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Arbeitsverfahren und Einspritzvorrichtung für mit Überladung betriebene,
Dieselmaschinen Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren und eine Einspritzvorrichtung
für mit Überladung betriebene Dieselmaschinen.
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Das Hauptziel der Erfindung liegt darin, bei den verschiedensten Maschinendrehzahlen
eine detonationsfreie Verbrennung zu erreichen. Das Auftreten von Detonationen ist
eng mit der Art und Weise verbunden, in der sich die Kohlenwasserstoffe des Brennstoffs
bei der Verbrennung umsetzen. Es gibt im wesentlichen zwei Möglichkeiten für die
Oxydationdieser Kohlenwasserstoffe, nämlich i. die direkte Oxydation der Kohlenwasserstoffe
und a. eine Oxydation nach vorheriger Zersetzung der Ko'hlenwasserstoffe in solche
Verbindung, wie C H4, Wasserstoff und Kohlenstoff.
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Die erstere Art des Verbrennungsverlaufes ist im Hinblick auf detonationsfreien
Betrieb die günstigere. Die Oxydation von C H4, insbesondere aber von Wasserstoff
nach der zweitgemannten Art, erfolgt unter starken Druck- und Temperaturerhöhungen
und geht so heftig vor sich, wie es eben für Detonationen kennzeichnend ist. Bei
der Verbren nung im Motor findet nun gewissermaßen ein Wettlauf zwischen beiden
Artender Verbrennung statt. Die Bedingungen sind für eine direkte Oxydation
der
K.ohlenwasserstoffe besonders günstig, wenn der Brennstoff vor der Verbrennung gut
verteilt und entsprechend dem Luftbedarf der einzelnen Brennstoffteilchen mit Luft
gemischt ist. Die Flamme ist bei der .direkten Verbrennung blau und zeigt keine
Neigung, zu rußen.
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Eine Verbrennung nach vorheriger Zersetzung des Brennstoffs tritt
ein, wenn dieser plötzlich und in stark verdampftem Zustand den Flammentemperaturen
ausgesetzt wird. Dann zersetzen sich nämlich :die einzelnen Brennstoffteilchen schneller,
als sie .den Sauerstoff zur Verbrennung finden können. Unter diesen Bedingungen
ist die Flammenfärbung gelb, was auf die Verbrennung von Kohlenstoff zurückzuführen
ist, und es besteht eine Neigung zur Rußabscheidung. . .
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Der bisherige Betrieb von Dieselmaschinen und ähnlichen Maschinen
zeigt keine Berücksichtigung dieser verschiedenen Möglichkeiten des Verbrennungsverlaufes.
Es wird nämlich bei ihnen die Luft im Zylinder weitestgehend verdichtet, um den
Zündverzug möglichst zu verhindern. Aus dem gleichen Grunde wird ein leicht zündfähiges
Öl gewählt. Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß bei schnell laufenden Dieselmaschinen
mit hohem Veridichtungsverhältnis der zuerst in den Verbrennungsraum eingespritzte
Brennstoff nicht zündet, sondern auf turbulente verdichtete Luft trifft. Ein Teil
des eingespritzten Brennstoffs mischt sich nun mit mehr- oder weniger turbulenter
Luft, bis in irgendeinem Teil des Verbrennungsraumes ein zündfähiges Gemisch zustande
gekommen ist, so @daß die Verbrennung beginnen kann. Wird nun idie Einspritzung
noch nach der ersten Verbrennung fortgesetzt, so trifft der weiterhin eingespritzte
Brennstoff auf Luft, die nicht nur in stark turbulenter Bewegung, sondern auch-
mit Verbrennungsrückständen gemischt ist. Im weiteren Verlauf der Verbrennung wird
die Luft immer mehr mit Verbrenndngs@rückständen gesättigt, was die Verbrennung
derart beeinflußt, daß freier Kohlenstoff erzeugt wird. Bei den gewöhnlichen Dieselmaschinen
tritt dies dann ein, ,nenn ungefähr 5o% der verfügbaren Luft verbraucht sind. Die
zur Herstellung der ordentlichen Mischung für die erste Selbstzündung erforderliche
Zeit ist gleich dem Zündverzug und wird zu einem erheblichen Maße durch die Turbulenz
während der Einspritzung beeinflußt, allerdings auch (durch die Gestalt .des Verbrennungsraumes,
durch (die Art der Brennstoffstrahlen, durch die Dauer der Einspritzung und bis
zu einem gewissen Grade auch durch den Verdichtungsdruck. In erheblichem Maße hängt
der Zündverzug in der Maschine unmittelbar von dem Grade der Turbulenz ab, und zwar
vergrößert er sich mit Zunahme der Turbulenz infolge der Tatsache, daß die Luft
gewöhnlich mit hoher Geschwindigkeit um die Achse des Arbeitszylinders rotiert und
den neu eintretenden Brennstoff in die kältesten Bereiche in .der Nähe der Zylinderwandung
schleudert. Dieser Erscheinung kann durch einen hohen Verdichtungsdruck entgegengewirkt
werden, und die bekannten Maschinen mit hoher Tur!balenz arbeiten daher mit sehr
hohen Verdichtungsdrücken von oft 40 bis 5o Atmosphären, und gerade unter diesen
Umständen treten häufig Detonationen auf.
