch für den Betrieb
mit schwerflüchtigen, flüssigen Brennstoffen, insbesondere Gasöl, mit einfachen
Mitteln geeignet zu machen, ohne daß ihre Betriebszuverlässigkeit Schaden leidet.
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Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, welche den Betrieb von fremdgezündeten
Brennkraftmaschinen mit schwerflüchtigen Brennstoffen ermöglichen sollen.
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Eine solche bekannte Maßnahme besteht darin, das Verdichtungsverhältnis
erheblich über das obenerwähnte übliche Maß zu erhöhen und den Brennstoff mittels
einer Hochdruckpumpe fein zerstäubt in den Arbeitszylinder einzuspritzen. Solche
Brennkraftmaschinen erfordern jedoch eine Anzahl besonderer Einrichtungen (Hochdruckeinspritzpumpe,
Einspritzdüse, besondere, der hohen Verdichtung angepaßte Zündeinrichtung) und stellen
deshalb eine Sonderbauart dar.
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Weiterhin ist es bekannt, dem im Vergaser gebildeten Brennstoff-Luft-Gemisch
oder seinen Einzelbestandteilen (Brennstoff und Luft) Wärme von außen her zuzuführen,
beispielsweise indem die diese Stoffe oder das Gemisch zum Motor hinführenden Leitungen
mit einem Heizmantel versehen sind, der mit einem Heizmittel, z. B. heißen Abgasen,
beschickt wird. Hierbei zeigt sich aber der Nachteil, daß sich mit der Zeit an den
beheizten Wandflächen Ablagerungen festsetzen, die den Wärmeübergang verschlechtern
und so die -angestrebte thermische Aufbereitung des Brennstoffes unzulänglich machen,
so daß sich Betriebsstörungen einstellen können. Auch ist das Anlassen solcher 1laschinen
sehr erschwert, da der Betrieb mit schwerflüchtigem Brennstoff erst dann einsetzen
kann, wenn die Brennkraftmaschine den dem Normalbetrieb entsprechenden Wärmezustand
erreicht hat.
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Um die bei einer solchen Außenbeheizung der Leitungen für das Gemisch
oder seine Bestandteile auftretenden Störungen zu vermeiden, hat man auch vorgeschlagen,
dem im
Vergaser gebildeten Brennstoff-Luft-Gemisch vor seinem Eintritt
in den Motorarbeitsraum heiße Abgase, die der Auspuffleitung des Motors entnommen
«erden, beizumischen. Solche Anordnungen erfordern besondere Entnahmeleitungen und
ferner enge Durchlässe, Siebe, Regelglieder u. d'-I., die dauernd den heißen .Iffigasen
ausgesetzt sind und daher leicht zu Störungen Anlaß geben. Sofern die Abgaszufuhr
zum Gemisch in der Nähe der Zerstäubungsstelle des- Brennstoffes erfolgt, sind besondere,
vom Üblichen abweichende Vergaserbauarten erforderlich.
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Es ist ferner bekannt, den Brennstoff zum Zwecke seiner thermischen
Aufbereitung vor der Verbrennung unmittelbar in im Arbeitszylinder befindliche,
von einer vorhergegangenen Verbrennung stammende Abgase einzuführen, und zwar bei
Zweitaktbrenukraftmaschinen am Ende des Ausdehnungshubes in eine mittels eines gesteuerten
Ventils vom Kolbenarbeitsrautn abgeschlossene, mit Abgasen erfüllte Vorkammer oder
bei Viertaktbrennkraftmaschinen zu Beginn des Saughubes in den dann normalerweise
im Zylinder vorhandenen, unter dem Auspuffdruck stehenden Abgasrest oder bei Sechstaktmotoren
zu Beginn des sechsten Taktes in durch Zündurig eines Gemisches aus Luft und leichtflüchtigem
Brennstoff gebildete expandierte und wieder verdichtete, also unter hohem Druck
stehende Abgase. Diese Betriebsarten erfordern insbesondere bei Zwei- und Sechstaktbrentikraftmaschinen
ungewöhnliche -'Iotorausgestaltungen, zudem ist bei Viertaktbrenukraftmaschinen.
keine den üblichen Abgasrest übersteigende Abgasmenge vorhanden.
