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Schnellaufender Fahrzeugdieselmotor Es ist heute ein Hauptbestreben
im Dieselmotorenbau, insbesondere bei schnellaufenden Motoren für Fahrzeuge, wie
Lastwagen, Omnibusse u. dgl., neben der thermischen Verbesserung ihren Gang ruhiger
und sanfter zu machen. In ersterer Beziehung hat man erhebliche Fortschritte gemacht,
jedoch besitzen diese Maschinen vielfach ein starkes Zündgeräusch, so daß die zweite
Bedingung nur unvollkommen erfüllt wird. Die Erfindung weist einen neuen Weg in
dieser Richtung.
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Bekannt ist, daß es gelingt, den Lauf der Maschinen ruhiger zu machen,
indem man den sogenannten Zündverzug verringert. Ein wirksames Mittel hierfür ist
die Erhöhung der Verdichtung über das bisher übliche Maß, also auf mehr als i :23
bis i .25, womit dann außerdem eine erwünschte thermische Verbesserung der Maschine
erzielt wird; beispielsweise kann man ein Verdichtungsverhältnis von z
:30 wählen. Eine höhere Verdichtung bedeutet eine höhere Temperatur und damit
eine größere Reaktionsbereitschaft der Sauerstoff- und Brennstoffmoleküle, d. h.
ein schnelleres Einsetzen und Ablaufen der Verbrennung, also einen geringeren Zündverzug,
der, wie gesagt, für den ruhigen Lauf des Motors weitgehend maßgebend ist. Im Diagramm
ist dies bei überhoher Verdichtung durch eine abgerundete Gestalt der Verbrennungslinie
erkennbar, die im
Gegensatz steht zu der scharfen und mehr schroffen
Form bei Maschinen mit nicht verringertem Zündverzug.
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Es ist eine überhohe Verdichtung praktisch bei nicht aufgeladenen
Dieselmotoren, wovon hier allein die- Rede ist, nur erreichbar bei Anwendung eines
kugeligen Verbrennungsraumes, der im inneren Totpunkt im wesentlichen die ganze
Luftladung zusammengeballt enthält und genügend Platz für die Entfaltung des hier
unmittelbar eingespritzten Brennstoffstrahles bietet.
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Bekannt ist weiter, daß auch ein hoher Luftüberschuß bei Vollast sich
bei der Verbrennung durch Milderung des Zündgeräusches günstig auf den ruhigen Gang
auswirkt, weil däbei mehr Sauerstoffmoleküle als sonst zur Verfügung stehen und
deshalb die Reaktionsfähigkeit des. Gemisches verbessert wird, was sich in einer
Verringerung des Zündverzuges äußert. In Verbindung mit baulichen Maßnahmen zur
Verringerung des Zündverzuges durch planmäßiges Herbeiführen von Wirbelungen im
Verbrennungsraum - also auch zur Erhöhung der Reaktionsbereitschaft - wird dieses
Mittel heute schon verwendet.
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Hoher Luftüberschuß bedeutet kleinere Brennstoffmenge pro.Volumeneinheit,
z. B. pro Liter des Zylinderinhaltes. Die Vollastleistung eines Zylinders von bestimmter
Größe ist also bei hohem Luftüberschuß kleiner als bei dem meist verwendeten kleinen
Luftüberschuß, bzw. der mittlere Druck ist geringer. Eine solche Maschine von bestimmter
geforderter Leistung bedingt also- einen größeren Gesamtzylinderinhalt und damit
einen höheren Bauaufwand, und dies schreckt naturgemäß oft von der .planmäßigen
Verwendung des höheren Luftüberschusses ab, der für normale Motoren bei Volllast
nur bei etwa 1,3 liegt.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß man die eben erwähnten Maßnahmen:
überhohe Verdichtung und großen Luftüberschuß, miteinander vereinigt, indem ein
schnellaufender, nicht aufgeladener Fahrzeugdieselmotor mit kugeligem Verbrennungsraum,
der im inneren Kolbentotpunkt praktisch die- gesamte Luftladung enthält und in,
den der Brennstoff unmittellbar eingespritzt wird, geschaffen wird, bei dem ein
überhoher Verdichtungsgrad - von etwa i :30 - in Verbindung mit einem übergroßen
Luftüberschuß bei Vollast -angewendet wird. Es ergeben sich hierdurch Vorteile,
die diese Merkmale für sich nicht erzielen können, und zwar vor allem in der Weise,
daß neben der Zusammenwirkung der beiden die Laufruhe verbessernden Faktoren, der
vorhin angedeutete Nachteil des zweiten Merkmales, sofern es allein angewendet wird,
aufgehoben ist. Es wird also der Nachteil des größeren Gesamtzylinderinhaltes bzw.