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Wenn man die normale Strahlbildung bei den üblichen kompressorlOsen
Maschinen untersucht, so .stellt man fest, daß der Brennstoff sich wegen der hohen
Einspritzdrücke (21o bis r4oo kg/cm2) und der sehr feinen Einspritzöffnungen im
wesentlichen im Dampfzustand befindet. Eine photographische Aufnahme solcher Brennstoffstrahlen
zeigt im übrigen, daß die einzelnen Strahlen sehr kompakt sind und selbst durch
heftige Turbulenz schwer aufgelockert werden. Diese Strahlen wenden somit hohen
Verdichtungstemperaturen ausgesetzt, ohne daß sie sich hinreichend mit Luft mischen
können. Das Ergebnis ist unvermeldbar ein Zersetzungsprozeß. Die Verbrennung verläuft
also nach der zweiten der obengenanuten Arten. Da hierbei ein Teil der Verbrennung
in der Oxydation von Wasserstoff oder Methan besteht, ergibt sich durch die -damit
verbundenen starken Druck- und Temperatursteigerungen ein außerordentlich heftiger
und zerstörend wirkender Verbrennungsverlauf. Da weiterhin die Einspritzung durch
feine Öffnungen hindurch stattfindet, muß sie notwendigerweise und im übrigen beim
Dieselsystem auch mit voller Absicht noch nach der ersten Verbrennung fortgesetzt
werden. Es ist einleuchtend, daß der später eingespritzte Brennstoff zerfällt und
weitere Wasserstoff=Sauerstoff-Reaktionen hervorbringt.
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Die Erfahrung hat nun gezeigt, daß eine detonationsfreie Verbrennung
unter Beachtung folgender Gesichtspunkte zu erzielen ist: a. Es muß ,der ganze Brennstoff
in einem Augenblick öder im wesentlichen, in einem Augenblick in den Verbrennungsraum
eingespritzt werden, und zwar bei niedrigen Verdichtungsdrücken (beispielsweise
ungefähr r7kg/cm2 zur Zeit des Einspritzbeginns). Durch den niedrigen Druck wird
der Zündverzug vergrößert und dadurch die Möglichkeit geschaffen, den gesamten Brennstoff
vor Beginn der Verbrennung einzuspritzen.
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z. Die Einspritzung des Brennstoffs !hat in lockeren Strahlen bei
verhältnismäßig niedrigen Einspritzdrücken (vorzugsweise unter 851cg/cm2) zu erfolgen.
Es wird dadurch dem Brennstoff die Gelegenheit gegeben, sich .leicht mit der Luft
in der Verbrennungskammer zu vereinigen und so schnell wie .möglich ein zündfähiges
Gemisch zustande zu bringen.
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3. Der Verbrennungsraum muß möglichst groß und die Luft in ihm in
hochturbulentenm Zustand gehalten wenden, so @daß schnell eine vollständige Mischung
eintreten kann. Dieser Gesichtspunkt ist besonders bei Maschinen mit kleiner Bohrung
und kurzem Hub von Bedeutung.
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Die angegebenen Ziele werden entsprechend der Erfindung dadurch erreicht,-
daß die Einspritzung des gesamten Brennstoffs fiiir ein Arbeitsbeispiel im Zeitraum
.des Zündverzugs (vorzugsweise im Bereich zwischen zo° Kurbelwinkel vor dem oberen
Totpunkt und dem oberen Totpunkt) intermittierend und bei verhältnismäßig niedrigem
Einspritzdruck
(etwa 85 ata) erfolgt, daß (der Verdichtungsdruck
niedrig (etwa 17 -ata) gehalten wird und daß die Einspritzung durch Einspritzkanäle
erfolgt, die eine große lichte Einzelquerschnittsfläche, z. B. eine solche von
0,8 mm2, und eine Länge besitzen, die, wie an sich bekannt, ein Mehrfaches
des Öffnungsdurchmessers beträgt.
