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Vorrichtung zur Erleichterung des Anlassens bzw. des Wiederanlassens
oder des Vorwärmens der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht
sich auf eine Verbesserung und weitere Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Erleichterung
des Anlassens bzw. des Wiederanlassens oder des Vorwärmens der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen
durch Einspritzen und Entzünden von Frennstoff, insbesondere von Betriebsbrennstoff
im Ansaugrohr einerBrennkraftmaschine, mit einer vorzugsweise axial in das Ansaugrohr
gegen eine Zündvorrichtung spritzenden Düse.
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'\A'ährend bei einer bekannten Einrichtung der flüssige Brennstoff
gegen eine .in einiger Entfernung von der Einspritzdüse angeordnete lilühkerze gespritzt
wird, besteht die vorliegende Erfindung darin, daß die Vorwärmeinrichtung aus einer
gegebenenfalls mit einer Druckl.uftdüse zusammengebauten Brennstoffeinspritzdüse
besteht, bei der dicht vor ihrer Mündung in der StrabIrichtung zwei Elektroden eine
Funkenstrecke bilden. über die während des Vorwärmens eine ununterbrochene Funkenkette
springt, die eine bis zu den Ansaugstutzen der Zyl,inider der Brennkraftmaschine
in das Ansaugrohr hineinragende Flamme erzeugt.
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Diese Flamme hat eine solche Länge und .Stärke, daß sie beim Lauf
der Maschine auch von dem der 'E,inspritzvorr@ichtung am weitesten entfernt liegenden
Zylinder bis in dessen Brennraum hineingesaugt wird. Außerdem entnimmt die Vorwärmeinrichtung
dann, wenn die Einspritzdüse mit einer Druokluftdüse zusammengebaut ist, ihren für
die Verbrennung notwendigen Sauerstoff nicht der im Ansaugrohr befindlichen Luft,
sondern fördert ihren Verbrennungsluftanteil selbst. Der Brennstoff wird dabei durch
die Injektorwirkung der Luftdüse
mitgerissen. Da die Funkenstrecke
unmittelbar vor der Düsenmündung in der .Strahlrichtung liegt, erfolgt eine sofortige
Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches mit Sicherheit auch -bei großer Kälte.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine mit einer Zündvorrichtung vereinigte Brennstoffeinsgritz-
und Vorwärmdüse für flüssige Brennstoffe im Längsschnitt, Abb.2 einen Querschnitt
durch die Vorwärmdüse nach der Linie II-II von Abb. i, Abb. 3 ein 'Schaltsohema
für die Anordnung der Düse nach Abb. i und 2 an einer Einspritzbrennkraftmaschine
mit Zuführung des Brennstoffes zur Vorwärmdüse durch eine Handpumpe, Abb. q. ein
Schaltschema für die Anordnung der Düse nach Abb. i und 2 an einer Einspritzbrennkraftmaschine
mit selbsttätiger Zuführung des Brennstoffes zur Vorwärmdüse, Abb. 5 eine mit einer
Zündvorrichtung zusammengebaute Vorwärmdüse, insbesondere für staubförmige Brennstoffe,
im Längsschnitt, Abb. 6 das Schaltschema für die Anordnung der Düse nach Abb. 5
an einer Einspritzbrennkraftmaschine.
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Wie das Ausführungsbeispiel nach Abb. i zeigt, besteht der Vorwärmdüsenkörper
aus einem Schraubstopfen i mit einem Anschlußstück 2 für die Brennstoffzuleitung
3. In der senkrecht hierzu verlaufenden Ventilbohrung q. ist ein Drosselstift 5
eingeschraubt, der mit seinem unteren Teilabschnitt genau in die Bohrung q. paßt
und, dort an seinem Umfang mit schraubenförmig verlaufenden Gängen 6 versehen ist,
deren Querschndtte jeweils um i8o° zueinander versetzt liegen und die in einer trichterförmigen
Düsenmündung 7 enden. Parallel zu dem Drosselstift 5 ist im Schraubstopfen i ein
Isolierstück 8 mit. einem Leitungsstück 9 eingesetzt, das an seinem einen Ende eine
Anschlußklemme io trägt und dessen anderes Ende zu einer Elektrode i i umgebogen
ist, die mit einer zweiten Elektrode 13 eine Funkenstrecke 12 begrenzt. Die zweite
Elektrode 13 bildet ein stromschlüssig in den Düsenkörper eingesetztes Hakenstück.
