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Vorrichtung zur Speisung einer Niederdruck-Brennkraftmaschine mit
einer im Zylinderkopf angeordneten, mit dem Arbeitszylinder durch ein Venturirohr
verbundenen Vergasungs-und Brennkammer Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Speisung einer Brennkraftmaschine mit einer im Zylinderkopf angeordneten, mit dem
Arbeitszylinder durch ein Venturirohr verbundenen Vergasungs- und Brennkammer, die
eine Speisung mit einer großen Anzahl von auf dem Markt befindlichen flüssigen Brennstoffen
gestattet, und zwar trotz der Verschiedenheiten, die die Brennstoffe. hinsichtlich
ihrer Beschaffenheit, Flüssigkeit oder Dichte aufweisen. Als Brennstoffe, mit denen
die Maschine mit Hilfe der Erfindung betrieben werden kann, kommen in Betracht Alkohol,
Benzin, Petroleum, mineralische und vegetabilische Schweröle und andere Destillationsrückstände
sowie Mischungen dieser Brennstoffe.
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Es ist bekannt, daß bisher bekannte Brennkraftmaschinen im wesentlichen
nur mit einem bestimmten Brennstoff arbeiten können und daß der diesem Brennstoff
angepaßte Verdichtungswert für einen anderen Brennstoff kaum geeignet ist.
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Diese Tatsache beruht auf dem Umstand, daß die Brennstoffe in der
Regel in flüssigem Zustande verbrannt werden. Wenn dagegen die verschiedenen Brennstoffe
einer vorherigen Vergasung unter Ausschluß von Luft unterworfen werden, so erfahren
ihre Eigenschaften hinsichtlich der Brennbarkeit insofern eine Wandlung, als dann
auch verschiedenartige Brennstoffe unter gleichen Verhältnissen brennbar werden.
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Es ist nun schon eine Vorkammermaschine mit heißen Wänden bekannt,
bei der der Brennstoff in diese Vorkammer in flüssigem Zustande, und zwar getrennt
von der Luft, eingebracht wird. Die Verbrennungsluft wird durch bekannte Mittel
unmittelbar in den Arbeitszylinder eingeführt. Eine derartige Maschine erfordert
bei der Speisung die Beachtung ganz besonderer Bedingungen, womit sich die vorliegende
Erfindung beschäftigt.
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Ziel der Erfindung ist somit eine Vervollständigung der Speisung einer
Niederdruck-Brennkraftmaschine mit einer Vergasungs-und Brennkammer, die über ein
Ventil mit einer ausschließlich durch den Unterdruck im Inneren der Maschine angesaugten,
nicht vergasten Brennstoffladung gespeist wird, während die Verbrennungsluft durch
ein Ansaugventil getrennt davon unmittelbar in den Zylinder gelangt.
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Mit Hilfe der Anordnung gemäß der Erfindung ist es möglich, diese
bekannte Brennkraftmaschine entweder nacheinander oder aber zusammen mit verschiedenen
Brennstoffen zu speisen, wie Alkohol, Benzin, Benzol,
Petroleum,
Gasöl und Schweröl pflanzlichen, mineralischen oder tierischen Ursprungs.
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Da der nutzbare Verdichtungsgrad nicht über 6 bis 7 hinausgeht, so
ist es möglich, bereits vorhandene und auf Benzinbetrieb eingestellte Bremikraftmaschinen
durch Amvesidung der Erfindung schnell und ohne beson-; fiere Umstände umzustellen,
wodurch im übrigen noch eine größere Wirtschaftlichkeit hinsichtlich des Verbrauches
des Brennstoffes selbst erzielt wird.
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Wohlverstanden sind die Anordnungen gemäß der Erfindung nur zur Anwendung
an Brennkraftmaschinen mit heißer Vergasungskammer der obenerwähnten Art gedacht,
mit denen sie ein untrennbares Ganzes bilden.
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Das Ziel der Erfindung wird durch die Verwendung einer finit geringem
oder ohne Luftzusatz arbeitenden Zerstäuberdüsenvorrichtung für den Brennstoff und
eines eine erste Erhitzung des zerstäubten Brennstoffes bewirkenden, zu dein Brennkammereinlaßventii
führenden Kanals. der vorzugsweise an den heißen Wänden der Brennkammer vorbeigeführt
ist, erreicht.