der bei einem gegebenen Inhalt verringerten Leistung einer mit hohem Luftüberschuß
arbeitenden Maschine durch Einführung der überhohen Verdichtung wieder wettgemacht,
da diese letztere an sich wesentlich höhere mittlere Zylinderdrücke ergibt als eine
gewöhnliche Maschine. Der Kreisprozeß spielt sich nämlich dabei zwischen, höheren
Drücken und Temperaturen ab; die Expansionslinie erstreckt sich wegen des im Verhältnis
zum eingeführten Brennstoff größeren Zylindervolumens bis herunter in ein Druckgebiet,
das den normalen Maschinen .im allgemeinen nicht zur Verfügung steht. Es ist sogar
möglich, aus einer Maschine bestimmter Größe eine höhere Leistung herauszuholen.
Weiter aber macht die überhohe Verdichtung mit ihrem an sich geringen Zündverzug
es meist überflüssig, besondere Mittel, z. B. die erwähnten Wirbelungen, anzuwenden,
die häufig baulich schwerfällig sind und Energie verzehren. Umgekehrt verringert
die Anwendung größeren Luftüberschusses bei Maschinen mit überhoher Verdichtung
die Wärmebelastung der empfind= lichen Brennräume und sichert dagegen, daß die Verbrennungsdrücke
auf ein nicht mehr beherrschtes Maß ansteigen.
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Der geforderte ruhige Gang der Maschine wird durch die Verwirklichung
der beiden Maßnahmen in erhöhtem Maße erzielt. Hat schon eine überhoch verdichtende
Maschine an sich wegen des »abgerundeten« Diagramms eine ruhige Gangart, so wird
dieses durch die Umstände, die an sich die Maschine mit größerem Luftüberschuß ruhig
laufen lassen, noch verbessert. Es sei bemerkt, daß schon darauf hingewiesen wurde,
daß der Wirkungsgrad eines Dieselmotors mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis,
zunehmendem Luftüberschuß und zunehmendem Verbrennungsdruck steigt. Aber die jetzt
gezogenen Folgerungen aus einer Vereinigung derartiger Merkmale und ihrer Anwendung
auf eine besondere Maschinengattung mit dem Sonderzweck, die Laufruhe zu verbessern,
sind neu.
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Es ist nun bei den Maschinen mit überhoher Verdichtung und kugeligem
Verbrennungsraum, der vorzugsweise im Kolbenboden ausgespart wird und mit dem sogenannten
Kolbenspaltraum (Verlust-oder Restraum) durch eine verhältnismäßig weite Öffnung
verbunden ist, durch die hindurch der Brennstoffstrahl in den Verbrennungsraum spritzt,
zu beachten, daß man bald an. die Grenze der praktischen Ausführbarkeit kommt, weil
es wegen der notwendigen Kleinheit des Verbrennungsraumes bei hoher Verdichtung
- z. B. z :30 - nicht mehr möglich ist, den größten Teil der Luftladung,
also etwa 8o'Dla mindestens, wie gefordert. darin unterzubringen, sofern man mit
den bei schnellaufenden Fahrzeugmotoren üblichen Zylinderdurchmessern von etwa 8o
bis 140 mm und einem Hubverhältnis
bis 1,3 rechnen muß. Der Anteil der Luft, der sich im Kolbenspaltraum befindet,
wird dann nämlich zu groß, da der Spalt bekanntlich nicht unter ein bestimmtes Maß
verkleinert werden kann. Diesem Umstand wird erfindungsgemäß dadurch Rechnung getragen,
daß das Verhältnis vom Hub zum Zylinderdurchmesser, also
so gewählt, d. h. gegenüber dem bislang üblichen so vergrößert wird, daß hier keine
Schwierigkeiten entstehen. Durch die Wahl eines längeren Hubes, also durch Vergrößerung
von s, ist dieses erreichbar. Gleichzeitig
wird neben der Verringerung
des prozentualen Anteiles des Kolbenspaltraumes am gesamten Zylinderinhalt noch
erreicht, daß wegen der schlankeren Zylinder und weil dabei die Zylinderabstände
kleiner werden können, die Maschine in der Richtung der Kurbelwelle kürzer gebaut
werden kann als eine normalhubige Maschine gleichen Zylinderinhaltes. Die neue Maschine
besitzt also die Nachteile nicht, die man bei bekannten Maschinen mit großem Luftüberschuß
feststellen kann. Der Bauaufwand für eine solche Maschine ist infolgedessen geringer.