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Die Wirkungsweise der geschilderten Einrichtung ist folgende: Der
Brennstoff fließt .durch die Leitung 3 unter Druck zu und wird durch die schraubenförmig
verlaufenden Gänge 6 hindurchgepreßt. Am Ende der Schraubengänge 6 tritt der Brennstoff
durch . die Düsenmündung 7 in zwei feinen, schraubenlinig umeinander kreisenden
Strahlen aus. Diese werden bei ihrem Austritt aus der Düsenmündung 7 weiterhin zerstäubt
und mit Luft vermischt, so daß durch die Funkenstrecke 12 ein scharfer Brennstoff-Luft-Gemisch-Strahl
hindurchtritt. Springt gleichzeitig an den Elektroden 11, 13 eine ununterbrochene
Funkenkette über, so entzündet sich der durch die Funkenstrecke 12 hindurchtretende
Strahl. Je nach dem Brennstoffdruck bzw. je nach der Ausströmenergie des
Brennstoffes aus der Düsenmündung 7 entsteht eine mehr oder weniger lange Flamme
14, welche zur Vorwärmung der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen dient oder auch
zum Anzünden von Gasgeneratoren und ö1-feuerungen oder für ähnliche Zwecke dienen
kann.
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Wird als Brennstoff für die Vorwärmflasche nicht Benzin oder .Spiritus
oder sonst ein leicht entzündlicher Brennstoff, sondern ein schwerer Brennstoff,
z. B. Teeröl, verwendet, so ist es zweckmäßig, in den .'Schraubstopfen i eine elektrische
Heizvorrichtung einzubauen. Diese kann aus einer Heizspule q.a bestehen, .die -die
Ventilbohrung ¢ umgibt, wie eine solche in Albb. i gestrichelt eingezeichnet ist.
Der Stromkreis für die Heizspule 4a ist zweckmäßig vom Stromkreis 26 der Zündvorrichtung
i i, i2 abgezweigt. Es kann eine Heizvorrichtung jedoch auch in den Drosselstift
5 eingebaut oder in,der zur Vorwärmdüse 1, 2 führenden Brennstoffzuleitung 3 angeordnet
sein.
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Die Zufuhr des Brennstoffes erfolgt entweder durch eine Handpumpe
i9 willkürlich oder durch eine vom -Motor oder fremd angetriebene Förderpumpe 30
(Abb. q. und 6) selbsttätig, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit einem Betätigungsglied
für die Brennkraftmaschine. Die Anordnung mit einer Handpumpe zeigt das Ausführungsbeispiel
nach Abb. 3. Es zeigt diese Abbildung eine Sechszylinderdieselmaschine 15 mit einer
normalen Einspritzdüse 16 für jeden Arbeitszylinder. Die Düsen 16 werden durch eine
aus der Abb. 3 nicht ersichtliche Brennstoffeinspritzpumpe in der üblichen Weise
mit Brennstoff versorgt. Die Vorwärmdüse nach Abb. i und :2 ist in .das Stirnende
des Ansaugrohres 17 eingesetzt. An das Anschlußstück 2 der Düse ist die- Brennstoffzuleitung
18 angeschlossen. Die Leitung 18 führt zu einer Handpumpe i9, ,die die Brennstoff
für die Vorwärmflamme 1q. aus einem kleinen Behälter 2o saugt. Der Lufteintrittsstutzen
des Ansaugrohres 17 ist mit 21 bezeichnet. Eine der Elektroden i i oder 13 an der
Vorwärmdüse 1, 2 nach Abb. i ist durch eine Leitung 22 über eine Zündspule 23 mit
einem Unterbrecher, z. B. einem Summer 24, an den mit einem Schalter 25 versehenen
Zündstromkreis 26 einer Batterie 27 angeschlossen, während die andere Elektrode
über die Masse des Motors mit dem gleichfalls an die Masse M angeschlossenen anderen
Pol des Batteriestromkreises in Verbindung steht.
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Die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 3 ist folgende: Der Schalter
25 ist mit dem Schalter des Anlassers 28 zwangsläufig derart verbunden, daß während
-des Anlaßvorganges auch der Schalter 25 geschlossen ist. Beim Einschalten des Anlassers
wird also gleichzeitig auch der Stromkreis 26 geschlossen, und es springt an den
beiden Elektroden 11, 13 der Vorwärmdüse 1, 2 eine ununterbrochene Funkenkette über.
