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Luftverdichtende Brennkraftmaschine mit gleichzeitiger Einspritzung
eines schwer zündbaren Betriebsbrennstoffes und eines leichter zündbaren Zündbrennstoffes
Die Erfindung bezieht sich auf eine luftverdichtende Brennkraftmaschine mit gleichzeitiger
Einspritzung eines schwerer zündbaren Betriebsbrennstoffes und eines einem gesonderten
Behälter entnommenen leichter zündbaren Brennstoffes, welch letzterer durch Selbstzündung
gezündet wird und seinerseits die Zündung des Betriebsbrennstoffes bewirkt. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf eine weitere Verbesserung und Ausgestaltung solcher
Maschinen der oben angeführten Gattung, bei welchen sich eine Mischvorrichtung für
die beiden Brennstoffe vor der Einspritzdüse bzw. vor der Einspritzpumpe der Maschine
befindet. Bei den bekannten Maschinen dieser Bauart dient der Mischbetrieb nur zum
Anlassen mit leichterem Brennstoff, und die lediglich als Mehrweghahn ausgebildete
Mischvorrichtung hat nur den Zweck, einen plötzlichen Übergang von Leichtbrennstoffbetrieb
auf Betrieb mit schwerem Kraftstoff zu vermeiden, um ein unerwünschtes Stehenbleiben
der Maschine zu verhindern. Demgegenüber soll die Maschine nach der Erfindung dauernd
mit Mischbrennstoff betrieben werden, wozu die obenerwähnte Mischeinrichtung unzulänglich
ist, weil der Mischbetrieb nur auf einen Leerlaufbetrieb abgestimmt ist
und
die Hahnregelung zu grob wirkt. Außerdem müssen für die Hahnregelung weitere Maßnahmen
getroffen werden, um an der Mischstelle einen gleichen spezifischen Druck des Kraftstoffes
zu erreichen. Diese Maßnahmen sind nicht immer durchzuführen oder mit einem unerwünscht
großen technischen Aufwand verbunden.
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Demgegenüber wird durch die Erfindung eine -einfache, für den Dauerbetrieb
geeignete Kraftstoff-Fördereinrichtung geschaffen, welche mit den vorhandenen Mitteln
auskommt. Sie besteht darin, daß als Mischvorrichtung die vor der Einspritzdüse
liegende Förderpumpe dient und bei der Regelung des Mischungsverhältnisses der beiden
Brennstoffe die aus der Förderpumpe gelieferte Zündbrennstoffmenge im wesentlichen
unverändert gelassen und nur die Betriebsstoffmenge verändert wird, während die
Regelung der Betriebsbrennstoffmenge durch eine Regelung der Förderpumpendrehzahl
oder durch eine Querschnittsveränderung in deren Ansauge- bzw. Druckleitung erfolgt.
Es kann das Brennstoffgemisch in an sich bekannter Weise sowohl unmittelbar in den
Zylinderraum als auch in einen von diesem abgesetzten Brennraum, z. B. in eine Vorkammer,
oder auch in beide Teilräume eingespritzt werden. Ebenso kann das Einspritzen des
Kraftstoffes in an sich bekannter Weise durch eine einzige oder durch mehrere Düsen
erfolgen.
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Um bei einer Vorkammermaschine eine möglichst gleichmäßige Verteilung
des Vorkammerinhalts auf den Hauptbrennraum und damit eine möglichst vollkommene
Verbrennung des Brennstoffes zu gewährleisten, ist es zweckmäßig; die Vorkammer
in an sich bekannter Weise derart anzuordnen, daß sich die austretenden Gemischstrahlen
möglichst gleichmäßig auf den Hauptbrennraum verteilen. Zu diesem Zweck wird das
Brennstoffgemisch vorteilhaft in eine solche Vorkammer eingespritzt, die im oberen
Kolbentotpunkt nur durch einen zwischen Vorkammerausmündung und Kolbenboden gebildeten
flachen Ringspalt mit dem Hauptbrennraum in Verbindung steht, durch den hindurch
der Brennstoff bzw. das entzündete Brennstoffgemisch auf den z. B. durch eine Mulde
im Kolbenboden gebildeten Hauptbrennraum verteilt wird. Der Ringspalt wird von zwei
parallelen Flächen, nämlich der Abschlußfläche der Überströmkanalmündung und der
dieser gegenüberliegenden Kolbenbodenfläche, begrenzt, die insbesondere wiederum
so verlaufen, daß der Spalt zur Kolbenboden- und- Zylinderbodenfläche im wesentlichen
parallel ist.
