DE703079C - Dieselmaschine mit unmittelbarer Einspritzung fuer den Betrieb mit Schwerbrennstoff, wie Steinkohlenteeroel - Google Patents

Description

• Dieselmaschine mit unmittelbarer Einspritzung für den Betrieb mit Schwerbrennstoff, wie Steinkohlenteeröl Die Schwierigkeiten, heimische Schwerbrennstoffe-, wie Steinkohlenteeröl, ohne elektrische Zündung in luftverdichtenden Brennkraftrnaschinen zu verwenden, sind in der Hauptsache auf die hohe Entzündungstemperatur und die geringe Zündwilligkeit des Brennstoffes zurückzuführen. Wenn eine Behebung dieser Schwierigkeiten. durch Erhöhung der Verdichtungsendtemperatur der Ladeluft lediglich mittels Steigerung des Verdichtungsverhältnisses versucht wurde, so hat sich diese 3Ia1')nahme als unzureichend erwiesen. Denn bei "egebener Anfangstemperatur der Luft wird durch eine Steigerung des Verdichtungsverhältnisses von mittleren Werten an kein für die Schwerölzündung ins Gewicht fallender Temperaturzuwachs mehr erreicht, sondern es wird nur eine Verschlechterung des mechanischen Wirkungsgrades unter Erhöhung der gesamten Triebwerksbeanspruchung verursacht. Eine Vorwzrmung der Ladeluft vor dem Einlaßventil über den ganzen Lastbereich muß ebenfalls verworfen werden, weil dadurch der Füllungsgrad der Maschine sinkt und infolgedessen im höheren Lastbereich der Luftüberschuß bis unter die Rauchgrenze abfallen kann.
• Es ist zwar nicht ohne Erfolg versucht worden, die motorische Verbrennung von Steinkohlenteeröl mit der Vorkammerbauart durch Einsetzen von plattenförmigen Glühkörpern in die Vorkammer zu ermöglichen. Mit dieser Lösung sind jedoch die allgemeinen Nachteile der Vorkammermaschine verknüpft, nämlich die sog. inneren Pumpverluste, die durch das Hinein- und Hinausdrängen von 3o bis a.0 o,'o der gasförmigen Ladung durch den engen Kammerhals entstehen und die durch das Einspannen eines plattenförmigen Körpers innerhalb der Kammer vor dem Kammerhals nur noch vergrößert werden. Außerdem gestattet es die Enge des Kammerraumes nicht, den Glühkörper so einzubauen, daß er vom Brennstoffstrahl nicht unmittelbar getroffen wird. Ein solches Auftreffen muß aber vermieden «-erden, weil

  sonst der Körpur durch den kalten Brenn-

  stoi-istr ah: stärilig gekühlt wird und Zer-

  setzttIigu':-scneizitlngenl des Brennstoffes ehe

  treten, üi,: in) Verein finit der Verbrennung

  unter Lurtrnangel infolge der Brennstofanhäu-

  fung a1, u=ze Prallstelien zti schädlichen Ab-

  lagerttIigui: führen können.

  Diese Erfahrungen ver.inlal)ten dazu, den

  Betrieb mit Steinkohlenteeröl unter unmittel-

  barer Eneyhnmg in einen nicht zerklüfteten

  Brennraue. und unter Anwendung einer nur

  mäßig gegenüber dem normalen Dieselbetrieb

  gesteigen<::i Verdichtungshöhe zu versuchen.

  Es er,.wies sich dabei als z-.;-eAmäWg den

  Brennraum, um einen Matten Kolben @beibe-

  halten und den Kolbenboden vor unmittel-

  barer Fl._:@ZZneiiheriilirtzng bewahren zu kön-

  nen, in terehs für Dieselmaschinen bekann-

  ter Weise in den Zylinderkopf zu verlegen

  und ihn, einen für die Entwicklung des

  BrennstoWahles ausreichend hohen und ge-

  ballten Rüum zu erhalten, im Durchmesser

  g - e, -enüber dein Hubraum abzusetzen. 'Mit

  Rücksicht mif die Anordmmg der beiden

  Flaeptven:ile ;wird ferner vorzugsweise die

  bekannte, --um Hubraum exzentrische Brenn-

  raun.l:ag e gewählt unter Anordmlng des Ein-

  laßventils unmittelbar über dem Hubraum und

  des Attsia,cenzils über dem Brennraum. Die

  Einsprit_.#-«i@" erfolgt dabei. ;wie üblich, ganz

  Wer angea:ihert in Durchmesserrichtung des

  Brennraumes ;on einer Seitenwand aus.

