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Arbeitsverfahren für Einspritzbrennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft
ein Arbeitsverfahren für Einspritzbrennkraftmaschinen mit einem Arbeitszylinder,
einem Hilfszylinder und einem die Zylinder verbindenden, eine Brennstoffdüse enthaltenden
,abschließbaren. Kanal.
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Es ist eine Einspritzbrennkraftmaschine dieser Art bekannt, bei der
von einem Hilfszylinder Luft oder ein I.uftbren.ns@toffgeinischangesaugt, komprimiert
und durch einen Verbindungskanal an einerEinspritzdüse vorbei in den Arbeitszylinder
übergeschoben wird. Da der Arbeitszylinder weder Luft ansaugt noch komprimiert,
steht für die Verbrennung nur die im Hilfszylinder komprimierte Luftmenge zur Verfügung.
Da bekanntlich bei Dieselmaschinen ein verhältnismäßig großer Luftüberschuß erforderlich
ist, so muß demgemäß auch ein verhältnismäßig großer Hilfszylinder verwendet werden.
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Im Hinblick auf die verhältnismäßig geringe Menge der zur Verfügung
stehenden Verbrennungsluft ist eine Regulierung der Leistung und Drehzahl der Brennkraftmaschine
kaum möglich.
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Bei einer anderen Bauart einer Einspritzbrennkraftmaschine mit Arbeits-
und Hilfszvlinder wird der Brennstoff in den Hilfszylinder eingespritzt. Der Hilfszylinder
wird also hier zum Brennrauen, wodurch der Hilfszylinder durch Verbrennungsgase
stark beansprucht wird. Bei dieser Bauart wird ferner von dem Hilfszylinder nur
atmosphärische Luft in kleiner Menge verdichtet, so daß also praktisch nur das Luftvolumen
des Arbeitszylinders zur Verbrennung zur Verfügung steht. Eine Regulierung im größeren
Bereich ist auch bei dieser Bauart nicht möglich.
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Es sind ferner mehrzylindrische Dieselmaschinen bekannt, bei denen
ein Teil der verdichteten Luft eines Arbeitszylinders in einem Hilfszylinder «-eiter
verdichtet und zum Einspritzen des Brennstoffes verwendet wird. Bei diesen Maschinen
wird der Brennstoff jedoch unmittelbar in den Arbeitszylinder eingespritzt, so daß
also keine Aufbereitung des Brennstoffes vor dem Eintritt in den Arbeitszylinder
eintritt. Bei diesen Maschinen ist ferner eine große Kompressionsarbeit erforderlich,
da in dem Arbeitszylinder die Luft so hoch verdichtet werden muß, daß der eingespritzte
Brennstoff entzündet wird.
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Es ist ferner eine Einspritzbrennkraftmaschine mit Arbeits- und Hilfszylinder
und gesteuertem Verbindungskanal bekannt, bei der in beiden Zylindern nahezu gleichzeitig
Luft komprimiert wird, wobei die in dem Hilfszylinder komprimierte Luft in den Arbeitszylinder
verdrängt wird. Bei dieser Bauart steht zwar im Arbeitszylinder eine größere Luftmenge
zur Verbrennung zur Verfügung. Bei dieser Maschine wird jedoch ebenso wie bei der
vorhererwähnten der Brennstoff direkt in den Arbeitszylinder eingespritzt, also
keine Aufbereitung des Brennstoffes vor' dein Eintritt in den Arbeitszylinder erzielt.
Die Kompression muß im Arbeitszylinder außerdem sehr hoch getrieben werden, um die
Zündung des eingespritzten Brennstoffes zu bewirken. Schließlich ist auch die große
Kompressionsarbeit nicht auf verschiedene Hübe verteilt, sondern die Kompression
in Arbeits- und
Hilfszylinder wird nahezu gleichzeitig bewirkt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Einspritzbrennkraftmaschine
der zuerst genannten Bauart, bei der die Brennstoffdüse in dem Verbindungskanal
zwischen Arbeits-und Hilfszylinder angeordnet und dieser Kanal absperrbar ist. Das
Verfahren nach der Erfindung besteht darin, ilaß ein Luft-,b des Arbeitszylinders
vorkomprimiert, durch den Kanal in den Hilfszylinder übergeschoben, dort auf einen
mindestens der Verbrennungstemperatur entsprechenden Druck komprimiert, darauf in
den Kanal eingelassen wird, wo diese hochkomprimierte Luft beim Vorbeiströmen an
einer Düse den Brennstoff zündet und schließlich erst nach teilweiser Verbrennungund
entsprechenderDrucksteigerung in den Arbeitszylinder eingelassen wird, in dem zuvor
andere Luft angesaugt und vorkomprimiert worden ist, worauf die vollständige Verbrennung
und Expansion im Arbeitszylinder stattfindet.