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Es sind zwar schon Vorkammermaschinen bekannt, welche mit Einspritzung
eines Betriebsbrennstoffes und eines Hilfsbrennstoffes in die Vorkammer betrieben
werden. Als Betriebsbrennstoff kann hierbei ein schwerer vergasbarer Brennstoff
und als Hilfsbrennstoff ein flüchtiger Brennstoff verwendet werden. Im Gegensatz
zum Erfindungsgegenstand wird jedoch in diesem Falle der Hilfsbrennstoff getrennt
in denjenigen Teil der Vorkanuner eingespritzt, welcher von dem Übergang zum Hauptbrennstoff
am weitesten entfernt ist, während der Betriebsbrennstoff möglichst vollständig
in den verengten Teil der Vorkammer am Übergang zum Hauptbrennraum eingespritzt
wird und zu diesem Zweck die Einspritzdüse für den Betriebsbrennstoff bis nahe an
diesen verengten Teil der Vorkammer heranreicht. Der erweiterte Teil der Vorkammer,
welcher zur Aufnahme des Hilfsbrennstoffes dient, wirkt im wesentlichen als ein
der Vorkammer nachgeschalteter Speicherraum, in welchem die Zündung des Hilfsbrennstoffes
stattfindet, derart, daß durch diese Hilfszündung der in dem verengten Teil der
Vorkammer vorgelagerte Betriebsbrennstoff in den Hauptbrennraum eingestäubt wird.
Das wesentliche dieser bekannten Maschine besteht also darin, zunächst eine vom
Betriebsbrennstoff örtlich getrennte Entzündung des Hilfsbrennstoffes vorzusehen,
um durch diese Hilfszündung den vorgelagerten Betriebsbrennstoff in den Hauptbrennraum
einzustäuben. Daraus erklärt sich auch der Umstand, daß für die bekannte Maschine
die Verwendung von Brennstoffen verschieden hohen Zündpunktes keine notwendige Voraussetzung
für die Arbeitsweise der Maschine ist.
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Es sind des weiteren Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen eine
außerhalb des Zylinders angeordnete Hilfskammer mittels eines engen winkelförmigen
Kanals mit dem Betriebshauptbrennraum in Verbindung steht und bei welchem der Betriebsbrennstoff
in flüssigem Zustande in den winkelförmigen engen Kanal vorgelagert wird. Durch
die Einspritzung einer kleinen Menge Leichtbrennstoffes in die Hilfskammer und durch
die Zündung dieses Hilfsbrennstoffes in dieser soll der in dem Kanal vorgelagerte
flüssige Betriebsbrennstoff in den Hauptbrennraum eingestäubt werden.
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Es sind des weiteren Maschinen bekannt, bei welchen ein Schwerölbrennstoff
in einen Hauptbrennraum eingespritzt wird, der am Ende des Verdichtungsraumes nahezu
die gesamte, vom Kolben aus dem Zylinderraum verdrängte Verdichtungsluft aufnimmt.
Die Zündung des Schwerölbrennstoffes soll in diesem Falle durch einen Leichtölstrahl
erfolgen, welcher durch Einführung und Entzündung karborierter Luft in einer Kammer
erzeugt wird- und unmittelbar an der Mündung des nicht mit Luft durchsetzten Schwerölstrahles
parallel oder nahezu parallel mit diesem in den Verbrennungsraum eingeführt wird.
Im Gegensatz zur Erfindung findet also in diesem Falle keine Einspritzung eines
aus Zünd- und Betriebsbrennstoff bestehenden Gemisches statt. Auch wird die Zündung
des Betriebsbrennstoffes nicht durch die Selbstzündung eines eingespritzten Hilfsbrennstoffes
eingeleitet, sondern durch ein in einem Vergaser erzeugten und durch eine Zündvorrichtung
gezündeten Leichtölgemisch. Die durch die Erfindung angestrebten Vorteile können
daher bei dieser bekannten Maschine ebenfalls nicht erzielt werden.
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Es sind ferner noch Maschinen bekannt, bei welchen ein und derselbe
Brennstoff sowohl in eine Vorkammer als auch in den Hauptbrennraum eingespritzt
wird, wobei der in die Vorkammer in regelbarer Menge eingespritzte Brennstoff die
Betriebsbrennstoffmenge darstellt. Die Einspritzung in den Hauptbrennraum hat hierbei
den Zweck, einerseits das Anlassen der Maschine sicherzustellen und andererseits
die Wirbelbewegung bei der Vorkammeräusströmung während des Normalbetriebes zu unterstützen.
Im Gegensatz
zur Erfindung findet infolgedessen die Einspritzung
in den Hauptbrennraum derart statt, daß der Brennstoff im wesentlichen gleichgerichtet
mit der durch das austretende Vorkammergemisch erzeugten Wirbelströmung eingespritzt
wird. Vor allem aber kann infolge des Umstandes, daß für die Haupt- und Hilfseinspritzung
der gleiche Brennstoff verwendet wird, nicht die durch die Erfindung angestrebte
Wirkungsweise erzielt werden.