  Nullmehr gelingt der Betrieb mit Stein-

  kohlen ein;;-andfrei von langsamem Leer-

  lauf bis Vollast, ;wez.l. crtindungsg"emäß fol-

  gende llasnahmen ergrüten werden: Am Cber-

  gang zu-ischen dein Hubraum und dem Brenn-

  raum wird ein' slei?artig gelochter. streifenfor-

  ini`°er lielz!'insatz von gehnger Dicke aIli'ord-

  net, der tu geformt und eingespannt ist, daß der

  Brenlsto!-@übcr ihn hinweg eingespritzt wird.

  Der lIehrhisatz ist vorzugsweise eben, weil

  dies seine Befestigung und Formbeständigkeit

  bei Eriiiizung begiinstigt. Er kann. jedoch

  ohne wesentlichen Nachteil auch gegenüber

  dein Einspritzrauen leicht gehöhlt, also etwa

  muldenförmig atis@ei)ildet sein. Die geringe

  Dicke und Masse des Heizstreifens ist des-

  weg@n vtineilhaft, ;weil es genügt, wenn dieser

  Körper bei jedem Verbrennungsvorgang nur

  I-ine sc@Iche «':irme°nieirge in sich aufspeichert,

  die ur beim nächsten Arbeitsspiel zur Erhit-

  zung der an .hin vorbei- iuid durch ihn hin-

  durchstri@;renden Luft wieder abgeben kann.

  Auf diese «'eise verdrängt der Heizstreifen,

  auch nur einen verschwindenden `feil des

  Huhratzn.it:haitcs. Ferner ;weist der Streifen

  grobe, st-i;iiclie Ausschnitte auf und ist seihst

  an ausgiebig gelocht. das praktisch nur ein

  @tl"Ill@er Iu" tl!'hIell des Ci:t'I';"ali;.@Sdttel"SCliIiltte5

  =Schon Hub- und Hi"ennmum verdeckt wird

  und eine Drosselung 1x_iin Ilinundherströnien

  der gasförmigen Ladung zwischen den beiden

  Räumen fast vollständig ausfällt. Die Fläche

  des Heizstreifens erstreckt sich somit im

  wesentlichen nur unterhalb und Kings der

  Bahn des in Durchmesserrichtung in den

  Brennraum einbespritzten Brelillstoi--#str;iiiles.

  Der L.stbetrieb der Maschine gelingt be-

  reits rnit dieser Vorrichtung allein. Der

  Brennstoffstrahl kann infolge der Höhe des

  Einspritzraumes den Heizeinsatz und den

  Teller des Auslaßventils nicht anstreifen, ist

  vielhehr lediglich der Luftwärme ausgesetzt,

  die durch Leitung und Strahlung von dem

  heißen Einsatz aus derart erhöht ;wird, das

  der große Zündverzug des Steinkohlenteerölcs

  stark verkürzt und die Verbrennung wesent-

  lich beschleunigt wird. Ein einwandfreier

  Leerlauf, insbesondere ein langsamer Leer-

  lauf ist aber hierbei noch nicht möglich.

  Für diesen Zweck mu13 zusätzlich eine an sich

  bekannte Vorrichtung vorgesehen sein. mittels

  deren die Saugluft vor Eintritt in die JIa-

  schinenz}-liiider durch die Maschinenabgase

  vor@e#.w'irr t, bei Lastbetrieb jedoch urbeheizt

  zugeführt ;;-erden kann. Eine solche als ge-

  läufig vorausgesetzte Heizeinrichtung kann

  hcisnielsweise aus einem <gegabelten Saugrohr

  bestehen, durch dessen ehien Zweig das Aus-

  pultrohr leindurchgeführt ist und dessen beide

  Zweige, der beheizte und der urbeheizte.

  durch eine Wechselklappe nach Wahl an den

  Saugstutzen angeschlossen werden können.

