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Verfahren zum Betriebe von mit Luftverdichtung, Einspritzung flüssigen
Kraftstoffes gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen
Die bekannten Verfahren zum Betrieb von mit Luftverdichtung, Einspritzung gflüssigen.Kraftstoffes
gegen Ende des Verdichtungshubes und Selbstzündung arbeitenden Brennkraftmaschinen
bestehen im wesentlichen darin, daß die in dien Arbeitszylinder durch den Kolben
eingesaugte oder in anderer Weise eingebrachte Ladeluft hoch verdichtet und dadurch
stark erhitzt wird. Der Kraftstoff wird gegen Ende des Verdichtungshubes unter geeignetem
Druck in die Ladeluft im Arheitszylinder oder in einen davon abgezweigten Teil in
einer besonderen Vorkammer eingespritzt und durch die heiße Luft gezündet. In jedem
Fall wird die gesamte Ladeluftmenge auf den zur Zündung notwendigen hohen Enddruck
gebracht. Hohe Verdichtungsdrücke ergeben zwangsläufig hohe Verbrennungsdrücke,
und diese erfordern sehr starke und stabile Kons.trulctionsteile, wie Zylinder,
Triebwerk, Lager, Schwungmassen., Gehäuse. Das führt natürlich zu einem hohen Eigengewicht
des Motors.
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Die Erfindung schlägt demgegenüber ein Verfahren zum Betriebe dieser
Brennkraftmaschinen vor, das im wesentlichen darin beruht, däB die Ladeluft im Arbeitszylinder
des Motors annähernd auf den bei Vergasermotoren üblichen Enddruck (Verdichtungsverhältnis
etwa i : 5 bis i : 8) verdichtet und
eine geringe Frischluftmenge,die
in einer vom Verdichtungsraum des Arbeitszylinders vollkommen getrennten Verdichtungskammer
hochverdichtet (Verdichtungsverhältnis etwa i :2o bis 1 :24) wurde, zur Zündung
des Kraftstoffes in einer Vorkammer verwendet wird. Der Inhalt der Vorkammer wird
in .an sich bekannter Weise durch den darin auf-.tretenden Überdruck durch einen
oder mehrere Drosselkanäle in den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders übergeschoben
und darin unter wesentlich niedrigeren Drücken als bisher vollständig verbrannt.
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Infolge dieser Herabsetzung der Verbrennungsdrücke können die Konstruktionsteile
und somit der ganze Motor so leicht gebaut "werden, wie es bisher nur bei Vergasermotoren
möglich war.
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Die Verdichtung der zur Zündung des Kraftstoffes dienenden Frischluft
erfolgt vorteilhaft durch eine zwangsläufig mit .dem Kolben des Arbeitszylinders
gekuppelte Luftpumpe.
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Zwei Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in der Zeichnung in einem Längsschnitt durch einen Arbeitszylinder veranschaulicht.
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Bei beiden Anordnungen enthält der vom Zylinderkopf i abgedeckte Arbeitszylinder
den Arbeitskolben 3. Im Zylinderkopf i ist seitlich die als Einspritzraum und Zündkammer
dienende Vorkammer 4 angeordnet. 5 ist eine Einspritzdüse. Gemäß Fig. i ist in der
Seitenwandung des Arbeitszylinders 2 eine zur Zylinderachse parallel laufende Bohrung
6 vorgesehen, die den Arbeitsraum einer Luftpumpe mit dem Pumpenkolben 7 bildet.
Der Pumpenraum 6 ist gegen den Zylinderkopf i hin durch einen Einsatz 8 abgeschlossen
und weist -seitlich eine Einlaßöffnung9 auf, die den Pumpenraum mit der Außenluft
verbindet.
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Der Einsatz 8 enthält eine axiale Bohrung, die den Pumpenraum 6 m-it
einem Kanal io verbindet, der vorzugsweise tangential in die Vorkammer 4 einmündet.
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Der Pumpenkolben 7 weist eine Kolbenstange oder einen Stößel i i auf,
mittels deren er zwangsläufig vom Arbeitskolben 3 gesteuert wird.
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In der axialen Bohrung des obenerwähnten Einsatzes 8 ist das Einblaseventtil
12 untergebracht, das auf den zu erreichenden Verdichtungsdruck eingestellt ist.
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Die Vorkammer 4 ist in irgendeiner an sich bekannten Weise, z. B.
in einem zweiteiligen Einschraubstopfen, ausgebildet.
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Unter der Annahme, daß die Fig. i einen Zwei--taktmotor zeigt, wirkt
die erfindungsgemäße Anordnung folgendermaßen: Der Arbeitskolben 3 ist in der oberen
Totpunktlage gezeichnet, während der Pumpenkolben 7 den oberen Totpunkt überschritten
hat und sich auf dem Rückwege befindet. Die Stellungen entsprechen also dem Beginn
des, Arbeitstaktes. Der Arbeitskolben 3 wird durch die sich ausdehnenden Verbrennungsgase
nach unten gedrückt, zugleich bewegt sich auch der Pumpenkolben 7 infolge seiner
Kupplung mit dem Arbeitskolben nach unten. Sobald die Oberkante a des Pumpenkolbens
7 unter die Oberkante b der Lufteinlaßöffnung öder -Öffnungen 9 gelangt und diese
Öffnung freilegt, strömt Frischluft im Sinne des eingezeichneten Pfeiles in den
Pumpenraum 6.
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Bei dem darauffolgenden Hochgehen des Pumpenkolbens 7 wird die Luft
in dem Raum zwischen der oberen Stirnfläche des Pumpenkolbens 7 und dem Einblaseventil
i2, welcher die vom Verdichtungsraum des Arbeitszylinders getrennte Verdichtungskammer
gemäß der Erfindung bildet, so hoch verdichtet, daß sie eine Temperatur von etwa
75o° C erreicht.