Übt man mit der Handpumpe i9 gleichzeitig einen Förderhub aus, so tritt im Ansaugrdhr
17 eine Flamme 1q. auf. Je nach den vorhandenen,'Betriebsverhältnissen kann man
die Vorwärmung entsprechend anpassen. Man kann z. B. die Einspritzpumpe der Brennkraftmaschine
während -des Anlaßvorganges ganz abstellen und die Flamme 1q. in die Zylinder saugen
lassen, ohne daß ein Brennstoffüberschuß in ihnen vorhanden ist. Dadurch werden
die Wände des Ansaugrohres und
der Zylinder mit dem Kolbenboden
entsprechend erwärmt. Oder man 'kann an der Vorwärmeinrichtung mit Brennstoffüberschuß
arbeiten, so daß zusammen mit der Flamme und einem gewissen Anteil an Ansaugluft
auch eine gewisse Brennstoffmenge mit in die Zylinder gesaugt wird, die dort verbrennt.
Man kann diese zur Vorwärmung dienende zusätzliche Brennstoffmenge aber auch durch
die Düsen 16 einspritzen, indem man die Brennstoff einspritzpumpe entsprechend einstellt.
Der Stromkreis für die Heizvorrichtung 4" ist zweckmäßig vom Stromkreis 26 der Zündvorrichtung
abgezweigt.
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Eine Vorrichtung mit selbsttätiger Einschaltung der Vorwärmeinrichtung
zeigt die Abb. 4. In dieser Abbildung sind an der Dieselmaschine 15 eine
Brennstoffeinspritzpumpe 29 und eine Förderpumpe 30 vorgesehen. Die Saugleitung
31 der Förderpumpe 30 ist an einen Brennstoffbehälter 32 angeschlossen. Die
Druckleitung 32a der Förderpumpe 30 führt zur Einspritzpumpe 29. Die Vorwärmdüse
i, 2 nach Abb. i und 2 ist im Lufteintrittsstutzen 21 der Dieselmaschine 15 angeordnet.
Von der Druckleitung 32a der Förderpumpe 30 zweigt eine nach der Vorwärmdüse
führende Leitung 33 ab. In dieser Leitung ist eine elektrisch gesteuerte Absperrvorrichtung
34 angeordnet, die zusammen mit dem Schalter 25 betätigt wird. Der Anlasser selbst
ist mit 28 bezeichnet und an die Masse M und über den Schalter 25 an denZündstromkreis
26 angeschlossen. Schließlich ist in Abb.4 noch der Beschleunigerhebel 35 dargestellt,
der in seiner zurückgenommenen Stellung einen Kontakt 36 für den .Stromkreis der
elektrischen Absperrvorrichtung 34 in der Leitung 33 schließt.
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Die Vorrichtung nach Abb.4 wirkt wie folgt: Der Beschleunigerhebel
35 bleibt zunächst in seiner zurückgeschwenkten Stellung. Der Kontakt 36 ist dabei
geschlossen. Wird nun der Anlassersch.alter z. B. durch einen am Armaturenbrett
eines Kraftfahrzeuges angeordneten Druckknopf und mit ihm auch der Schalter 25 der
Zündeinrichtung betätigt, so wird der Anlasser 28 wirksam. Dieser bewirkt ein Durchdrehen
der Brennkraftmaschine, die auch die Einspritz- und die Förderpumpe 29, 3o antreibt.
