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Verfahren zum Betriebe von insbesondere luftverdichtenden Verbrennungskraftmaschinen
Bekanntlich muß bei der Verbrennungskraftmaschine System Diesel mit Druckeinspritzung
oder Strahlzerstäub:ung im Arbeitszylinder die eingesaugte Luft hoch verdichtet
werden, damit die Selbstzündungstemperatur erreicht wird. Diese hohe Verdichtung
verbraucht einen erheblichen Teil der Arbeitsleistung und` erfordert außerdem eine
schwere Konstruktion der ganzen =Maschine, wodurch bei Großmotoren, die Zylinderabmessungen
begrenzt sind, d. h. der Maschinenleistung ist aus konstruktiven Gründen eine Grenze
gesetzt.
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Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese Nachteile zu beseitigen,
und besteht zunächst in einem neuen Verfahren zum Betrieb von luftverdichtenden
Verbrennungskraftm.aschinen, bei dem außerhalb des oder der Arbeitszylinder ein
Verbrennungsgemisch nach dem Dieselprinzip zur Zündung gebracht und die Zündflamme
dem oder den Arbeitszylindern zwecks Zündung des dort befindlichen Gemisches zugeleitet
wird. Zweckmäßig wird das Verfahren derart im einzelnen durchgeführt, daß der oder
die Arbeitszylinder mit einem unterhalb des Selbstzündungspunktes liegenden Kompressionsdruck
betrieben werden.
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Nach dem Vorschlag der Erfindung wird im Hauptarbeitszylimder nicht
die für Selbstzündung erforderliche hohe Verdichtung erzeugt, sondern nur so weit
verdichtet, als dies zur ökonomischen Verbrennung erforderlich ist. Im Hauptarbeitszylind
wer erfolgt also keine Selbstzündung. Zur Einleitung der Zündung dient ein besonderer
Hochdruck- oder Zündizylin.dler von verhältnismäßig geringen Abmessungen. Der Explosionsfeuerstrahl
springt von diesem in den größeren Arbeitszylinder über und zündet dort das Gemisch
von geringer Verdichtung. Durch diese Vorkehrung werden im
Niederdruckzylinder,
- - welcher ' der . eigentliche Arbeitszylinder "ist, folgende Vorteile erzielt:
i. Infolge der niederen Gemischverdichtung ist auch der Explosionsdruck mäßig. -z.
Da keine hohen Drücke auftreten, ist eine leichte Konstruktion zulässig, und es
können Maschinen vän unbegrenzt größenAbmessungen gebaut werden.
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3. Da die Verdichtung mit wenig Kraftaufwand erfolgt, auch die Explosion
nicht so hohen Druck und Temperatur erzeugt, wie dies sonst bei Dieselmotoren mit
Strahlzerstäubung auftritt, ebenso die Auspuffgase mit mäßiger Temperatur die Maschine
verlassen, ist sowohl der mechanische als auch der thermische Wirkungsgrad dieser
neuen Maschine besonders günstig, so daß, sich dieselbe durch geringen Brennstoffverbrauch
.auszeichnet.
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q.. Die Einspritzung im Niederdruckzylinder vollzieht sich mit geringem
Druck,- also m.it wenig Kraftaufwand. Als Einspritzventil kann hier mit Vorteil
ein Spalt- oder Kanalzerstäuber Verwendung finden.
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5. Schließlich ist auch. der Kühlwasserverbrauch geringer, was bei
Großkraftmaschinen, namentlich für Seeschiffe, wichtig ist.
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Der Hochdruckzylinder, in, welchem Selbstzündung stattfindet, arbeitet
in normaler Weise wie sonst bei Dieselmotoren. Dessen Abmessungen sind im Verhältnis
zum Niederdruckarbeitszylinder sehr gering: im Querschnitt etwa 1/1o bis 1/2o und
darunter. Ja, dieser kann unter Umständen so weit verkleinert sein, daß er nur noch
als Zündorgan anzusprechen -wäre. Infolge des geringen Querschnittes wird die für
die Selbstzündung erforderliche Verdichtung mit wenig Kraftaufwand erzielt. Auch
die Einspritzpumpe erfordert nur geringe Arbeit.
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Im Niederdruckarbeitszylinder kann bei entsprechenden Abmessungen
und Druckverhältnissen das Einspritzventil durch die hochverdichtete Luft des Hochdruckzylinders.
betätigt werden, so daß sich .eine besondere Druckpumpe erübrigt. Nur wo dies nicht
angeht kann auch für den Niederdruckzylinder eine Einspritzpumpe angeordnet sein,
möglicherweise betätigt durch die verdichtete Luft des kleinen Hochdruckzylindiers.
