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. Verfahren zum Betrieb gemischverdichtender Brennkraftmaschinen Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb von gemischverdichtenden Brennkraftmascliinen
mit einem Kraftstoff von an sich geringer Klopffestigkeit und mit einem im Hinblick
darauf zu hohen Verdichtungsverhältnis.
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Durch die Erfindung soll die Möglichkeit zu einer Erhöhung der Leistung
und der Wirtschaftlichkeit von Maschinen der genannten Art auch bei Verwendung billiger
und leicht erhältlicher Kraftstoffe von geringer Klopffestigkeit geschaffen werden.
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Es ist bekannt, zu dem gleichen Zweck dem flüssigen Kraftstoff sogenannte
Klopfl)remsen, wie Bleitetraethyl, Selenwasserstoff oder Ammoniak, einzuverleiben.
Diese Stoffe haben jedoch den Nachteil, claß sowohl sie selbst als auch ihre Verbrennungsprodukte
nicht nur den menschlichen Organismus, sondern auch die mit ihnen in Berührung kommenden
Teile -der Maschinen angreifen. Außerdem verteuern sie den Kraftstoff und sind nur
begrenzt haltbar.
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Man hat ferner bereits vorgeschlagen, der Verbrennungsluft bzw. dem
Kraftstoff-Luft-Gemisch vor ihrer Einführung in die Zylinder der ?Maschine inerte
Gase, beispielsweise Abgase der Maschine selbst, beizumischen, um ein Klopfen der
Maschine zu verhindern. Dadurch wird jedoch wegen der erheblichen hierzu benötigten
Mengen des inerten Gases die Leistung der Maschine wesentlich vermindert.
Es
ist weiterhin bekannt, den- Kraftstoff vor seiner Mischung mit der Verbrennungsluft
mittels der Abgase der Maschine zu zerstäuben. Die bekannten Vorrichtungen hierfür
dienen jedoch nicht dem Zweck, die Klopffestigkeit des einer hochverdichtenden Maschine
zugeführten Brenngemisches zu erhöhen. Vielmehr soll bei ihnen gerade die Zündwilligkeit
des Gemisches erhöht werden, indem der Kraftstoff dort nicht nur durch die mechanische
Einwirkung der Abgase möglichst fein zerstäubt, sondern durch die Heizwirkung derselben
sogar weitgehend verdampft werden soll. Demgemäß werden die Abgase den bekannten
Zer= stäntbungsvorrichtungen auch unge!kühlt zugeführt.
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All diesen 'bekannten Maßnahmen gegenüber besteht die Eifindung darin,
daß für den Betrieb einer gemischverdichtenden Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoff
von an sich geringer Klopffestigkeit und mit einem im Hinblick darauf zu hohen Verdichtungsverhältnis
der Kraftstoff mittels ungiftiger, bei den in der Maschine vorkommenden Temperaturen
praktisch inerten Gase, wie Kohlendioxyd, Stickstoff oder einem Gemisch derselben,
beispielsweise mittels gekühlter Abgase der Maschine nach Abscheidung des Wassergehaltes,
vorzerstäubt bzw. verschäumt wird, wobei diese Gase in kaltem Zustand, bei Verwendung
von Abgasen also nach vorheriger Kühlung, benutzt werden.
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Bei der Anwendung der Erfindung auf Vergasermascliinen wird das inerte
Gas zweckmäßig der Bremsluft- oKkr der Ausgleiehdüse dies sonst in üblicher Weise
ausgebildeten Vergasers der Maschine zugeführt, während man es bei Einspritzmaschinen
einer der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgelagerten, in gleicher Weise wie die
oben genannten Düsen wirkenden Zufuhrvorricfitufig zuleiten wird.
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Auch kann man das inerte Gas der Vorrichtung zum Zerstäuben bzw. Verschäumendes
Kraftstoffes aus einer Druckflasche über ein Druckminderventil zuführen.
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Der aus dem Kraftstoff und dem inerten Gas gebildete feine Nebel oder
Schaum wird dann in bekannter Weise weiter mit der Verbrennungsluft gemischt, wobei
je nach der verlangten Klopffestigkeit des Gemisches bereits die Vorzerstäubung
des Kraftstoffes entweder nur durch das inerte Gas oder durch eine Mischung desselben
mit Luft erfolgen kann.