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Die letzterwähnte Form der Einspritzkanäle ist beispielsweise in der
Zeitschrift »Flugsport«, 1936, S, 1q. und 15, und in .der Zeitschrift »Forschung
auf dem Gebiet des Ingenieurwesens«, I932,-S. 237 bis 239, beschrieben. Diese Literaturstellen
befassen sich jedoch ausschließlich mit .dem Einfloß der Einspritzk analform auf
die Strahlform.
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Weiter ist ein Vorschlag für ein Diesel-Arbeitsverfahren bekannt,
bei welchem bei hoher Autfladung und einem verhältnismäßig niedrigen Verdichtungsdruck
von etwa 32 Atmosphären eine Begrenzung des Verbrennungshöchstdrucks dadurch erreicht
werden sollte, daß die Einspritzzeit später gelegt bzw. auf einen längeren Zeitraum
erstreckt wird. Dieses Verfahren hat aber nicht die erhoffte Wirkung, weil auch
bei ihm eine detonationsartige Verbrennung durch die lange Einspritzdauer verursacht
wird, bei welcher ein Teil des Brennstoffs eingespritzt wird, während ein anderer
Teil bereits verbrannt oder im Verbrennen begriffen ist. Dieser Vorschlag geht von
der unrichtigen Voraussetzung aus, daß der Brennstoff mit Einspritzbeginn. zu brennen
anfangen und dann gleichmäßig Weiterbrennen würde. Wäre dem so, so wäre der ursprüngliche
Gedanke Diesels, :einen Gleichdruckverbrennungsmotor zu schaffen, ohne Schwierigkeiten.zu
verwirklichen. Bei der praktischenDurebführung des Arbeitsverfahrens nach diesem
Vorschlag würden ebenfalls außerordentlich hohe Druckspitzen, die eine sehr hohe
Belastung des Motors darstellen, auftreten. Gerade das wird aber bei dem ,der Erfindung
entsprechenden Verfahren vermieden.
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Das der Erfindung entsprechende Arbeitsverfahren wird zweckmäßig mit
einer Einspritzvorrichtungdurchgeführt, bei welcher vor den Einspritzkanälen eine
Öffnung vorgesehen ist, die in an sich bekannter Weise durch einen Ventilkörper
geöffnet bzw. geschlossen wird, die Einspritzkanäle die obenerwähnte Form besitzen
und auf den Ventilkörper eine Feder wirkt, deren Federkonstante so gewählt ist,
daß oder Venilikörper während eines einzelnen Einspritzvorganges die Öffnung mehrmals
schließt, und zwar letzteres immer dann, wenn der den. Ventilkörper anhebende Brennstoffdruck
durch Öffnen der Öffnung wieder absinkt.
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Es ist bereits eine Einspritzvorrichtung bekannt, bei welcher die
endgültige Einspritzöffnung als periodisch veränderliche Öffnung dient, also eine
intermittierende Elnspritzung bewirkt wird. Diese Ausführung hat jedoch den Nachteil,
daß ;das Zustandekommen gut gerichteter durchdringungsfähiger Strahlen stark beeinträchtigt
wird. Die intermiütierende Einspritzung wird dort dadurch bewirkt, daß zwei hintereinandergeschaltete
Ventile vorgesehen sind, von denen zu jedem Zeitpunkt das eine eine der Bewegung
des anderen entgegengesetzte Bewegung ausführt. Das heißt, wenn das eine sich öffnet,
schließt sich das andere, und umgekehrt. Das ist insofern nachteilig, als durch
das Schließen des einen Ventils beim Öffnen des anderen eine Drosselung des Brennstoffs
eintritt und dadurch ebenfalls ,die Durchschlagkraft des Brennstoffstrahls verringert
wird. Im übrigen dient diese Konstruktion nicht dazu, wie bei der Erfindung mehr
oder- weniger kompakte Brennstoffteilchen in den Verbrennungsraum zu schlendern,
sondern. vorzugsweise zu einer Vernebelung des Brennstoffs.
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Die Einspritzvorrichtung .ist vorteilhaft derart ausgebildet, daß
zu beiden Seiten des Satzes von Einspritzkanälen vom Ventilkörper gesteuerte Öffnungen
vorgesehen sind, die durch einen Brennstoffikanal miteinander verbunden sind: Zu
beiden Seiten des Einspritzkanals liegende Zuströmöffnungen sind an sich bekannt.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden im weiteren
an Hand der Zeichnungen erläutert.