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Die Erfindung sieht gleichfalls eine thermische Aufbereitung des schwerflüchtigen
Brennstoffes innerhalb des Motorarbeitsraumes selbst durch in diesem verbliebene
Abgase vor.
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Erfindungsgemäß wird dein in an sich bekannter Weise vor oder zu Beginn
der Verdichtung gebildeten Brennstoff-Luft-Gemisch ini lIotorarbeitsraum eine Abgasmenge
beigefügt, die den üblicherweise im Arbeitsraum eines Viertaktmotors verbleibenden
Abgasrest erheblich übersteigt, indem (las Auslaßorgan des Arbeitszylinders bei
einer Kurbelstellung geschlossen wird, die um einen Winkel von mindestens 4o° von
der inneren Totpunktstellung der Kurbel abweicht, und zwar entweder nach der einen
Richtung (Schließen vor der Totpunktstellung) oder nach der anderen Richtung (Schließen
hinter der Totpunktstellung). Hierdurch wird erreicht, daß bei dem auf den Abschluß
des Auslaßorgans folgenden Verdichtungshuf> außer dem frischen Gemisch wesentlich
mehr Abgase im Arbeitszylinder enthalten sind als bei der üblichen Auslaßsteuerung
mit in der 'Nähe der inneren Kurbeltotlage erfolgendem Abschluß des Auslaßorgans.
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Es ist bei dem vorgeschlagenen Betriebsverfahren gleichgültig, in
welcher Weise das Brennstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, ob in einem Vergaser oder
durch Einspritzen des unter Druck gesetzten Brennstoffes in die zum Arbeitszylinder
strömende oder bereits in ihm befindliche Brennluft.
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Es hat sich bei Versuchen an erfindungsgemäß mit schwerflüchtigen
Brennstoffen betriebenen Brennkraftmaschinen gezeigt, daß der Leistungsabfall, der
infolge des Ersatzes eines Teiles der je Arbeitshuh in den Arbeitszylinder einzuführenden
Frischgase durch Abgase zu erwarten ist, in verhältnismäßig geringen Grenzen bleibt,
daß sich eine einwandfreie, völlig rauchlose Verbrennung °rgilit, und daß der Brennstoffverbrauch,
bezogen auf die Leistungseinheit und unter Berücksichtigung der Heizwerte, nicht
oder nur unwesentlich höher als beim Betrieb mit leichtflüchtigenBrennstoffen ist.
EineBrennkraftinaschine nach der Erfindung kann deshalb wahlweise, je nachdem welcher
Brennstoff gerade verfügbar ist, mit leichtflüchtigen oder schwerflüchtigen Brennstoffen
betrieben werden, ohne daß eine Änderung der Bauart oder der Betriebsweise erforderlich
wäre: liöchste>>s kommt eine Auswechslung der Bremistoffdüsen in Betracht.
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Weiterhin ergibt sich der Vorteil. daß die, bisher üblichen, zum Betrieb
mit leichtflüchtigen Brennstoffen eingerichteten fretndgezündeten Vergaserbrennkraftrnaschinen
mit verhältnismäßig einfachen -Mitteln zum Betrieb gemäß der Erfindung mit schwerflüchtigen
Brennstoffen eingerichtet werden können: es braucht nur die Steuerung des Auslaßventils
so geändert zu werden, daß es entweder erheblich vor oder erheblich hinter dem inneren
Totpunkt des Ausschubhnbes schließt.
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Als besonders günstig für die Erzielung einer dauernd sicheren Zündung
hat es sich erwiesen, die Zündkerze in einer Höhlung anzuordnen, die mit dem Hauptbrennraum
in offener Verbindung steht, deren Rauminhalt aber nur ein kleiner Bruchteil von
dein des Hauptbrennraumes ist, und zwar so, daß die Zündstelle in dieser Höhlung
in einiger Entfernung von deren -Mündung in den Hauptbrennraum liegt.