Eine mechanische Betätigung durch Gestänge dürfte sich im allgemeinen erübrigen,
da der Takt ohnedies durch den Takt des Hochdruckzylinders gegeben ist.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind aus der Zeichnung
ersichtlich, in welcher die Erfindiung an zwei Ausführungsbeispielen schematisch
erläutert ist. Es.zeigt Abb. i ein Ausführungsbeispiel einer Viertaktmaschine mit
aufgesetztem Hochdruckzündzylinder und Abb. z ein Ausführungsbeispiel einer doppelt
wirkenden Zweitaktmnaschine mit seitlich angeordnetem Zündzylinder mit reduziertem
Hub.
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In Abb. i bezeichnet -z den Niederdruckarbeitszylinder, b den Brennstoffzerstäuber,
c das Anlaßventil, d den aufgebauten Hochdruckzylinder; e dessen Kolben.
f sind Kanäle, durch welche die Zündung flach dem- Niederdruckzylinder durchschlägt.
g und h sind die üblichen Ventile für Ansauge und Auspuff, i die Brennstoffdüse.
h ist im Hochdruckkolben ein federbelastetes Ventil mit etwa 35 at Schließkraft,
so daß die für Selbstzündung nötige Verdichtung stattfindet. Dieses Ventil wird
infolge. des bei Zündung entstehenden Überdruckes geöffnet. Dabei werden die Zündkanäle
f nach dem Niederdruckzylindler frei.
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Dieses Ventil ist in der Zeichnung nur schematisch dargestellt, während
konstruktiv verschiedene Lösungen möglich sind. Zum Beispiel kann das Ventil auch
ohne Feder ausgebildet sein, indem die Ventilfläche nach der Hochdruckseite kleiner
und nach die- Niederdruckseite größer gemacht wird, im umgekehrten Verhältnis zu
den -Verdichtungsdrücken.
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Der Hohlraum bzw. Kanal f im Hochdruckkolben ist im Augenblick der
Zündung mit verdichtetem Gasgemisch des Niederdruckzylinders ausgefüllt und überträgt
die Zündung auch in, größere Entfernung zum Niederdruckzylinder, -welcher ohne eigene
Zündvorrichtung, sonst aber in normaler Weise arbeitet.
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Die vorstehend beschriebene Erfindung kann sowohl bei Viertakt- wie
bei Zweitaktmaschinen mit Vorteil Anwendung finden.
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In Abb. a bezeichnet l den Niederdtuckarbeitszylinder mit den Auspuffkanälen
m, m und der Spülluftzuleitung n, o den Kolben in normaler Ausführung und
p, p' die üblichen Brennstoffdüsen. oben und unten. q ist ein angebauter
Hochdruckzündzylinder mit reduziertem Hub. Dessen, Antrieb ist `hier durch Gestänge
angenommen, kann aber auch durch Exzenter oder Kurbel erfolgen. r und
r'
sind- die beiden Zündstofdüsen und s bzw. s' sind .Ventile, welche die
Explosionsgase vom Hochdruckzylinder durch Kanäle t und t' nach dem
Niederdruckzylinder überleiten. Diese Ventile können entweder zwangsläufig gesteuert
sein oder, wie in Abb. a gezeichnet, selbsttätig infolge des Explosionsüberdruckes
geöffnet werden. In vorliegendem Falle hat die Ventilfeder nur den: Druckunterschied
zwischen Hochdruck- und Niederdruckverdichtung auszugleichen.
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Die- Erfindung ist jedoch mit dien vorstehend beschriebenen und dargestellten
Ausführungsbeispielen, keineswegs erschöpft, vielmehr können die ihr zugrunde liegenden
Vorschläge konstruktiv noch in beliebig anderer Weise verwirklicht und -weiter ausgestaltet
werden.
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Beispielsweise ist es möglich, bei mehrzylindrigen Maschinen die Anordnung
so zu treffen" daß zwischen je zwei Niedierdruckarbeitszylindern nur ein Hochdruckzündzylinder
mit doppelter Hubzahl abwechselnd die Zündflamme liefert. Weiterhin kann beispielsweise
auch die Verdichtung für den Hochdruckzündzylinder zweistufig erfolgen, indem ein
Teil der im Niederdruckzylinder vorverdichteten Luft dem Zündzylinder zur weiteren
Kompression zugeleitet wird. Allgemein läßt sich der der Erfindung zugrunde liegende
Gedanke, einen kleineren Hochdruckzylinder als Zündvorrichtung für
einen
größeren Arbeitszylinder zu verwenden, überall dort mit gleichem Vorteil verwirklichen,
wo gleiche oder ähnliche Verhältnisse vorliegen.
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Gegebenenfalls ist es auch denkbar, die Vorschläge der Erfindung auf
gemischverdichtende Verbrennungskraftmaschinen anzuwenden.