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Abb. i stellt ein bekanntes Einspritzventil dar; Abb. 21, 3 und q.
veranschaulichen Ausführungsformen einer Einspritzvorrichtung gemäß der Erfindung;
Abb. 5 zeigt das Einspritzventil nach Abb. q. im Zusammenhang mit dem Einsatzstück
im Zylinderdeckel, dem Federgehäuse und der Brennstoffzuleitung; Abb. 6a bis 6k
zeigen einen Brennstoffstrahl im Verlauf seiner Ausbildung, wie er mittels der Einspritzvorrichtungen
gemäß Erfindung erzeugt wind; Abb. 7 stellt einen Querschnitt durch eine Brennstoffpumpe
bekannter Bauart dar; Abb. 8 stellt einen Querschnitt durch eine mit Überladung
arbeitende Maschine dar; Abb.9a bis 9d zeigen Indikatordiiagramme von Dieselmaschinen,
die mit den bekannten EinGpritzventilen arbeiten, A#bb. ioa bis iod dagegen entsprechende
Indikatordiagram:me, die von Maschinen abgenommen wurden, welche nach dem Verfahren
und mit den Brennstoffeinspritzvorr ichtungen gemäß der Erfindung arbeiteten.
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Einbekanntes EinspTitzventil ist in der Abb. i dargestellt. Es besteht
aus einem Ventilgehäuse i, in dem ein Ventilkörper 2 auf und ab beweglich ist. Dieser
Ventilkörper 2 steht unter der Einwirkung einer Feder. Er sitzt mitseinem kegligen
Teil 5 im Sitz 3 auf. Wenn,der Brennstoff unter Druck durch die seitliche Bohrung
zugeführt wird, so hebt er mit einer Kraft, die dem Produkt aus der Differenzfläche
A-B und seinem Druck gleich ist, den Ventilkörper gegen die Wirkung der Feder hoch,
und zwar so; daß der Ventilkörper sich gegen die Anschlagfläche d legt. Währenddessen
strömt der Brennstoff durch,die Sitzfläche 3 hindurch und tritt durch die Einspritzöffnungen
q. in den Verbrennungsraum. Der Diurchmesser dieser Öffnungen wird sehr klein gehalten,
so daß der Brennstoff in feinsten Strahlen und in fast nebelförrn.i;gem Zustand
austritt. Da der Brennstoffidruck möglichst groß gehalten wird, so
erhalten
die einzelnen nebelförmigen Teile eine erhebliche kinetische Energie und werden
durch diese in kompakten Strahlen zusammengehalten, die durch .die Luft im Verbrennungsraum,
selbst wenn diese sich im turbulenten Zustand befindet, schwer aufgelockert werden.
Da die für das Anheben des Ventilkörpers 2 maßgebende Differenzfläche A-ß verhältnismäßig
groß ist, so wird der Ventilkörper sehr heftig hochgeworfen und bleibt während der
ganzen Einspritzperiode am Anschlag d Siegen. Die Einspritzöffnungen q. sind nämlich
so klein, daß der Druckstau vor ihnen dauernd hinreichend groß ist, um die Kraft
der auf den Ventilkörper z wirkenden Feder zu überwinden.
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Die in den Abb. 2 Abis 5 dargestellten Einspritzvorrichtungen gemäß
der Erfindung haben wie die bekannte Einspritzvorrichtung ein Ventilgehäuse i und
einen Ventilkörper 2. Ein wesentliches unterschiedliches Merkmal gegenüber der bekannten
Vorrichtung besteht zunächst in den erheblich vergrößerten Durchmessern der Einspritzkanäle.
Infolge.der größeren Querschnitte dieser Kanäle wind der Brennstoffdruck vor ihnen
stark vermindert. Es ist bei den neuen Einspritzvorrichtungen auch zu bemerken,
daß die Ventilsiizquerschnitte erheblich vergrößert sind. Beide Maßnahmen führen
dazu, daß der Brennstoffdruck beim Durchtritt durch den Sitzquerschnitt sofort erheblich
sinkt. Der sinkende Druck vermag nun der auf den Ventilkörper 2 wirkenden Fader
nicht mehr :die zum Offenhaften hinreichende Gegenkraft entgegenzusetzen. Der Ventilkörper
hat somit die Neigung, sich wieder auf den Sitz zu setzen, bis er durch das Ansteigen
des Druckes wieder neu angehoben wird. Es ergibt sich somit eine schwingende Bewegung
des Ventilkörpers, die gemäß der Erfindung erwünscht und beabsichtigt ist. Die auf
den Ventilkörper wirkende Feder wird so ausgewählt, daß sie für eine hone Schwingungsfrequenz
geeignet ist.