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Die die Verteilung bewirkenden Leitungen und Steuerkörper sind demnach
zweckmäßig in dem Zylinderkopf untergebracht, um durch diesen erhitzt zu werden,
so daß keine Reifbildung eintritt.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird die vorherige Erwärmung so weit
getrieben, bis der Kraftstoff in den Zustand von mehr oder weniger trockenem Dampf
übergeht.
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Weitere Ausbildungsformen der Erfindung sind bei der Schilderung der
Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Die Zeichnung zeigt zwei Ausführungsbeispiele, und zwar sind: Abb.
i ein Schnitt durch den Zylinderkopf einer Brennkraftniaschine gemäß der Erfindung,
bei der der Brennstoff in flüssigem Zustande in die Vergasungskammer eingebracht
wird, Abb.2 ein Schnitt durch ein Brennstoffschwimmergefäß für diese Maschine, Abb.
3 ein Schnitt entsprechend Abb. i durch eine abgeänderte Ausführungsform, bei der
der Brennstoff vor dein Eintritt in die Vergasungskammer verdampft wird, Abb..l
eine Seitenansicht auf die Abdeckplatte des Zylinderkopfes bzw. auf diesen selbst,
Abb. ; ein Schnitt durch eine Abänderung der Ausführung nach Abb. 3.
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In allen Abbildungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche
Teile.
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In Abb. i ist A der Zylinder und B der1l-Iotorkolben,
C der Zylinderkopf. In dein Zylinderkopf C befindet sich unter unmittelbarer Aasmündung
in den Zylinder das Luftansauggentil D, hinter dein sich das Auslaßventil befindet,
die Regelklappe E für die Hauptluft und die Vergasungskammer G mit heißen Wänden,
die mit dein Zylinder durch ein Venturirohr U in Verbindung steht. In diese Kamp
er ragt die Zündkerze [;'hinein. Ferner befindet sich in dem Zylinderkopf das mechanisch
gesteuerte Brennstoffeinlaßventil H. Oberhalb dieses Ventiles mündet die Brennstoffzufuhrleitung
in einen rohrförmigen Raum, der sich zwischen den beiden Dichtungen J und J' befindet.
Schließlich ist in dem Zylinderkopf die Brennstoffzufuhrleitung I und <las mit
zwei Durchlässen versehene Hahnküken K untergebracht, mit dessen Hilfe das eine
oder das andere der beiden Verteilerstücke L und L' (Abb. 2) mit der Leitung 1 verbunden
werden kann. Dieses Hahnküken steht mit der Klappe E durch eine gemeinsame Steuerung,
die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist, in Beziehung.
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Die Vergasungskammer G, das Kraftstoffventil H, die Leitung
1, der Hahn K und die Verteilerstücke L sind in bzw. an dem Zylinderkopf
untergebracht und werden durch diesen erhitzt.
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Unterhalb des Teiles des Zylinderkopfes, der den Hahn H und die Verteilerstücke
L und L' trägt, befinden sich die zusammengebauten Schwimmergefäße für die Brennstoffe
M und J1', die im einzelnen in Abb.2 dargestellt sind. In diesen Gefäßen befinden
sich die bekannten Schwimmerteile zur Aufrechterhaltung des gleichbleibenden Brennstoffstandes.
In der Mitte jedesGefäßes sind folgendeTeile vorhanden: i. Schächte N, die am oberen
Teil mit der freien Luft in Verbindung stehen und durch die Ausgleichsdüse O gespeist
werden; 2. Ausgleichsrohre Y, die aus den konzentrischen Schächten N gespeist «erden;
3. DfsenF'ohre Q, die konzentrisch in den Rohren P und den Schächten N angeordnet
sind und mit einer Arbeitsdüse R enden, deren Speisung unmittelbar von dein Gefäß
aus erfolgt; d.. Hauptverteilerdüsen S, die die Enden der Rohre P und Q mit der
Luft verbinden, die durch die Zerstäuberluftkanäle T kommt.