Gleichzeitig gibt die Absperrvorrichtung 34 den Weg durch die Leitung 33 für ,den
von der Druckieitung 32" abgezweigten Brennstoff frei, so daß also mit dem
Beginn des Brennkraftmaschinenumlaufes auch die Vorwärmdüse i, 2 mit Brennstoff
versorgt wird. Weiterhin wird gleichzeitig durch die Zündspule 23 mit dem Unterbrecher
24 an der Funkenstrecke 12 der Vorwärmdüse i, 2 eine Funkenkette erzeugt, so daß
also bereits bei den ersten durch den Anlasser veranlaßten Umdrehungen der Brennkraftmaschine
im Ansaugrohr eine Vorwärmflamme auftritt und die vorgewärmte Ansaugluft mitsamt
den Abgasen der Flamme in alle Zylinder gesaugt wird. Dadurch werden das Ansaugrohr
und die Zylinderwände erwärmt und das Anlassen beschleunigt. Insbesondere wird bei
niedrigen Außentemperaturen die Kolbenreibung infolge der verminderten Zähflüssigkeit
des ursprünglich kalten Schmieröles herabgesetzt und damit ein Haupthindernis für
ein rasches Andrehen der Maschine beseitigt. Durch die direkte Einwirkung ,der heißen
Abgase der Vorwärmflamme wird die Eigentemperatur der Maschine in kürzester Zeit
heraufgesetzt. Durch die Vorwärmung der Zylinderwände werden schon nach wenigen
Umdrehungen Bedingungen geschaffen, die eine sichere Zündung der Brennkraftmaschine
gewährleisten. Der Fahrer erkennt an .der steigenden Motordrehzahl das Absinken
der Reibungsarbeit, was ihm einen Maßstab -dafür gibt, wie weit die Vorwärmung vorgeschritten
ist. Erscheint ihm die Maschine genügend vorgewärmt, so betätigt er den Beschleunigerhebel
35, womit er die Brennstoffeinspritzpumpe 29, die bisher keinen Brennstoff gefördert
hat, so regelt, daß nunmehr ein Einspritzen von Brennstoff durch die .Düsen 16 in
die Zylinder erfolgt, worauf die Maschine ohne weiteres anspringt. Während der Vorwärmung
ist es zweckmäßig, durch die ;Düsen 16 keine Brennstoffe einzuspritzen, weil sonst
wieder eine zu starke Abkühlung des Brennraumes eintreten würde. Bei der Betätigung
des Beschleunigerhebels 35 wird der Stromkreis 26 unterbrochen. Die Absperrvorrichtung
34 sperrt infolge der Kontaktunterbrechung bei 36 die Zufuhr von Brennstoff durch
die Leitung 33 nach der Vorwärmdüse i, 2 ab, und auch die Zündfunkernkette an den
Elektroden i i, 13 reißt ab durch die Wiederöffnung des Schalters 25 infolge
Aussetzens des Anlassers 28.
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Der Grad der Vorwärmung kann dem Fahrer auch selbsttätig in an sich
bekannter Weise durch einen Wärmefühler angezeigt werden, der z. B. die Temperatur
des Kühlwassers oder des Zylinderblocks aufnimmt und die gewünschte Grenztemperatur
durch ein im Blickfeld des Fahrers liegendes optisches oder akustisches Zeichen
anzeigt. Es ist auch möglich, die Vorwärmvorrichtung durch ein Zeitschaltwerk zu
steuern, das die Vorrichtung z. B. i Minute vor dem Anlassen bzw. für eine gewisse
Zeitspanne vor und während des Anlassens wirksam werden läßt. Man kann auch nur
das Ansaugrohr bei stehender Maschine von außen oder innen vorwärmen. In letzterem
Fall ist es zweckmäßig, mit dem Brennstoff gleichzeitig Luft durch die Funkenstrecke
zu blasen, etwa wie dies weiter unten beschrieben ist.
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Die Erfindung eignet sich für Brennkraftmaschinen aller Art sowohl
in bezug auf die Zündung (Selbst- oder Fremdzündung) als auch in bezug auf die bauliche
Gestaltung des Brennraumes (mit Vorkammer, Luftspeicher, Wirbelkammer usw.) oder
in bezug auf die Verwendung von leichten, mittleren oder schweren Brennstoffen.
Als Vorwärmbrennstoff wird zweckmäßig jeweils der gleiche Brennstoff verwendet,
mit dem auch die Brennkraftmaschine betrieben wird. Aus wirtschaftlichen Gründen
ist es jedoch vielfach zweckmäßig, den jeweils billigeren oder den in größerer Menge
zur Verfügung stehenden Brennstoff zu verwenden. Vorzugsweise wird als Vorwärmbrennstoff
Gasöl verwendet. Soweit sich die Gefahr der
Explosion eines Gemisches
im Ansaugrohr vermeiden läßt, ist auch eine Anwendung des Erfindungsgedankens für
Vergasermaschinen oder für mit einem Brenngas betriebene Brennkraftmaschinen denkbar.
Auch für Kohlenstaubverbrennung ist die Erfindung geeignet, wobei der Vorwärmdüse
ebenfalls Kohlenstaub als Brennstoff zugeführt werden kann. Eine solche Düse zeigt
die Abb. 5. In diesem Fall ist in die Ventilbohrung q. an Stelle des Drosselstiftes
5 eine Düse 37 eingesetzt, die eine Bohrung 38 aufweist. Die Düse 37 ist an eine
Druckluftleitung angeschlossen. Durch die Leitung 3 wird z. B. Kohlenstaub, ein
brennbares Gas oder flüssiger Brennstoff zugeführt. Es kann auch umgekehrt die Leitung
3 als Druckluftleitung und die Bohrung 38 als ,Brennstoffleitung dienen.
