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Mit innerer Gemischbildung arbeitende Brennkraftmaschine Die Erfindung
betrifft eine mit innerer Gemischbildung durch Einspritzen des Kraftstoffes während
des Verdichtungshubes arbeitende Brennkraftmaschine, die wahlweise mit flüssigen
Kraftstoffen mit unterschiedlicher Selbstzündungstemperatur betrieben wird, bei
welcher der Einspritzbeginn des Kraftstoffes in Abhängigkeit von den Zündeigenschaften
des jeweils verwendeten Kraftstoffes verändert wird. Die mit dem Erfindungsgegenstand
zu lösende Aufgabe wird darin gesehen, die zwischen dem Glühkopf- und dem Dieselmotor
bestehenden Unterschiede zu überbrücken und eine Brennkraftmaschine zu schaffen,
die die Vorteile beider Motoren in sich vereinigt, ohne deren Nachteile zu besitzen.
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Es ist schon vielfach darauf hingewiesen worden, claß zwischen dem
Diesel- und dem Glühkopfmotor eine gewisse Ähnlichkeit besteht. So sind vor allem
der prinzipielle Aufbau des Verbrennungsraumes und die Organe zur Kraftstoffeinspritzung
in beiden Motoren einander gleich, während die Verdichtungsverhältnisse voneinander
abweichen. Ein wesentlicher Unterschied ist ferner in der Art der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches
begründet. Beim Glühkopfmotor wird die Zündung durch den sogenannten Zündsack des
Glüheinsatzes gesteuert. Dabei verhindern die während des Spülvorganges im Zündsack
verbleibenden Restgase eine vorzeitige Zündung des bei diesem Motor bereits zu Beginn
des Verdichtungshubes eingespritzten Kraftstoffes so lange, bis mit zunehmender
Verdichtung brennbares Gemisch in den Zündsack gedrückt wird und an der glühenden
Wandung desselben zur Entzündung kommt, Beim Dieselmotor dagegen wird der
Kraftstoff
bekanntlich erst am Ende des Verdichtungshubes, frühestens aber 30° vor dem oberen
Totpunkt in die hochverdichtete und daher heiße Luft eingeblasen und nach kurzem
Verzug durch die Luft entzündet. Hierbei regelt sich also die Zündung durch den
Einspritzpunkt des Kraftstoffes. Der Vorteil des Dieselmotors ist sein spezifisch
günstiger Kraftstoffverbrauch in Verbindung mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad,
während sich der Glühkopfmotor, vor allem aber die erwähnte Glühkopfmaschine, durch
eine größere Kraftstoffgleichgültigkeit auszeichnet. Dieser Vorteil des Glühkopfmotors
ist in erster Linie darauf zurückzuführen, daß sowohl das Verdichtungsverhältnis
als auch das Verhältnis der gekühlten zur ungekühlten Oberfläche des Verbrennungsraumes
durch Auswechseln des Glüheinsatzes auf verhältnismäßig breiter Basis verändert
werden können, wodurch sich der Motor auf einfache Weise den unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften
anpassen läßt. So beträgt im Glühkopfmotor das Verdichtungsverhältnis bei Gasölbetrieb
etwa 1:6 bis 1:7 und die ungekühlte Fläche etwa 501!o des Verbrennungsraumes, während
sich das Verdichtungsverhältnis beim Betrieb mit Teeröl auf 1 : 8,5 bis i : 12 beläuft
und die ungekühlte Brennraumfläche etwa 6o 1/o ausmacht. Bei den Dieselmotoren schwankt
das Verdichtungsverhältnis in den einzelnen Fabrikaten je nach der Größe des Hubvolumens
und der Motorleistung zwischen 1:12,5 und 1:22, und zwar benötigen Dieselmotoren
mit kleinem Hubvolumen und gleichem Kraftstoff ein höheres Verdichtungsverhältnis
als solche mit größerem Hubvolumen, da die Wärmeverluste im kleinvolumigen Motor
relativ größer sind als im großvolumigen. In diesen Motoren können im allgemeinen
nur Gasöle besonderer Güte ordnungsgemäß verbrennen, weil das Verdichtungsverhältnis
und der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffes im einzelnen konstant sind.