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Das in der Hauptverteilerdüse S gebildete Vorgeinisch strömt durchdasVerteilerstückL,
wo es mit einer neuen kleinen -Menge Luft versehen wird, in die zur Maschine führende
Leitung 1.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Zuerst ist zu bemerken, daß der Ansaugunterdruck
bei kleinen Leistungen, bei denen das Brennstoffventil H sich nur sehr wenig öffnet,
auf dieses Ventil stärker einwirkt, da die Ilauptluftklappe E fast geschlossen ist.
Umgekehrt öffnet sich das Brennstoffventil H
bei großen Leistungen
mehr, und auch bei der Hauptluftklappe E ist dies der Fall, wodurch sich der Ansaugunterdruck
an dem Ventil H im Verhältnis vermindert. Infolgedessen ist die Wirkung des Unterdruckes,
die auf das Ventil H ausgeübt wird, bei verschiedenen Belastungen ziemlich gleichbleibend.
Die Brennstoffregelung kann entweder durch Veränderung des Hubes des Ventiles H
oder mittels eines drehbaren Hahnes in der Brennstoffzufuhrleitung erfolgen.
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In beiden Fällen kann die Öffnung des Ventils H in bezug zu der des
Lufteinlaßventils je nach der Einstellung, die man der Klappe E gegenüber diesem
Ventil gibt, vergrößert oder vermindert werden. Der Unterdruck entsteht in der Leitung
I bis zu den Düsen, die in dem Gefäß M angeordnet sind. Der Brennstoff spritzt aus
der Ausgleichsdüse 0 und der Arbeitsdüse R heraus.
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Bei einer Vergrößerung der Geschwindigkeit der Maschine wächst die
Unterdruckwirkung auf die Düse R und in dem Rohr O, während gleichzeitig der Brennstoffstand
in dem Rohr P absinkt; denn die Leistung der Düse 0 ist zeitlich gleichbleibend,
und sie unterliegt nicht der: Unterdruckwirkung, weil der Schacht N mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Die von dem Rohr P während jeder Umdrehung des Motors aufgenommene
Brennstoffmenge ist also im Verhältnis geringer, wenn die Geschwindigkeit zunimmt.
Da diese Geschwindigkeitszunahme im allgemeinen einer Ladungsverminderung entspricht,
welche die selbsttätige Herabsetzung der angesaugten Brennstoffmenge erforderlich
macht, so ist ersichtlich, daß die Anordnung des Rohres P die Neigung des RohresQ,
bei zunehmendem Unterdruck mehr Brennstoff zu liefern, ausgleicht und daß dieser
Ausgleich es gestattet, die Abgabe der je Motorumdrehung sich ergebenden Menge flüssigen
Brennstoffs den Erfordernissen der jeweiligen Drehzahl anzupassen. Alles vollzieht
sich also wie im gewöhnlichen Vergaser.
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Der Brennstoff, der aus den Rohren P und Q austritt, mischt sich mit
der Luft, die durch die Kanäle T der Hauptverteilerdüse, die die beiden Rohre P
und Q konzentrisch umfaßt, hindurchströmt.
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Auf dieses aus der Verbindungsleitung I' austretende Gemisch trifft,
je nachdem, ob mit dem einen oder dem andern Vergaser gearbeitet wird, in dem zweiten
Verteilerstück L oder L' ein neuer Luftstrahl. Alsdann tritt das Gemisch durch den
Hahn K und strömt durch die gesamte Leitung I bis zu dem Ventil H. Hierbei erfährt
das Gemisch infolge der Temperatur, die es beim Durchströmen durch den Zylinderkopf
annimmt, eine erste Erwärmung bzw. Verdampfung, bevor es in die Vergasungskammer
eintritt, wo die Vergäsung erfolgt.
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Die Temparatur der Vergasungskammer erlaubt die Verwendung sehr magerer
Gemische und infolgedessen die Erzielung eines sehr niedrigen Verbrauches.