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Infolge der schwingenden Bewegung des Ventilkörpers gegenüber dem
Sitz wird der durchströmende Brennstoff zu Schaum geschlagen und tritt dann als
Schaum aus den verhältnismäßig großen Einspritzöffnungen aus. Die Einspritzkanäle
sorgen für eine gute Verteilung des Brennstoffs über den gesamten Verbrennungsraum.
Um den einzelnen Strahlen eine gute Führung zu geben, werden die Einspritzkanäle
gemäß der Erfindung, abweichend von den Einspritzkanälen bei den bekannten. Bauarten,
verhältnismäßig lang ausgeführt.
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Aus dem Vorherigen ergibt sich, daß die Funktion :des Zerteilens des
Brennstoffs nicht mehr wie bei den bekannten Einspritzventilen von den Einspritzöffnungen,
sondern gemäß .der Erfindung vom schwingenden Ventilkörper ausgeübt wird.
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Die Abb. 6 a bis 6 k stellen einen Brennstoffstrahl in seiner Entwicklung
dar. Sie lassen in den Zwischenräumen deutlich die Wirkung des schwingenden Ventilkörpers
erkennen.
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Die einzelnen Brennstoffteilchen, welche durch die Schaumform locker
aneinander gebunden sind und durch den verhältnismäßig niedrigen Einspritzdruck-nur
eine geringe Bewegungsenergie mit sich führen, können leicht von der Luft des Verbrennungsraumes
auseinandergerissenwerden. Dadurch wird die Mischung sehr begünstigt. Da die einzelnen
Teilchen nicht zu klein sind, verdampfen sie nicht vorzeitig und kommen somit noch
zur Hauptsache flüssig in einen solchen Zusammenhang mit der Luft, daß jedes einzelne
Teilchen bei Beginn der Verbrennung den zur Verbrennung nötigen Luftvorrat um sich
herum vorfindet.
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In einer Ausführungsform, die zu sehr günstigen Ergebnissen führte,
waren in der Einspritzvorrichtung sechs Einspritzöffnungen mit einem Durchmesser
von o,9 mm vorgesehen, während eine vorher verwendete Einspritzvorrichtung der bekannten
Bauart .sechs Öffnungen von 0,3 mm Durchmesser aufwies. Mit der neuen Bauart
war also eine Vergrößerung des Einspritzquerschnitts auf angenähert 9oo % erreicht.
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DieErfährung hat gezeigt, daß es im allgemeinen günstig ist, den Gesamtquerschnitt
aller Eintrittsöffnungen größer auszuführen als den größten Durchschnittsquerschnitt
im Ventilsitz 3.
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Die Einspritzvorrichtung nach Abb. 2 hat günstigeErgebnisse erzielt.
Es stellte sich jedoch unter gewissen Umständen ein Versagen ein, insbesondere fand
sich, daß bei Überschreiten einer Temperatur von 700° C wieder Detonationen auftraten.
Die Erklärung ergibt sich daraus, daß der Brennstoff, nachdem er im Ventilsitz zu
Schaum geschlagen .ist, in dem stark erhitzten Zwischenraum zwischen dem Ventilsitz
und den Einspritzöffnungen in unerwünschter Weise verdampfte. Er wurde also dampfförmig
in den Verbrennungsraum.übergeführt und gab damit die beste Voraussetzung für den
Zerfall der Kohlenwasserstoffe ab, so daß Methan-Sauerstoff- und vor allem Wasser.stoff-Sanerstoff-Rea'ktionen
mit ihrem heftigen Verbrennungsverlauf eintraten. Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen,
wurden die Ausführungen nach den Abb. 3 und q. entworfen. Bei beiden Ausführungsformen
sind die Brennstoffzuführungen der Erwärmung durch den Verbrennungsraum weitgehend
entzogen. Infolge dieser Formgebung wird eine vorzeitige Verdampfung unterbunden.
Die Lösung hat sich auf dem Wege ergeben, @daß der Brennstoff -durch die Bohrung
6 im Ventilkörper zum Ventilsitz geführt ist. Dadurch ist auch gleichzeitig die
für das Anheben des Ventilkörpers maßgebende Druckfläche an das untere Ende des
Ventilkörpers :2 verlegt.