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Der Vorteil dieses Verfahrens ist darin zu sehen, daß eine Luftmenge
für die Verbrennung zur Verfügung steht, die dem doppelten ZylinderinhaltdesArbeitszylinders
entspricht. Bei kleinenAbmessungen des Arbeitszylinders und noch kleineren Abmessungen
des Hilfszylinders kann also einerseits mit größerem Luftüberschuß gearbeitetwerden,
andererseits ist es möglich, auch eine erheblich größere Brennstoffmenge als bisher
zu verbrennen. Es kann also mit dem neuen Verfahren eine größere Kraftleistung erzielt
werden. Die größere Menge der zur Verfügung stehenden verdichteten Luft gestattet
auch eine Regulierung der Leistung und Drehzahl der Maschine in größerem Bereich,
wie weiter unten näher erläutert. Da ferner nach dem neuen Verfahren die Kompression
im Arbeitszylinder und Hilfszylinder nacheinander stättfindet, so kann die Kompressionsarbeit
auf zwei verschiedene Hübe verteilt werden, die Brennkraftmaschine wird nicht so
hoch beansprucht und außerdem ein gleichmäßigerer Lauf der Maschine erzielt. Das
neue Verfahren sowie die zur Ausführung dieses Verfahrens dienende Brennkraftmaschine
sind an einem Ausführungsbeispiel im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt: Abb. i einen Schnitt durch eine zur Ausführung des neuen Verfahrens geeignete
Brennkraftmaschine mitArbeits- und Hilfszylinder, Abb. 2 und 3 verschiedene Stellungen
der bewegten Teile der Abb. i in schematischer Darstellung, Abb.4 ein Arbeitsdiagramm.
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In der Zeichnung sind mit i ein Arbeitszylinder, mit 2 der zugehörige
Kolben, mit 3 ein Hilfszylinder und mit 4 der Hilfskolben bezeichnet, der seinerseits
in einem Steuerzylinder 5 gleitet. Dieser Steuerzylinder besitzt Auslaß- und Einlaßkanäle
6 bzw. 7, die die entsprechende Öffnung einer Kammer 8 bzw. eines Kanals steuern,
der den Arbeitszylinder mit dem Hilfszylinder verbindet. In diesen Kanal mündet,
wie bei 9 angedeutet, eine Brennstoffdüse, die. beispielsweise durch eine Nadel
io gesteuert werden kann. Während der Kanal 8 nach dem Hilfszylinder zu durch den
Steuerschieber 5 abgesperrt werden kann, ist die Öffnung z i des Kanals nach dem
Arbeitszylinder zu durch ein gesteuertes Drosselorgan, z. B. ein Ventil i2, verschließbar.
Im Arbeitszylinder ist ferner ein selbsttätiges Lufteinlaßventil 13 nebst einem
Auslaßschlitz für die Verbrennungsgase vorgesehen.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, arbeitet die Pleuelstange 15 des
Arbeitskolbens 2 mit einer Kurbel 16 zusammen. Von diesem Kurbeltrieb aus
werden Steuerzylinder 5 und Hilfskolben 4 angetrieben. Zu diesem Zweck sind bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel Zahnräder 17, 18 und i9 vorgesehen, von denen
das Zahnrad 17 auf der Welle 34 .der Kurbel 16 sitzt. Auf der Welle 2o des Zahnrades
i9 sitzt ferner eine Scheibe 21, an der die Pleuelstangen 22 und 23 angelenkt sind,
die für die Hinundherbewegung des Steuerzylinders 5 und des Hilfskolbens .4. dienen.
Es geht aus der Zeichnung hervor, daß bei diesem Antrieb Steuerzylinder und Hilfskolben
stets eine gegenläufige Bewegung ausführen. Die Durchmesser der Zahnräder sind so
gewählt, daß sich ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 für das Hilfskolben und Steuerzylinder
antreibende Kurbelgetriebe und denkurbeltrieb des Arbeitszylinders ergibt, d. h.
die Kurbel 16 führt zwei Umdrehungen aus, während gleichzeitig die Scheibe a i nur
eineUmdrehung macht.