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Durch die aus der Düse 37 austretende Druckluft wird der aus der Leitung
3 der Bohrung 4 zuströmende Brennstoff mitgerissen und das zün.dfähigeGemisch durch
dieFurnkenstreckei2 geblasen.
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Ein Anordnungsschema für die Verwendung einer Vorwärmdüse nach dem
Ausführungsbeispiel von Abb. 5 zeigt die Abb.6. Die Anordnung entspricht im wesentlichen
dem Schema nach Abb. 4, und die gleichartigen Teile sind in Abb. 6 mit den gleichen
Bezugszeichen versehen. Weiterhin kennzeichnet 4o die zur Düse 37 führende Druckleitung,
die an eine Anlaßluftflasche 41 angeschlossen ist. Beim Öffnen des an der Luftflasche
41 vorgesehenen Ventils 42 strömt der Düse 37 eine gewisse Menge Druckluft zu, die
den aus der Leitung 33 zuströmenden Brennstoff mit durch die Funkenstrecke reißt.
Auf diese Weise wird ebenfalls eine Vorwärmflamme erzeugt. Im übrigen wirkt die
Einrichtung wie das Ausführungsbeispiel nach Abb. 4.
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Je nach den Betriebsverhältnissen ist die Schaltvorrichtung für die
Vorwärmei.nrichtung so getroffen, daß sie entweder nur bei niedrigen oder auch bei
höheren Drehzahlen wirksam ist oder allmählich oder stufenweise oder plötzlich zu-
bzw. abgeschaltet wird. Die Größe und die Richtung der Vorwärmflamme können beliebig
.geregelt werden. Die selbsttätige Vorrichtung erfordert keine zusätzlichen Bedienungsglieder,
bzw. man kommt mit dem Anlasserdruckknopf und dem Beschleunigerhebel aus. Wird beim
Ausführungsbeispiel nach Ab'b. 4 während der Betätigung des Anlasserdruckknopfes
der Beschleunigerhebel betätigt, so tritt infolge der Kontaktunterbrechung bei 36
keine Vorwärmung ein. Dies ist z. B. in der warmen Jahreszeit bzw. beim Anlassen
mit warmer Maschine günstig. Weiterhin erübrigt sich durch die Erfindung die Verwendung
von Glühkerzen, die bekanntlich erhebliche Strommengen den bei niedrigen Temperaturen
an sich schon geschwächten Akkumulatorenbatterien entziehen. Es sind dann auch keine
besonderen Bohrungen und Brennraumzerklüftungen für die Glühkerzen notwendig. Ferner
beseitigt der Erfindungsgegenstand die Gefahr, daß durch Abbrechen von Glühspiralen
Störungen in der Maschine auftreten. Ein Verschleiß der Vorwärmvorrichtung nach
der Erfindung tritt praktisch überhaupt nicht auf. Außerdem erfolgt die Vorwärmung
erheblich rascher und sauberer als mit den bekannten Einrichtungen.
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Infolge ihrer sparsamen Arbeitsweise und durch die Möglichkeit, die
Vorwärm.düse auch mit Kohlenstaub zu betreiben, eignet sich die Erfindung auch besonders
gut zum Entzünden von Feuerungen, z. B. von Kraftfahrzeuggeneratoren. Zweckmäßig
wird der Erfindungsgegenstand in die Frischluftdüse des Generators eingebaut. Als
Brennstoff kann man dann ebenfalls einen flüssigen Brennstoff verwenden, oder .man
verwendet die bei der Vergasung unerwünschten feinkörnigen Bestandteile des Generatorbrennstoffes,
der auf seinem Wege vom Vorratsbehälter zum Herd des Generators ausgesiebt und der
Vorwärmndüse zugeführt wird. Zusammengefaßt kann ein Brennstoff überall dort verwendet
werden, wo man. bisher eine sogenannte Lunte, z. B. mit Brennstoff :getränkte Putzwolle
od. dgl., einen Gasbrenner od. dgl. verwendet hat. Der Aufbau der Vorwärmdüse im
einzelnen ist im Rahmender Erfindung beliebig. Es können Einspritzdüsen verwendet
werden, bei -denen die Brennstoffzufuhr in Abhängigkeit vom Brennstoffdruck oder
von der Stellung eines Absperrgliedes erfolgt. Das Absperrglied kann hierbei entweder
mechanisch oder hydraulisch bzw. pneumatisch durch den Brennstoffdruck gesteuert
werden.