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In der Abb. 3 ist der Ventilsitz eben ausgebildet. Diese Ausbildung
ergibt nun gewisse Schwierigkeiten bei der Herstellung, und es wurde daher die Ausführungsform
nach derAbb. q. entwickelt. Diese weist wieder kegelförmige Ventilsitze auf, und
zwar zwei an der Zahl, von denen der eine, 3', oberhalb und der andere, 3", unterhalb
der Reihe der Einspritzkanäle angeordnet ist. Infolge dieser Anordnung treten Brennstoffstrahlen
gleichzeitig von oben durch den Ventilsitz 3' und von unten durch den Ventilsitz
3" hindurch. Im Vorraum vor den Einspritzkanälen treffen sie aufeinander und ströinen
dann durch die Einspritzkanäle in den Verbrennungsraum.
Durch die
beiden Ventilsitze wird die gesamte Durchtrittsfläche im Ventilsitz erheblich vergrößert,
und es ist damit in dieser Ausführungsform eine besonders günstige Lösung für eine
große Ventilsitzfläche gegeben.
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Infolge der Ausbildung nach den Abb. 3 und 4 wird die Mitte des unteren
Endes des Ventilgehäuses durch die noch unzerteilte, mit ihr in Berührung stehende
Brennstoffsäule vorteilhaft gekühlt.
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Die Abb. 5 zeigt das Gehäuse i des Ventilkörpers 2 in einem Teil 7
sitzend, der in den Zylinderdeckel einzuschrauben ist. Mittels eines Schraubteils
8 wird das Gehäuse i im Teil 7 gehalten. Der Schraubteil 8 enthält im oberen Ende
eine Kammer io für die Feder g, ,die auf den Ventilkörper 2 unter Vermittlung der
Stoßstange i i wirkt. Durch eine Kappe 12 ist das Federgehäuse g nach oben abgeschlossen.
Gleichzeitig wird durch die Kappe 12 ein ringförmiges Anschlußstück 13 der Brennstoffleitung
festgespamlt. Die waagerechte Brennstoffleitung 14 geht in die senkrechteBohrung
i 5 über, die durch den ringförmigen Kanal 16 mit der schrägen Bohrung 17 im Gehäuse
i in Verbindung steht.
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Untersuchungen mit den vorgenannten neuen Einspritzvorrichtungen haben
deutlich eine Verbesserung des Verbrennungsverlaufes in der Maschine erkennen lassen.
Es hat sich jedoch auch herausgestellt, daß zur Erzielung eines größtmöglichen Wirkungsgrades
ganz bestimmte Beziehungen und Verhältnisse im gesamten Einspritzsystem eingehalten
werden müssen. Es hat sich z. B. ergeben, daß die Einspritzung an der Düse nicht
so Sehr der Belieferung des Einspritzsystems durch die Brennstoffpumpe, und zwar
was die bestimmte Menge angeht, entspricht als vielmehr dem Stoßdruck, der sich
ergibt, wenn die Brennstoffleitung mit der Brennstoffpumpe in Verbindung gesetzt
wird, um die von der Pumpe verdrängte Flüs,sigkeitsmenge aufzunehmen. In diesem
Augenblick trifft nämlich der Kolben 18 der Brennstoffpumpe (s. Abb. 7) mit einer
gewissen Geschwindigkeit auf die Brennstoffsäule zwischen der Einspritzdüse und
der Pumpe. Dieser Geschwindigkeit entspricht der Stoß,dr uck.
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Es ist festgestellt worden, daß die Einspritzdauer über einen beträchtlichen
Bereich der einzuspritzenden Brennstoffmenge hin kaum merkbar von dieser abhängt.
Mit der gleichen Einspritzdüse ist es möglich, im gleichen Zeitraum von io bis ioo
mm3 Brennstoff ,in den Zylinder einzubringen. Das findet offenbar darin seine Erklärung,
daß bei größerer Einspritzmenge ein höherer Restdruck in der Brennstoffleitung zwischen
Pumpe und Düse zurückbleibt, so daß der beim Einspritzbeginn auftretende Stoßdruck
gleich mit größerer Kraft auf das Einspritzventil übertragen wird. Die Einspritzung
folgt anscheinend unmittelbar dem Abschluß der S.augraumöffnungen ig durch den Kolben
18 der Brennstoffpumpe. Die Kolbengeschwindigkeit hat nach den Erfahrungen nur eine
geringe Auswirkung auf die Einspritzung. Soweit eine solche Einswirkung auftritt,
hat sich gezeigt, daß mit einem langsam bewegten Kolben eine größere Einspritzmenge
zu erzielen ist. Macht man einen Unterschied zwischen steilen, mittelsteilen und
flachexzentrischen Steuerkurven, so ergeiben sich mit der exzentrischen Steuerkurve
die besten Wirkungen. Die steile Steuerkurve neigt dazu, das Gleichgewicht des ganzen
Systems zu stören.