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DieArbeitsweise dieser Brennkraftmaschine ist folgende: Es sei angenommen,
daß sich in dem Arbeitszylinder i in der Stellung nach Abb. 2 atmosphärische Frischluft
befindet. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 im Arbeitszylinder wird diese Luft
komprimiert, während oder am Ende des Kompressionshubes wird das Ventil 12 geöffnet,
wie in Abb. 2 dargestellt, so daß die im Arbeitszylinder verdichtete Luft in den
Kanal 8 und weiterhin 'durch den Schlitz 7 in das Innere des Steuerzylinders 5 eintreten
kann. Der Steuerzylinder verschließt dann bei der Abwärtsbewegung den Kanal 8, so
daß bei der gleichzeitigen Aufwärtsbewegung des Hilfskolbens die vom Arbeitszylinder
in den Hilfszylinder übergeströmte Luft weiter verdichtet wird, und zwar auf eine
über der Zündtemperatur des Brennstoffes liegende Temperatur. Während
der
Steuerzylinder 5 und der Hilfskolben .4 aus der Lage der Abb. z in die Lage derAbb.3
gelangen, führt der Arbeitskolben2 zwei Hübe aus, und zwar einen Ansaughub, bei
dem Luft durch das Ventil 13 in den Arbeitszylinder eingesaugt wird, und einen Kompressionshub,
bei dem diese Luft verdichtet wird. Am Ende dieses Kompressionshubes befindet sich
der Arbeitskolben in der Stellung nach Abb. 3. Kurz bevor er den oberen Totpunkt
erreicht, strömt die in dem Steuerzylinder 5 verdichtete Luft durch den Auslaßkanal
6 in die Kammer 8 an der Brennstoffdüse 9 vorbei. Der hier austretende Brennstoff
wird entzündet und teilweise verbrannt, so daß eine Druck- und Temperatursteigerung
und demgemäß eine Aufbereitung des noch nicht verbrannten Brennstoffes eintritt.
Kurz danach wird das Ventil 12 geöffnet, so daß nunmehr das aufbereitete hochverdichtete
Luftbrennstoffgemisch aus der Kammer 8 in den Arbeitszylinder eintreten kann, indem
eine vollständige Verbrennung und Expansion eintritt. Am Ende dieses Expansionshubes
treten die Verbrennungsgase durch den Schlitz 14 aus, wobei gleichzeitig der Zylinder
mit Frischluft gespült wird.
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Das Überströmen der im Steuerzylinder 5 hochverdichteten Luft durch
die Kammer 8 in den Arbeitszylinder kann durch das Drosselorgan 12 geregelt werden,
und zwar in der Weise, daß entweder das Ventil 12 mehr oder weniger geöffnet wird
oder aber früher bzw. später geöffnet oder geschlossen wird. Es ist auf diese Weise
möglich, gewissermaßen den Füllungsgrad des Arbeitszylinders zu verändern. Dies
ist in dem Arbeitsdiagramm der Abb. d. veranschaulicht. Die Linie 25 veranschaulicht
die Kompression der Frischluft im Arbeitszylinder i bei aufwärts gehendem Kolben.
Diese komprimierte Luft, die dann durch die Kammer 8 in den Steuerzylinder übertritt,
wird in diesem weiter komprimiert, wie mit der Linie 26 angedeutet. An der Stelle
27 bzw. im Zündzeitpunkt tritt das inzwischen aufbereitete brennende Luftbrennstoffgeinisch
in den Arbeitszylinder über, so rlaß dort bei abwärts gehenden Kolben eine erhebliche
Druck- und Temperatursteigerung erfolgt. Nun beginnt die Expansionsperiode im Arbeitszylinder,
die je nach Art der Drosselung bzw. Betätigung des Ventils 12 verschieden verlaufen
kann. Mit den Linien 29 bis 33 ist dieser verschiedene Expansionsverlauf dargestellt,
der gewissermaßen dem verscliiedenen Füllungsgrad einer Dampfniaschine ähnlich ist.
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Am Ende des Expansionshubes treten die Verbrennungsgase durch den
Auslaß 1q. aus, wobei gleichzeitig der Arbeitszylinder mit Frischluft gespült wird.
Dieser Vorgang ist im Diagramm mit der Linie 34. veranschaulicht. Nach diesem Spülvorgang
setzt dann wiederum die Kompression im Arbeitszylinder mit Linie 25 ein,
wonach diese komprimierte Luft in den Steuerzylinder übergeschoben wird. Bei abwärts
gehendem Kolben wird dann durch das Ventil 13 Frischluft angesaugt, wie mit
Linie 24 angedeutet. Es folgt dann wiederum mit Linie 25 eine Kompression, wobei
am Ende dieses Kompressionshubes das aufbereitete Luftbrennstoffgemisch in den Arbeitszylinder
eintritt und die Explosion und Expansion 27, 28 usw. eintritt.