  Die Auspulfwärine bei Leerlauf genügt nun-

  mehr ini Verein mit dein Heizeinsatz zur

  Erreichung einer so hohen \-erdiclitungsend-

  temperatur der Luft, da13 selbst bis in den

  untersten Drehzahlbereich die Zündung des

  Sch-,verbrennstolies gesichert ist. Dabei Leer-

  lauf der Luftüberschul3 infolge der geringen

  Einsprixzmengen an sich ganz erheblich ist,

  so hat das Absinken des Füllungsgrades der

  Maschine infolge der Luftvorwärinung keiner-

  lei Ein*luß. Ein solcher Einilu13 ;würde je-

  doch, wie schon ausgeführt, bei Vollast vor-

  handen sein, und deswegen muß die Wechsel-

  klappe zwischen den beiden Saugrohrzweigen

  im Lastbetrieb auf Abschlul3 des beheizten

  Zweiges und Volleröll-nung des unbehcizten

  Zweiges gestellt werden.

  Eine erhöhte Sicherheit für das Einsetzen

  der Zündung bei den Anlaßhübcn der Ma-

  schine und bei Leerlauf kann ferner durch

  verspätetes Eröif gen des Saugventils gewon-

  nen werden. Diese an sich bekannte ver-

  spätete Aufsteuerung des Saugventils erzeugt

  eine Teilluftleere im Hubraum, in den Leim

  Aufsteueni des Ventils die Satigltift niit großer

  Geschwindigkeit Idneinstürzt. Die dabei ent-

  stehende Stauwirkung führt eine zusätzliche

  17r;v;irnittng der Saugluft herbei. Für <niese

  bekannte Maßnahme wird auch im vorliegenden Zusammenhang ein Patentschutz nicht beansprucht.
• Aus sorgfältigen Versuchen geht weiter hervor, daß die Anordnung eines Luftspeichers am Mantel des Brennraumes gegenüber der Einspritzdüse bei der gewählten Brennraumform und -lüge den Misch- und Verbrennungsvorgang erheblich verbessert. Düse und Speicher liegen auch hier in Durchmesserrichtung einander gegenüber; aber die Anordnung kann auch so gewählt sein, daß die Düsen- und Speicherachse einen stumpfen Winkel miteinander bilden, der nur so weit von der Geraden abweicht, daß die Einspritzung eines Teils des Brennstoffes in den Speicher beibehalten wird, während der ausblasende Speicherstrahl nicht auf, sondern neben die Düsenmündung gerichtet ist. Düse und Speicher liegen ferner nicht in der Hauptschnittebene der Maschine, sondern mit Rücksicht auf die Ventile quer zu dieser Ebene.
• Diese gesamte Anordnung wird ebenso als bekannt vorausgesetzt wie die Speicherwirkung selbst.
• In Weiterentwicklung der Erfindung erhält der Heizstreifen bei dieser Grundbauart unsymmetrische, geschweifte Seitenausschnitte, und zwar ist die dem Hubraum zugekehrte Streifenkante einwärts geschweift, so daß die Einströmung der verdichte_-'n Ladeluft aus dem Hubraum in den Brennraum und den Speicher sowie die Abströmung der brennenden Ladung aus diesen Räumen in den Hubraum durch einen großen, freien über-"angsquerschnitt erleichtert wird, während die dem Zylindermantel zugekehrte Kante des Heizeinsatzes leicht auswärts gebogen ist und nur einen kleinen Durchfiußquerschnitt frei lällt.