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Entsprechend den Untersuchungen müssen Pumpenkolben von großemDurchmesser,
die von exzentrischen Steuerkurven angetrieben werden und einen kleinenHub ausführen,
als günstig angesehen werden.
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Es hat sich im übrigen auch gezeigt, daß die Brennstoffleitung zwischen
der Brennstoffpumpe und der Einspritzdüse einen Einfluß auf den Verbrennungsverlauf
hat. Bei einer Einspritzdüse, z. B. mit Öffnungen von der zuvor erwähnten Größe,
die bei einer noch im nachstehenden zu beschreibenden Maschine angewendet wurde,
ergaben sich beispielsweis,e für eine Länge der Leitung von 533 mm die besten Resultate.
Bei kürzeren Brennstoffleitungen stellte sich eine doppelte Einspritzung heraus,
d. h., die gesamte Einspritzung war in zwei deutlich unterscheidbare Einspritzperioden
bei jedemArbeitsspiel derPumpe unterteilt. Diese doppelte Einspritzung rührt offenbar
daher, daß in der kürzeren Leitung keine hinreichende Dämpfungswirkung möglich ist,
so daß der Stoßdruck für das ganze System zu groß wird. Andererseits ergibt sich
aber auch bei zu langer Leitung eine doppelte Einspritzung, und zwar weil die Flüssigkeitsmenge
im gesamten System zu groß ist und einen erheblichen Verzug zur Folge hat. Man könnte
nun auf den Gedanken kommen, den Brennstoffinhalt des ganzen Systems durch eine
Verminderung des Durchmessers der Brennstoffleitung herabzusetzen. Dieser Weg ist
jedoch nicht gangbar, da bei zu kleinem Durchmesser der Brennstoffleitung der Stoßdruck
solche hohe Geschwindigkeiten in der Brennstoffsäule erzeugt, sdaß eine .Steuerung
des Einspritzventils oder der veränderlichen Öffnung, durch die der Brennstoff im
Ventil hindurchgeführt wird, nicht möglich ist. Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine
im Verhältnis zur üblichen Brennstoffleitung, deren Durchmesser bis zu 2 mm beträgt,
weite Brennstoffleitung für den Erfolg von Bedeutung ist. Bei den praktischen Untersuchungen
wurden Brennstoffleitungen von mindestens 3 mm, vorzugsweise jedoch 4 mm Durchmesser
benutzt. Auf jeden Fall muß die Brennstoffleitung weit genug sein, um einen zu großen
Stoßdruck zu verhindern, und allgemein hat die Regel zu gelten, daß die Brennstoffleitung
um so größer bemessen sein muß, je größer die zu fördernde Brennstoffmenge ist.
Nach dem dritten der zuvor erwähnten Gesichtspunkte für einen vorteilhaften Betrieb
von Brennkraftmaschinen muß für einen großen Verbrennungsraum Sorge getragen werden.
Ist nämlich der Verbrennungsraum zu klein, so besteht die Gefahr, daß Brennstoffteilchen
entweder auf die Kolben oder auf die Zylinderwandungen auftreffen. Treffen sie auf
die heißen Kolbenwarndungen auf, so tritt
eine sofortige Verdampfung
ein, und zwar ohne daß die hinreichende Mischung mit der erforderlichen Verbrennungsluft
hergestellt ist. Entsprechend den vorherigen Ausführungen tritt dabei ein Zerfall
der Kohlenwasserstoffe und in weiterer Folge die Bildung hochexplosibler Gemische
auf. Treffen .die Brennstoffstrahlen auf die Zylinderwandungen, so tritt dort eine
erhebliche Abkühlung ein mit dem Ergebnis, daß der Brennstoff eventuell erst im
nächstfolgenden Arbeitsspiel und dann vorzeitig zur Verbrennung gelangt. Solche
Mißstände werden durch .die Ausbildung eines großen Verbrennungsraumes überwunden.