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Bei Einführung des Gemisches in dampfförmigem Zustande während des
Ansaughubes in die heiße Kammer wird dort seine Vergasung bis zu dem Augenblick
vollendet, wo Luft während des Verdichtungshubes ihrerseits aus dem Zylinder durch
die Venturidüse dorthin eintritt. Das Gemisch ,wird alsdann im gewünschten Augenblick
durch den Zündkerzenfunken gezündet. Die Einbringung des Brennstoffes in Dampfform
hat gegenüber der Einführung desselben in flüssigem und vorgewärmtem Zustande folgende
Vorteile: z.. Die Verteilung auf die einzelnen Zylinder wird gleichmäßiger, und
man erzielt infolgedessen einen besseren Ausgleich des Motors; z. die vollständige
Vergasung des Brennstoffes in der. Vergasungskammer wird begünstigt und beschleunigt,
woraus sich eine bessere Verbrennung ergibt; 3. man erhält eine gleichbleibendere
und den verschiedenen Drehzahlen des Motors besser angepaßte Temperatur in der Vergasungskammer.
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Die Einbringung des Brennstoffes in flüssigem Zustande kühlt nämlich
die Kammer bei niedriger Drehzahl beträchtlich ab. Infolgedessen war es notwendig,
die Kammer gegenüber den gekühlten Teilen des Zylinderkopfes zu isolieren, wodurch
man bei hohen Drehzahlen des Motors wiederum eine zu starke Erhitzung in Kauf nehmen
mußte, die zu Frühzündungen führte. Durch die Einbringung des Brennstoffes in dampfförmigem
Zustande wird die Brennkammer dagegen viel weniger gekühlt, und es ist möglich,
eine weniger veränderliche Temperatur dieser Kammer beizubehalten, so daß eine gute
Verbrennung bei allen Drehzahlen gewährleistet ist.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es nun möglich,- die zur Speisung verwendeten
Brennstoffe bei verhältnismäßig geringem Verbrauch untereinander auszutauschen,
trotzdem aber die Leistung und die normale Drehzahl des Motors ohne irgendeine Erschütterung
oder Unregelmäßigkeit beizubehalten.
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Die Erfindung kann ohne Unterschied bei Zwei- und Viertaktmaschinen
Verswendung finden.
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Der Brennstoff kann auch ohne.Luftzusatz erhitzt und in dampfförmigem
Zustande in die Brennkammer eingebracht werden, wo die Vergasung in Abwesenheit
von Luft vollendet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin besondere
:Mittel, mit denen es möglich ist, durch eine geeignete Erhitzung die Verdampfung
und nachherige Vergasung des Brennstoffes dank der besonderen Anordnung der Teile
des .Motors durchzuführen.
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Bei der Ausführungsform gemäß den Abb. 3 bis 5 enthält der Zylinderkopf
C im wesentlichen die gleichen Teile wie bei dem Beispiel gemäß Abb. i. Die Vergasungskammer
G wird an einer ihrer Seiten durch Kühlwasser gekühlt.
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Sämtliche Kammern G sind bei Mehrzvlinderanordnungen durch eine gemeinsame
seitliche Abdeckplatte Z abgeschlossen, die der kugeligen Form der Kammern entsprechend
ausgebildet ist. Diese aus einem für jeden Verwendungsfall geeigneten Metall bestehende
Abdeckplatte. die gegebenenfalls mit die Temperatur der Platte auf einen bestimmten
Wert begrenzenden Rippen versehen sein kann, wird durch die Verbrennung selbst oder
durch irgendwelche anderen Mittel, insbesondere zur Erleichterung des Anlassens
in kaltem Zustande, erhitzt. Die Platte ist gegenüber dem Zylinderkopf C durch eine
Dichtung J" isoliert. Die Temperatur der heißen Wände in den verschiedenen Kammern
G eines mehrzylindrigen Motors ist daher gleichmäßig. Infolgedessen gleichen sich
auch die Bedingungen der Vergasung, der Gemischbildung und der Verbrennung bezüglich
der verschiedenen Zylinder.