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Wohl hat man auch bei Dieselmotoren schon vorgeschlagen, das Verdichtungsverhältnis
zu verändern. Zu diesem Zwecke wird der Verbrennungsrauin durch Auswechseln verschieden
bemessener oder gestalteter Einsätze vergrößert oder verkleinert. Diese Maßnahmen
dienen jedoch lediglich dazu, den Motor an den einen oder anderen Dieselkraftstoff
besser anzupassen. Jedenfalls konnten die zwischen den beiden Motorarten bestehenden
Unterschiede damit überbrückt werden, was schon daraus hervorgeht, daß der Glühkopfmotor
wesentlich kraftstoffgleichgültiger ist als der Dieselmotor.
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Es ist ferner für schnellaufende Vorkammer-Dieselmotoren der Vorschlag
gemacht worden, den Einspritzbeginn des Kraftstoffes in Abhängigkeit von den Zündeigenschaften
des jeweils verwendeten Kraftstoffes zu verändern, um den Betrieb mit Steinkohleiiteeröl
auch im kleinen Belastungsbereich aufrechterhalten zu können. Jedoch wird dort eine
Vorverlegung des Einspritzzeitpunktes nur im höheren Drehzahlbereich und nur in
einem kleinen Winkelbereich empfohlen. Von diesen Änderungen wird das Arbeitsverfahren
bzw. die Betriebsart des Motors nicht berührt. Nach den damaligen Erkennthissen
waren im Dieselmotor für den Betrieb finit Steinkohlenteeröl außerdem besondere
Vorkammereinsätze, ferner höhere Verdichtungsverhältnisse erforderlich als für den
Dieselbetrieb mit Gasöl.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß die Einspritzung
bei Verwendung von schwer zündbaren Kraftstoffen bei etwa r35° Kurbelwinkel vor
dem oberen Totpunkt des Arbeitskolbens erfolgt, wobei die Maschine als Glühkopfmotor
arbeitet, und daß unter Beibehaltung des bei Glühkopfmotoren für schwer zündbare
Kraftstoffe üblichen= Verdichtungsverhältnisses von etwa 8,5 : 1, bei größerem Hubvolumen
(z. B. 10,3 1) bis 13,4.: 1, bei kleinem Hubvolumen (z. B. 2,8 1) die Einspritzung
für Kraftstoffe mit niedriger Selbstzündungstemperatur, wie z. B. Gasöl, frühestens
35° Kurbelwinkel vor dem oberen Totpunkt des Arbeitskolbens erfolgt, wobei die Zündung
im wesentlichen durch die Verdichtungswärme eingeleitet wird. Der Erfindung liegt
also die Erkenntnis zugrunde, daß man bei einem bestimmten Hubvolumen und einem
bestimmten Verdichtungsverhältnis durch bloßes Verstellen des Einspritzzeitpunktes
den Motor für alle flüssigen Kraftstoffe geeignet machen kann, und zwar in der Weise,
daß für jeden Kraftstoff dasjenige Arbeitsverfahren im Motor anwendbar ist, mit
dem die günstigste Wirkung erzielt wird. Auf diese Weise ist es erstmals ermöglicht
worden, die bisher noch zwischen dem Diesel- und dem Glühkopfmotor bestandenen Unterschiede
zu überbrücken bzw. einen Motor zu schaffen, der bei praktisch unverändertem Verdichtungsverhältnis
alle flüssigen Kraftstoffe verarbeiten kann. So verbrennt z. B. Gasöl vorteilhaft
im. Dieselverfahren, wohingegen die schwersiedenden (aromatischen) Kraftstoffe,
beispielsweise die verschiedenen Teeröle, insbesondere aber Steinkohlenteeröl, ferner
alkoholische Kraftstoffe usw. günstiger im Glühkopfverfahren arbeiten. Zweckmäßig
wird der Einspritzzeitpunkt durch entsprechendes Verstellen der den Antrieb der
Kraftstoffeinspritzpumpe bzw. deren Nockenwelle übermittelnden Kupplung verändert.
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Das Verdichtungsverhältnis wird vorteilhaft so bemessen wie bei den
bekannten, mit schwer zündbaren Kraftstoffen arbeitenden Glühkopfmaschinen, und
zwar arbeitet die Maschine nach dem Erfindungsgegenstand - um ein Beispiel herauszugreifen
- im Glühkopfbetrieb mit so hoher Verdichtung wie im Dieselbetrieb mit Gasöl. Hierdurch
ergeben sich bei gleicher Leistung des Motors auch gleiche Abmessungen für den Diesel-
und den Glühkopfbetrieb. Ein weiterer Vorteil wird darin gesehen, daß das Triebwerk
der Maschine beim Glühkopf-und beim Dieselbetrieb etwa gleich hoch beansprucht wird.