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Eine bevorzugteMaschinen@bauart, welche auf die Ausbildung eines großen
Verbrennungsraumes gerichtet ist, ist in der Abb. 8 dargestellt, und zwar in einem
OOuerschnitt durch die Maschine. Dieser Ouerschnitt läßt den Arbeitszylinder 2o
und den LTberladezylinder 21 erkennen. Der Arbeitskolben 22 und der Überladekolben
23 werden durch eine gemeinsame Kurbel 24 der Kurbelwelle z5 angetrieben. Die Überladung
vom Überladezylinder 21 zum Arbeitszylinder 20 erfolgt durch den Drehschieber 26
hindurch, dessen Kanal 27 so groß ausgebil;det ist, daß am Schluß -des Überladens
eine erhebilicheMenge an vendichteterLuft in ihm zurückbleibt, die beim nächsten
Arbeitsspiel während der Kompression in den Arbeitszylinder abströmt und den Verdichtungsdruck
in diesem schneller steigen läßt. Die Spülung und Luftfüllung des Arbeitszylinders
geschielt unter Vermittlung der als Spül- und Ladepumpe ausgebildeten Kurbelwellenkammer.
Der Überleitung der beim Niedergang der beiden Kolben 22 und 23 in .dieser Kurbe4wellenkammer
verdichteten Luft dienen eine Öffnung 28 im Überladokolben 23, Öffnungen 29 im Überladezylinder
2i, ein 3o sowie Öffnungen 31 im Arbeitszylinder. Die vom Kolben 22 im Zylinder
2o verdichtete Luftmenge reicht bei weitem nicht aus, um die nötige Zündspannung
zu erreichen. Dies ist erst möglich durch die Überladung der im Überladezylinder
verdichteten Luft. Die Überlastung ermöglicht somit die Bemessung eines verhältnismäßig
großen Verbrennungsraumes. Im übrigen führt sie zu einer starken Turbulenz der Luft
im Verbrennungsraum. In: den Verbrennungsraum spritzt eine Ei@nspritzvo@rrichtung
32 der zuvor geschilderten Bauart den Brennstoff ein.
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Die Abb. 9 a bis 9 d zeigen Irndikatordiagramme, die man an Maschinen
mit den bekanntenEinspritzvorrichtungen erzielt hat, die Abb. ioa bis iod dagegen
solche Diagramme, die mit den Verfahren und Vorrichtungen gemäß der Erfindung erzielt
wurden. Die einzelnen Diagramme sind bei verschiedenen Belastungsverhältnissen aufgenommen
worden. Die Diagramme der Abb.9 lassen starke Ausbildung von Spitzen erkennen. Diese
Spitzen sind auf Detonationen zurückzuführen.. Derartige Spitzen sind in den Abb.
io nicht mehr anzutreffen, womit der Beweis für die Erzielung eines glatten Verbrennungsverlaufes
gemäß der Erfindung geliefert ist. Das Verfahren und die Einspritzvorrichtungen
gemäß ;der Erfindung kommen insbesondere für Fahrzeugmaschinen in Frage. So wurden
günstige Versuchsergebnisse erzielt bei einer Maschine mit vier Zylindern, deren
Zylinderbohrung und Hub 7,5 bis 8,7 cm bzw. io cm betrug und die bei einer Drehzahl
von i8oo in der Minute i50 PS leistete und bei iooo Umdrehungen in der Minute 8o
PS. Die Maschine war auch mit höheren Drehzahlen, d. h. bis zu 4000 Umdrehungen,
betriebsfähig.
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Es ist zu erwähnen, daß die oben beschriebene Maschine weder streng
nach dem Diesel- noch nach dem Otto-Verfahren arbeitet. Vom Diesel-Verfahren unterscheidet
sie sich darin, daß die Brennstoffeinspritzung in einem ganz kurzen Zeitraum und
völlig vor Beginn der Verbrennung erfolgt, weiterhin darin, daß die Einspritzung
in aufgelockerten Strahlen und nicht in nebelförmigem oder hochverdampftem Zustand
geschieht. Ein weiterer Unterschied liegt ,darin, daß ein Zündverzug absichtlich
begünstigt wird, um eine Einspritzung des gesamten Brennstoffs vor Beginn der Verbrennung
zu ermöglichen, und .daß die volumetrische Kapazität der Maschine gegenüber dem
gewöhnlichen Dieselbetrieb ganz erheblich vergrößert ist, so daß wesentlich höhere
Maschinengeschwindigkeiten erreichbar werden. Vom Otto-Verfahren unterscheidet sich
das Verfahren gemäß der Erfindung .dadurch, daß die eingeführteLuftmenge erheblich
vergrößert ist und daß der Brennstoff besonders eingespritzt wird.