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Durch die Zerstäubung bzw. Verschäumung des flüssigen Kraftstoffes
mit dem inerten Gas entsteht gewissermaßen ein .Sol, in dem der Kraftstoff das Dispersionsmittel
und das inerte Gas die disperse Phase darstellt. Hierbei ist jedes Kraftstoffteilchen
von einem dünnen Schutzmantel aus inertem Gas umgeben. Wird nach der Vermischung
des vorzerstäubten Kraftstoffs mit der Verbrennungsluft das Kraftstoff-Luft-Gemisch
in den Zylindern der Brennkraftmaschine verdichtet, so -schützt dieser Mantel aus
inertem Gas, der auch durch die Wirbelung des Gemisches im Zylinder nicht so schnell
zerstört wird, das Kraftstoffteilchen zunächst vor dem Angriff des Luftsauerstoffs.
Verdampft das Kraftstoffteilchen während der Verdichtung, öder wird es durch die
Verdichtungswärme chemisch aufgespalten, so muß es erst den Schutzmantel aus inertem
Gas sprengen, bevor es mit dem Luftsauerstoff in Reaktion treten kann.
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Dadurch wird die Sell>stentziindung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
wesentlich verzögert, während die Verbrennung des Gemisches nach seiner 'Entzündung
durch Fremdzündung bei ausreichender Verdichtung genau so schnell vor sich geht
wie bei den üblichen Kraftstoff-Luft-Gemischen, da der Kraftstoff an sich genau
so fein verteilt mit der Verbrennungsluft gemischt ist wie bei den üblichen Gemischen
und infolgedessen jedes Kraftstoffteilchen nach der Sprengung seines Schutzmantels
sofort ausreichend Luftsauerstoff zu seiner vollständigen Verbrennung vorfindet.
Da das inerte Gas unmittelbar an den flüssigen Kraftstoff angelagert wird, genügen
verhältnismäßig geringe Mengen desselben, um eine erhebliche Erhöhung der Klopffestigkeit
des Gemisches herbeizuführen, so daß die Füllung der Maschine mit wirksamem Kraftstoff-Luft-Gemisch
durch die Anwesenheit des inerten.Gases praktisch nicht vermindert wird.
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In der Zeichnung sind zwei Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens
beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. t die Anwendung des Verfahrens an einem
Vergaserottomotor, Fig. 2 die Anwendung des Verfahrens an einem Einspritzottomotor.
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In Fig. i wird der flüssige Kraftstoff, beispielsweise Benzin von
geringer Klopffestigkeit, der Schwimmerkammer 3 des Vergasers durch die Leitung
4 aus dem Behälter 5 zugeführt. Aus der Schwimmerkammer 3 gelangt der Kraftstoff
durch den. Düsenkanal 6 in das Spritzrohr (Hauptdüse) 7 des Vergasers und wird nach
seinem Austritt aus dem Spritzrohr mit der durch die Einlaßleitung 8 in die Zylinder
9 dies Motors hineinströmenden Verbrennungsluft innig gemischt.
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Erfindungsgemäß wird der Kraftstoff vor seinem Austritt aus dem Spritzrohr
7 mit einem inerten Gas, im vorliegenden Fall mit einem Gemisch von Kohlendioxyd
und Stickstoff, verschäumt. Dieses inerte Gas wird aus 'den Abgasen des Motors in
folgender Weise gewonnen: Von der Abgasleitung io des Motors zweigt hinter dem Schalldämpfer
12 eine dünne Leitung 13 ab, die über einen WasserabGcheider 15 bekannter Bauart
zu der Ausgleich-oder der Bremsluftdüse 14 des Vergasers führt, je nach der Bauart
des Vergasers.