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Als Betriebsbrennstoff kann bei der Erfindung in allen Fällen ein
Dieselbrennstoff, z. B. Gasöl, Verwendung finden. Mit besönderem Vorteil kann jedoch
auch ein sogenannter Sicherheitsbrennstoff verwendet werden. Darunter sind im wesentlichen
solche Brennstoffe zu verstehen, die in flüssigem Zustande unbrennbar sind und erst
bei erhöhter Temperatur brennbare Gase erzeugen. Dieser kann beispielsweise auch
unmittelbar in einen nicht unterteilten Brennraum eingespritzt werden, wobei die
hierbei entstehenden Gase mittels des dem Sicherheitsbrennstoff beigemischten Zündbrennstoffes
entzündet werden. Die Erfindung ist jedoch auch für jeden anderen geeigneten Betriebsbrennstoff
verwendbar. Zweckmäßig wird der Zündbrennstoff im Betriebe in gleichbleibender Menge
dem Betriebsbrennstoff zugemischt, während die Menge des Betriebsbrennstoffes geregelt
wird. Gegebenenfalls kann auch die Möglichkeit vorgesehen werden, zur Erleichterung
des Anlassens die Menge des Zündbrennstoffes vorübergehend zu erhöhen.
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Schließlich sind auch Vorkammermaschinen bekannt, bei denen der ausblasende
Vorkammerinhalt auf eine Prallfläche des Kolbenbodens aufschlägt, derart, daß er
sich fächerartig gleichmäßig über den Brennraum verteilt. Diese bekannten Maschinen
arbeiten jedoch nur mit einem Brennstoff.
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In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt, und zwar zeigt die Abbildung einen Längsschnitt durch den oberen Zylinderteil
einer Vorkammer-Einspritz-Brennkraftmaschine mit der Brennstoffzuführung für eine
in die Vorkammer einmündende Einspritzdüse.
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Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel besteht der Brennraum der Maschine
aus einem durch eine Vertiefung des Kolbenbodens gebildeten Hauptbrennraum i und
einer Vorkammer 2. Die Vorkammer steht durch einen halsförmigen Verbindungskanal
3 mit dem Hauptbrennraum in Verbindung, wobei der den Verbindungskanal umschließende
Einsatz q. so weit in den Hauptbrennraum hineinragt, daß zwischen seiner unteren
ringförmigen Stirnfläche und dem Kolbenboden im oberen Kolbentotpunkt lediglich
ein schmaler Ringspalt 5 von z. B. 0,5 mm verbleibt.
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Der Betriebsbrennstoff, z. B. normales Gasöl, wird durch eine Förderpumpe
6 dem Hauptbehälter 7 entnommen und durch die Einspritzpumpe 8 über die Druckleitung
9 der Einspritzdüse io zugeleitet.
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Für den Zündbrennstoff ist ein Hilfsbehälter ii vorgesehen, aus dem
der Zündbrennstoff mittels einer Förderpumpe 12 durch eine Leitung 13 der Druckleitung
der Förderpumpe 6 bzw. der Saugleitung der Einspritzpumpe 8 zugeleitet wird.
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Die beiden Förderpumpen 6 und i2 können in Abhängigkeit z. B. von
der Drehzahl der Brennkraftmaschine miteinander regelbar gekuppelt, und zwar derart
einstellbar sein, daß das Mischungsverhältnis des dem Saugrohr der Einspritzpumpe
8 zufließenden Zünd- und Betriebsbrennstoffgemisches den jeweiligen Betriebserfordernissen
angepaßt ist. Auch die Einspritzpumpe 8 ist in an sich bekannter Weise regelbar.
Zweckmäßig wird eine sog. Rückströmregelung benutzt, wobei in an sich bekannter
Weise die Pumpenkolben zur Regelung der Einspritzmenge mit schrägen Steuerkanten
versehen sind, die um ihre Achse gedreht werden können. Die Regelung der Förderpumpen
6 bzw. 12 erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß beim Anlassen eine erhöhte Menge
Zündbrennstoff in die Maschine geliefert wird.
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Im Rahmen der Erfindung kann die Vorkammer auch seitlich und schräg
zur Zylinderachse angeordnet sein. Ebenso kann die Einspritzdüse beliebig zur Vorkammer
angeordnet sein. Es kann die Einspritzdüse auch außerhalb des Vorkammerraumes liegen
und das Brennstoffgemisch durch die Überströmöffnung zwischen Vorkammer und Zylinderraum
in die Vorkammer einspritzen, wobei das Einspritzen in die Vorkammer durch den aus
dem Zylinderraum in die Vorkammer eindringenden Luftstrom unterstützt wird. Gegebenenfalls
kann die Einspritzdüse auch derart in den Überströmkanal zwischen Vorkammer und
Zylinderraum einmünden bzw. einspritzen, daß ein Teil des Brennstoffgemisches in
den Vorkammerraum und ein Teil desselben in den Zylinderraum eingespritzt wird.
Schließlich können an Stelle einer einzigen Einspritzdüse auch deren zwei vorgesehen
werden, von denen die eine in den Zylinderraum und die andere in einen vom Zylinderraum
abgesetzten Brennraum einspritzt. An Stelle von zwei Förderpumpen 6 und i2 kann
auch eine einzige Förderpumpe treten, die aus beiden Behältern 7 und ix Brennstoff
ansaugt. In diesem Falle wird die aus jedem Behälter angesaugte Menge durch einen
entsprechend veränderlichen Leitungsquerschnitt in den Ansaugeleitungen geregelt.