In Gegensatz hierzu ist bei den bekannten Glühkopfmotören das Triebwerk bei den
verschiedenen Kraftstoffen infolge der beim Kraftstoffwechsel erforderlichen Änderung
des Verdichtungsverhältnisses sehr unterschiedlichen Beanspruchungen unterworfen.
Beim Teerölbetrieb z. B. ist die Beanspruchung bekanntlich wesentlich höher als
beim Gasölbetrieb. Da aber Gasöl und
andere leichtere Kraftstoffe
im Glühkopfmotor die Regel bilden, Teeröl dagegen nur den Ausnahmefall darstellt,
muß bei diesen Maschinen das Triebwerk mit Rücksicht auf eventuellen Teerölbetrieb
stärker ausgeführt werden, als das für den Gasölbetrieb notwendig wäre.
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Das Verändern des Verdichtungsverhältnisses kann beispielsweise durch
auswechselbare Heizeinsätze im Glühkopf erreicht werden. Zur Anpassung der Maschine
an verschiedene Kraftstoffe können in an sich bekannter Weise verschieden große
Heizeinsätze eingebaut werden, so daß bei dem Betrieb mit Kraftstoffen von hoher
Selbstzündungstemperatur die ungekühlte Fläche des Verbrennungsraumes mehr als 500/0,
für den Betrieb mit Kraftstoffen von niedrigerer Selbstzündungstemperatur dagegen
weniger als So% der Oberfläche des Verbrennungsraumes beträgt. Dabei ist es zweckdienlich,
für den Glühkopfbetrieb solche Einsätze zu verwenden, die mit einem Zündsack versehen
sind, während für den Dieselbetrieb Einsätze ohne Zündsack genügen. Der Zylinderkopf
dagegen kann für beide Arbeitsverfahren gleichbleiben.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abb. i bis 3 der Zeichnung an
Hand dreier Schaubilder veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die Abhängigkeit des Verdichtungsverhältnisses vom Hubvolumen
des Motors. Es sind beispielsweise die drei Volumina Vh= 10,3 1, 4,7
1 und 2,8 1 herausgegriffen, wobei sich für alle Kraftstoffe ein Verdichtungsverhältnis
$ von etwa 8,5 : i, 11,3 : i bzw. 13,4: 1 ergibt. Die Maschine arbeitet in diesem
Falle als Glühkopfmotor mit Steinkohlenteeröl, dessen Selbstzündungstemperatur t,
über 6oo° C liegt. Bei Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigerer Selbstzündungstemperatur
muß bei den bekannten Glühkopfmotoren das Verdichtungsverhältnis herabgesetzt werden,
d. h., die in Abb. i stark ausgezogene Linie wäre entsprechend tiefer zu legen.
Nach dem neuen Verfahren werden dagegen die obigen, für den Betrieb mit Steinkohlenteeröl
festgelegten Verdichtungsverhältnisse beibehalten, während die Kraftstoffe mit niedrigerer
Selbstzündungstemperatur später eingespritzt werden.
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Abb. 2 zeigt ebenfalls die Beziehung des Verdichtungsverhältnisses
zum Hubvolumen, jedoch in einer anderen Darstellungsweise. Die eingezeichnete Kurve,
die auch hier beispielsweise auf die Verwendung von Steinkohlenteeröl im Glühkopfverfahren
zugeschnitten ist, gilt für alle Kraftstoffe in der gleichen Weise.
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Abb. 3 zeigt die Abhängigkeit des Einspritzpunktes von der Selbstzündungstemperatur
des Kraftstoffes. So ist ersichtlich, daß Steinkohlenteeröl etwa 135° vor dem oberen
Totpunkt des Arbeitskolbens eingespritzt wird, während der Einspritzzeitpunkt bei
Verwendung von Benzin als Kraftstoff bei go° und der Einspritzzeitpunkt für Gasöl
etwa 30° vor dem oberen Totpunkt liegt. Der Erfindungsgegenstand ist in erster Linie
für Zweitaktbrennkraftmaschinen gedacht, läßt sich gegebenenfalls auch bei Brennkraftmaschinen
anwenden, die im Viertakt arbeiten. Im übrigen kann die Erfindung außer bei Fahrzeugmotoren
selbstverständlich auch bei stationären Brennkraftmaschinen Anwendung finden.