• Da, wie erwähnt, das Einlaßventil der Maschine unmittelbar über dem Hubraum, das Auslaßventil über dem abgesetzten Brennraum angeordnet ist, so findet ein Hindurchsaugen von Frischluft durch den Heizeinsatz nicht statt, und die Temperatur dieses Einsatzes wird während des Saughubes nur wenig vermindert. Beim Ausschubhub dagegen werden die glühenden Abgase durch den Heizcinsatz hindurch und an ihm vorbei in den Auspultstutzen verdrängt und müssen in ihrer Gesamtheit den Brennraum durchströmen. Der "Teller des Auslaßventils bleibt daher ständig auf hoher Temperatur, jedenfalls auf wesentlich höherer als der Einlaßveritilteller, und infolgedessen trägt die Berührungs- und Strahlungswärme der sämtlichen Brennraumwände einschließlich des Auspuffventiltellers zur zusätzlichen Überhitzung der verdichteten Ladeluft bei. Der Luftinhalt des Brennraurncs bleibt auf Grund dieser @'org;inge ständig auf höherer Temperatur als der Inhalt des Hubraumes, und der eingespritzte Brennstoffstrahl unterliegt außer durch die unmittelbare Vermischung mit der hocherhitzten Luft noch einer Aufheizung durch die von sämtlichen Brennraumwänden, insbesondere von Ventilteller und vom Heizeinsatz, abstrahlende Wärme. Gerade diese Art der Erhitzung des Brennstoffes durch Wandwirkung, aber ohne unmittelbare Berührung mit den Wänden ermöglicht, wie sorgfältige Versuche ergeben haben, erst den Betrieb mit Steinkohlenteeröl in einem einheitlichen, gegebenenfalls noch mit einem Luftspeicher verbundenen Brennraum.
• Die Grundsätze der Erfindung sind in den vier Abbildungen der Zeichnung veranschaulicht.
• Die Abb. i zeigt einen Hauptlängsschnitt durch eine Dieselmaschine für Steinkohlenteerölbetrieb. Es sind mit a der Zylinderkopf, mit b der Arbeitskolben kurz vor oberer Totpunktlage, mit c der abgesetzte zylindrische Brennraum, mit d die Einspritzdüse, mit e das Einlaßventil und mit f das Auslaßventil bezeichnet. Zwischen Hub- und Brennraum ist mittels eines Ringes g ein durchlochtes Blech lt. eingespannt. Die Brennraumhöhe ist so gewählt, daß weder der Teller des Ventils/ noch die Siebplattelt von dem schematisch angedeuteten Brennstoffstrahl gestreift werden kann, und der Durchmesser des Brennraumes e ist so groß, daß ein Aufprallen des Brennstoffes auf die gegenüberliegende Wand nicht stattfindet.
• Die Abb.2 zeigt, von unten gesehen, ein im Falle der Abb. i zu verwendendes Siebblech. Die Richtung des Düsenstrahles ist hier mit D, bezeichnet. Das mittels des Ringes j eingespannte Blech f weist z,.@-ei gro:lc, seitliche Aussparungen il und 1, auf. Zweckmäßig kann unmittelbar unter der Düse noch eine nicht näher bezeichnete Aussparung des Siebbleches vorgesehen sein und ebenso an der der Düse gegenüberliegenden Seite. Form und Größe dieser beiden letzteren Aussparungen sind lediglich so zu wählen, daß das Siebblech noch genügend Baustoff zur Wärmeaufspeicherung von einem Verbrenntnigsvorgang bis zum nächsten behält. Die in Abb. 2 unterhalb der Düse befindliche Aussparung ist insbesondere für die Düsenkühlung günstig, und die gegenüberliegende Aussparung, die je nach dem gewählten Düsenmuster tirid der entsprechenden Durchschlagsstrecke des Strahles zu formen ist, dient hauptsächlich dazu, der Spitze des Brennstoffstrahles ungedrosselte, auflösende Mischluft zuzuführen. Im ganzen ist die Querschnittsverminderung durch den Heizeinsatz zwischen Hubraum tuid Brennraum so gering, daß der 'Maschine die

  Eigenschaft der unmittelbaren Einspritzung

  nicht genoriinien wird.