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In der Zeichnung sind des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Abb. i zeigt den Arbeitsraum eines ini @-. =-fahren nach der. Erfindung arbeitenden
Viertaktmotors im Mittellängsschnitt.
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Die Abb.und 3 zeigen Diagramme der
Auslaßsteuerung
von erfindungsgemäß arbeitenden Brennkraftmaschinen.
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Die Abb. 4 und 5 veranschaulichen die Wirkungsweise dieser Steuerung.
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Abb.6 zeigt den Motorarbeitsraum eines Viertaktmotors mit besonderer
Zündkerzenanordnung im Mittellängsschnitt.
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Abb. i zeigt eine Viertaktbrennkraftmaschine mit dem Arbeitszylinder
i, dem Arbeitskolben 2, dem Auslaßventil 3, der Auspuffleitung q., dem Einlaßventil
5 und der Einlaßleitung 6. In dieser Einlaßleitung liegt die Spritzdüse 7 eines
Schwimmvergasers 8, der über eine Leitung 9 ,an den Behälter io für den flüssigen
schwerflüchtigen Brennstoff angeschlossen ist. Ferner ist in der Einlaßleitung 6
die übliche zur Leistungsregelung dienende Drosselkappe 1a vorgesehen. Das Auslaßventil
3 dieses Motors kann entweder in der Steuerungsweise gemäß Abb. 2 oder in der gemäß
Abb. 3 gesteuert werden.
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Bei der Steuerungsweise gemäß Abb. 2 öffnet das Auslaßventil im Punkt
A1 kurz vor dem äußeren Totpunkt T" und schließt erst im Punkt A2, der um den Kurbelwinkel
ß3 hinter dem inneren Totpunkt Ti liegt, so daß es während eines Kurbelwinkels a1
offen bleibt, der erheblich größer als i8o° ist. Die Auslaßleitung d. bleibt also
während des ersten Teils ( vom Punkt Ti bis A2) des Sauhubes des Kolbens 2 mit dem
Motorarbeitsraum in Verbindung. Demzufolge werden, wie Abb. ,4 zeigt, während dieses
ersten Teils des Saughubes sowohl frisches Gemisch aus der Einlaßleitung 6 als auch
Abgase aus der Auspuffleitung q. in den Arbeitszylinder eingesaugt, so daß in diesem
nunmehr eine größere Abgasmenge vorhanden ist als bei einer Brennkraftmaschine,
deren Auslaßventil in der Nähe des inneren Totpunktes Ti schließt.
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Bei der gemäß Abb. 3 arbeitenden Auslaßsteuerung öffnet das Auslaßventil
wieder im Punkt Al kurz vor dem äußeren Totpunkt T", es wird aber bereits im. Punkt
A3 geschlossen, der um den beträchtlichen Kurbelwinkel ß2 vor dem inneren Totpunkt
Ti liegt. Das Auslaßv entil bleibt also nur über dem Winkel a2 offen, der erheblich
kleiner als i8o° ist. Bei dieser Steuerungsweise werden während des zwischen den
Punkten Aa und TL liegenden letzten Teils des Kolbeneinwär tshubes keine Abgase
mehr kusgeschoben, wie dies Abb.5 veranschaulicht. Es verbleibt sonach ein Abgasrest
i:m Arbeitszylinder i, der erheblich größer ist als bei einem Motor, dessen Auslaßventil
in der Nähe .des inneren Totpunktes Ti schließt. Abb. 6 veranschaulicht eine für
erfindungsgemäß betriebene Brennkraftmasch:inen besonders günstige Anordnung der
Zündkerze. Mit dem Hauptbrennraum 31 des Motors steht eine länglich gestaltete Höhlung
32 in dauernd offener Verbindung, deren Rauminhalt nur ein kleiner Bruchteil von
dem des Hauptbrennraumes 3i ist. Die Zündkerze 32 ist so angeordnet, daß ihre Funkenstrecke
3.1. in dieser Höhlung in einiger Entfernung von deren Mündung in den Hauptbrennraum
liegt.