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In dem Arbeitszylinder 2 wurde inzwischen in der üblichen Weise die
Spülung mit Frischluft durchgeführt und die im Zylinder befindliche Luft durch den
Arbeitskolben 3 in dem bei Vergasermotoren üblichen Verdichtungsverhältnis verdichtet.
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Ehe der Arbeitskolben 3 den oberen Totpunkt erreicht, wird die im
Pumpenraum 6 verdichtete, heiße Luft über das Einblaseventil 12 und den Kanal io
in die Vorkammer geblasen und bringt einen Teil des durch die Einspritzdüse 5 eingespritzten
Kraftstoffes zur Entzündung.
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Die Verbrennungsgase und der restliche Kraftstoff werden :durch den
in der Vorkammer auftretenden Überdruck durch einen oder mehrere Drossel: kanäle
13 in den. Verdichtungsraum des Arbeitszylinders 2 eingeblasen, wo der Kraftstoff
in der im Zylinder befindlichen Luft vollkommen verbrennt und infolge des Druckanstieges
des Arbeitskolben 3 nach unten drückt.
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Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich in entsprechender Weise beim Zweitaktmotor
bei jeder Kurbelwellenumdrehungeinmal, beim Viertaktmotor bei jeder zweiten Umdrehung.
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In Fig. 2 ist i wiederum der Zylinderkopf, der den Arbeitszylinder
2 mit dem Arbeitskolben 3 abdeckt. 4 ist die Vorkammer, 5 die Einspritzdüse.
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In der Seitenwandung des Arbeitszylinders 2 ist auch hier eine zur
Zylinderachse parallel laufende Bohrung 6 vorgesehen, die jedoch diesmal im Zylinderkopf
i fortgesetzt ist. Diese Fortsetzung der Bohrung bildet den. Pumpenraum 6' einer
Luftpumpe mit dem Pumpenkolben 7'.
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Der Pumpenraum 6' ist durch eine Querbohrung 14 mit der Vorkammer
4 verbunden. Auf gleicher Höhe mit der Querbohrung 1:4 liegt die Einlaßöffnung 9,
die den Pumpenraum 6' mit der Außenluft verbindet. Der Raum zwischen der Querbohrung
i4 bzw. der Lufteinlaßöffnung 9 und dem oberen Ende des Pnmpenraumes 6' bildet den
Verdichtungsraum 15 der Luftpumpe.
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Der Pumpenkolben 7' besitzt ebenso wie der Pumpemtkolben 7 in Fig.
i eine Kolbenstange i i, mittels deren er in geeigneter Weise bewegt wird.
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Im Pumpenkolben 7' ist eine Bohrung 16 vorgesehen, die, von der verdichtungs&eit,igen
Stirnfläche des Pumpenkolbens 7' ausgehend, zuerst axial verläuft und dann in einen
Querteil übergeht, derart, daß die Bohrung 16 den Verdichtungsraum 15 von einem
bestimmten Zeitpunkt vor Erreichen, des oberen Totpunktes, ab mit der zur Vorkammer
4 führenden Querbohrung 14 verbindet.
In Fig. 2 sind der Arbeitskolben
3 und der Pumpenkolben 6' in ihrer oberen Totpunktlage zu Beginn der Verbrennung
dargestellt.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist wiederum, einen Zweita'ktbetrieb
vorausgesetzt, folgende: Nachdem der Arbeitszylinder 3 im Wege der Spülung mit Frischluft
gefüllt ist und der Pumpenkolben 7' Frischluft durch die Einlaßbohrung 9 eingesaugt
hat, bewegen sich die beiden Kolben nach oben, dem oberen Totpunkt zu. Dabei wird
die Luft im Arbeitszylinder 2 wieder auf den bei Vergasermotoren üblichen Enddruck,
die Luft im Verdichtungsraum 1 5 der Luftpumpe dagegen hoch verdichtet.
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Vor Erreichen des oberen Totpunktes wird der Verdichtungsraum 15 der
Luftpumpe über die Bohrung 16 des Pumpenkolbens 7' mit der zur Vorkammer 1 führenden
Querbohrung 14 verbunden, so daß die hochverdichtete, heiße Luft aus, dem Verd.ic.htungsrauin
i 5 in. die Vorkammer :4 strömt, wo sie den in diesem Augenblick eingespritzten
Kraftstoff teilweise zur Entzündung bringt. Die Verbrennungsgase und der restliche
Kraftstoff werden durch den Überdruck in der Vorkammer 4 über einen oder mehrere
Drosselkanäle 13 in den Verdichtungs- und Verbrennungsraum des Arbeitszylinders
2 eingeblasen, wo der Kraftstoff in der Ar:beitszylinderluft vollständig verbrennt
und dien Arbeitskolben 3 nach unten drückt.
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Es sei noch besonders, hervorgehoben, daß die verhältnismäßig kleine,
hier zur Verwendung gelangende Vorkammer beim Betrieb sehr schnell erhitzt wird
und so eine sichere Zündung des Kraftstoffes gewährleistet ist, ohne daß der Einbau
einer Glühkerze notwendig wäre. Der Motor muß natürlich bei Einstellung auf Leerlauf
angelassen werden. Der Wegfall einer Glühkerze kommt am meisten bei Landmaschinen
zur Geltung, wo die Anordnung einer Batterie für die Glühkerze umständlich bzw.
praktisch unmöglich ist.
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Verwendung können alle Kraftstoffe, wie Benzin, Dieselöl. Traktorenöl
usw., finden.