  In _@bl@. 3 ist. von unten gesehen, der Ein-

  satzkörper jt mit Linspannrinr :; für den Luft-

  speiclierl:etriel@ @larestellt.Auch hier liegt

  der Brennraum exzentrisch über (lein Hub-

  r«uin, dessrn Unifang strichpunktiert an,-ge-

  c:eutet ist. Die Düse, deren Spritzrichtung

  schematisch finit deni PicilD, und der Spei-

  cher, dessen Ati-#lalaserichtung schematisch mit

  dein Pfeil S @-et-rLnsclia:tücht ist. liegen nicht

  genau dia:aetral, sondern mit einem stumpfen

  Winkel ::er Achsen einander -egenüber.

  Aul:,erdeni liegen die Düsen- und` die Spei-

  clici-acli_e nicht :n cer Hauptschnittebene der

  Maschine. wie in Abt. i; sondern schneiden

  diese Ebene unter schiefen Winkeln. Da

  -ni sie Haupteid- und -ausstrüniriclittin; zwi-

  sclien Hubraum und Breilnrauin seitlich des

  Siebbleches /r z t:m Zylinderrahm hin gelegen

  ist, so t:::::3 der Ausschnitt il dieser Seite

  erheblich gröi#"er sein als der Ausschnitt i.j

  der Gegenseite. Die A;:ssclniittkanren sind zu

  diesem Zwecke stark geschweift, und zwar

  in dein schote geschilderten Sinne derart, daß

  die Fül:ung von Brennraum und Speicher

  bei der #_erdichtun- und die _lbströmung aus

  dem Brennraum während der Verbrennung

  und AUSdehnun` möglichst ungedrosselt vor

  sich -elfen. Bei der Ahströmung ergibt sich

  somit hauptsächlich die in Abb. 3 durch Pfeile

  annedeu-ete Strüamung-riclitun'-.

  Die Abb. s ist ein Querschnitt durch den

  Brennraum nach A'bb. :. und zwar längs einer

  dort zwischen den Spit::en der Pfeile S und D

  geführten strichpunktierten Schnittlinie. Auch

  hier entspreciie:i die Bezusinichstaben denen

  _,;,

  #,#_: übrigen Abbi:dutigen.

Claims (1)

1. i. Dieselmasclii;:e mit unmittülbarer Ein=pritztni@ für den Betrieb mit Srhwer- brcnnsto@t, v:ie St@-inl:olilenteeröl, deren Brennraum im Zylinderkopf liegt, im Durchmesser gel;enüber dem Hubraum abgesetzt und vorzugsweise exzentrisch über diesem @tngeordilet ist und deren Ein-1a13ventil unmittelbar in den Hubraum mündet. während das _luslai3@entil über dem abesetzten Bremirauin vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, claß am zwischen (lern Hubraum und dem Brennraum (c, ein siebartig gelochter, streitenförmiger Heizeinsatz : lr von geringer Dicke befestigt ist, dessen Fläche sich unterhalb und längs der Bahn des in Durchmesserrichtung in den Brennraum eingespritzten Brennstortstrahles erstreckt und seitlich des Heizstreifens liegende Abschnitte des U=bergangsquerschnittes frei läbt, daß ferner eine an sich bekannte Vorrichtung vorgesehen ist, mittels deren die Saugluft nur bei Leerlauf vor Eintritt in die llaschinenzylindcr durch die JIaschinenab-ase vorgewärmt wird. =. Dieselmaschine nach Anspruch I, bei der ein Luftspeicher am Brennraummantel re--enüber der genau oder annähernd in Richtun,- des Brennraumdurchmessers spritzenden Brennstoffdüse gleichachsig mit dieser oder mit geringer Achsenabweichung a ngeordnet ist und das Düsenspeicherpaar quer zu der durch die Ventilachsen bestimmten Hauptschnittebene des Maschinenzylinders liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der streifenförmige Heizeinsatz @lt), an seiner dem Hubraum zugekehrten Kante einwärts geschweift ist, so da13 die Einströmun;- der verdichteten Ladehift aus (cm Hubraum in den Brennraum und den Speicher und die Abströmung der brennenden Ladung aus diesen Räumen in den Hubraum durch einen großen, freien L"bergan-scltterscluiitt erleichtert wird, während die dein Zvlindcrinantel zugekehrte Kante des Heizeinsatzes leicht auswärts gebogen ist (Abb. ? i.