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Bekanntlich wird durch die Ausgleich- bzw. durch die Bremsluftdüse
der üblichen Vergaser dem Kraftstoff beim Anwachsen des Sogs in der Einlaßleitung
des Motors äußere Luft beigemischt, so daß der Kraftstoff bereits vorverschäumt
aus dem Spritzrohr 7 austritt. Dadurch, daß die Bremsluft-bzw. Ausgleichdüse 14
im vorliegenden Falle mit der Abgasleitung io verbunden ist, erfolgt das Verschäumen
im vorliegenden Falle mittels eines Gemisches von Kohlendioxyd und Stickstoff, da-
der in den Abgasen enthaltene Wasserdampf in dem
Wasserabscheider
15 zurückgehalten wird. In der dünnen Leitung 13 wird das Gas weitgehend gekühlt.
Im Bedarfsfalle kann es vor dem Eintritt in den `'ergaser auch noch zusätzlich in
einer einfachen Rolirsclilange od. dgl. gekühlt werden.
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Durch das Verschäumen des Kraftstoffes mit dem inerten Gas vor seiner
Mischung mit der Verbrennungsluft wird aus den oben angegebenen Gründen eine wesentliche
Erhöhung der Klopffestigkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches erzielt. Da die Verschäumung
des Kraftstoffes mit inertem Gas infolge der Eigenart der bekannten Bremsluft-bzw.
Ausgleichdüsen nur bei höherer Belastung stattfindet, ergibt sich der weitere Vorteil,
daß im Leerlauf und bei geringer Belastung der Maschine. wenn der Verdiclitungsenddruck
infolge der Drosselung des Gemisches geringer ist, ein leicht entzündliches Gemisch
entsteht.
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Der Motor der Fig.2 unterscheidet sich von demjenigen der Fig. 1 dadurch,
daß ihm die Verbrennungsluft durch das Einlaßrohr 16 für sich zugeführt wird, während
der Kraftstoff während des Einlaßhubes des :Motors mittels einer Einspritzpumpe
17 durch die Einspritzdüse 18 in- die Verbrennungsluft eingespritzt wird. Im übrigen
sind. gleiche Teile in beiden Abbildungen mit gleichen Kennziffern verseben.
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Zum Unterschied von den bekannten Einspritzottomotoren, bei denen
man jedes Eindringen von Luft oder Kraftstoffdampf in die Kraftstoffpumpen zu vermeiden
sucht, wird im vorliegenden. Falle durch die Pumpe 17 ein Schaum aus Kraftstoff
und inertem Gas in die Zylinder 9 des Motors eingespritzt. Dieser Schaum wird grundsätzlich
auf die gleiche Weise erzeugt wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, indem in
der vom Kraftstofflieliälter 5 zur Pumpe 17 führenden Saugleitung 4 eine I?inriclitulig
1.4 angeordnet ist, die genau so wirkt wie die Ausgleich- bzw. Bremsluftdüse im
vorliergeliendenAusführungsbeispiel. Es wird also denn von der Pumpe 17 angesaugten
Kraftstoff bei 14 eine aus den Abgasen des Motors gewonnene inerte Gasmischung angelagert,
so daß die Pumpe einen Kraftstoff-Gasschaum ansaugt.
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Die Pumpe 17 muß infolgedessen wesentlich größere Abmessungen in ihren
einzelnen Zylindern erhalten als die üblichen Einspritzpumpen, welche nur Kraftstoff
einspritzen. Auch die Einspritzdüsen u g müssen größere Durchmesser erhalten als
bei dem üblichen Einspritzverfahren. Dadurch wird sowohl die Herstellung von Pumpe
und Ein-Spritzdüsen wegen der geringeren Anforderungen an die Präzision der Einzelteile
verbilligt als auch die Regelung der Einspritzmengen erleichtert. Ferner kann der
durch die Beimischung des inerten Gases bereits vorzerstäubte Kraftstoff mit viel
geringerem Druck in die Verbrennungsluft eingespritzt werden als bei der Einspritzung
reinen Kraftstoffs, wodurch die Einspritzvorrichtungen weiter verbilligt werden.
Die Regelung der Einspritzmenge kann in der gleichen Weise erfolgen wie 1>,i den
bekannten Einpritzpumpen für Ütto-oder Dieselmotoren, während der Zusatz an inertem
Gas im Bedarfsfalle durch ein in der Leitupg 13 angeordnetes, in der Zeichnung nicht
dargestelltes Drosselorgan geregelt werden kann.