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Die Platte Z besitzt Kanäle X geeigneter Form, um eine fortschreitende
Verdampfung des Brennstoffes, gegebenenfalls unter Rückfluß der nicht verdampften
Flüssigkeit nach der oder den Speisevorrichtungen, sowie eine gleichmäßige Verteilung
auf die verschiedenen Motorzylinder zu bewirken. Abb.4 zeigt in beispielsweiser
Ausführungsform die Abdeckplatte Z mit den Kanälen X, X', X ",
X/PI.' deren Durchlaß durch Klappen bf' regelbar ist und die eine einzige Speisevorrichtung
1l1 über das Speiseventil H mit je einer heißen Kammer G, die zu einem der vier
Zylinder des betrachteten Motors gehört, verbinden.
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Die vorgesehenen Kanäle von geeigneter Form und geeigneten Abmessungen
können unter Umständen bei Verwendung bestimmter Brennstoffe einen katalytischen
oder filtrierenden Stoff enthalten.
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Die Arbeitsweise ist folgende: Beim Ansaughub tritt die durch die
Klappe E geregelte Hauptluft durch die Ansaugventile D in die Zylinder ein. Der
durch die Kammern G, die Kanäle X, X', X", X"' und die Speisevorrichtung 11 gebildete
Weg unterliegt einem Unterdruck und weist infolge der regelbaren Offnun- des Speiseventils
H einen Druckabfall auf. so daß eine kleine durch M eintretende Luftmenge eine gewisse
Brennstoffmenge in Bewegung setzt. Diese Menge wird gegenüber derjenigen der Hauptluft
in geeigneter Weise bemessen, und zwar wird der Ausgleich durch eine Verbindung
zwischen der Steuerung des Ventils H und der Steuerung der Klappe E in der Luftansaugleitung
bewirkt.
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Der Ausgleich in der Zufuhr von Brennstoff und Luft ergibt sich so
selbsttätig für alle Drehzahlen und auch im Augenblick des Hochfahrens des Motors.
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Der durch eine sehr kleine Luftmenge geförderte Brennstoff verdampft
nach und nach in den Kanälen X, X', X", X"' und tritt in Form mehr oder weniger
trockenen Dampfes in die Vergasungskammer G ein, wo seine Vergasung beendet wird.
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Da die Zylinderluft während des Verdichtungshubes unter Durchwirbelung
durch das Venturirohr L% in die heiße Kammer eintritt, so tritt eine gute und weitgehende
Durchmischung von Brennstoff und Luft ein. Die Zündung erfolgt dann zu gegebener
Zeit durch die elektrische Zündkerze h. Die sich bei dem erneuten Durchgang der
gezündeten Gase durch das Venturirohr ergebende Durchwirbelung sichert eine vollständige
Verbrennung der Gase.
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Da die Zündkerze sehr heiß ist, so kann es nicht vorkommen, daß sie,
z. B. bei kaltem Motor, durch flüssig gebliebene Brennstoffteile ertränkt wird.
Die Gase werden in der heißesten Zone der Kammer G gezündet, und die Flamme; pflanzt
sich in eine kältere Zone fort, wodurch die Regelmäßigkeit der Verbrennung begünstigt
wird.
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Wenn von dem Motor eine zu starke Beschleunigung verlangt, wird, so
kann es vorkommen, daß nicht genügend Zeit verbleibt, daß sich der Unterdruck schnell
genug in den Brennstoffverteilungskanälen bilden kann. Für diesen Fall kann ein
besonderer, beispielsweise in Abb.5 dargestellter Steuerkörper Y, eine selbsttätige
Klappe oder ein selbsttätiges Ventil am Lufteintritt vor der mechanisch gesteuerten
Klappe E vorgesehen werden. Dieser Steuerkörper schließt bei zu scharfer Beschleunigung
den Lufteintritt bis zu dem Augenblick, wo der Motor seine neue Geschwindigkeit
angenommen hat. Dieser Verschluß der Luftzufuhr bewirkt einen sehr beträchtlichen
Unterdruck an den Brennstoffventilen, die infolgedessen augenblicklich für die Zufuhr
der notwendigen Brennstoffmenge zu den Zylindern sorgen, damit der Motor die neue
verlangte Drehzahl annehmen kann.
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Die Erfindung kann wohlverstanden bei zahlreichen anderen Ausführungsformen,
die von den oben beschriebenen abweichen, Verwendung finden.