Die kompressorlose Dieselmaschine: Ihre Entwicklung auf Grund der in- und ausländischen Patent-Literatur [Reprint 2020 ed.] 9783111643922, 9783111260969

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Die kompressorlose Dieselmascbine Ihre Entwicklung auf Grund der inund ausländischen Patent-Literatur

von

Ludwig Hausielder

Mit

250

1

9

Abbildungen

2

8

Copyright 1928 by M. Krayn, Berlin

W10

Alle Rechte, namentlich das der Uebersetzung, vorbehalten

Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort

V

I. Die klassische Dieselmaschine und ihre Vorgänger

1

II. Dieselmaschinen mit vereinfachten Verdichter . . . III.

Kompressorlose Dieselmaschinen (Allgemeines)

IV.

Vorkammer-Dieselmaschinen A. V o r k a m m e r m a s c h i n e n

.

25

. . .

57 87

mit

Brennstoff-

vorla}ierun(! B. I m

92

Durchström verfahren

arbeitende

Vorkammer maschinen 1. Maschinen mit offener Vorkammermündung . . . . 2. Maschinen mit g e s t e u e r t e r Vorkammermündung C. I m R ü c k s t r ö m v e r f a h r e n

arbeitende

kammermaschinen Dieselmaschinen

mit Druckeinspritzung

Literaturverzeichnis Verzeichnis

der

angeführten

. 183

Vor197

V. Vorkammermaschinen mit weiter Halsöiinung VI.

.

109

246 263 • 376

Palente

379

Vorwort. D i e E n t s t e h u n g s - und E n t w i c k l u n g s g e s c h i c h t e d e r D i e s e l m a s c h i n e ist in d e r d e u t s c h e n F a c h l i t e r a t u r r e c h t a u s f ü h r l i c h b e h a n d e l t w o r d e n . D e r im J a h r e 1 9 1 3 e r s c h i e n e n e n S c h r i f t D i e s e l s , , D i e E n t s t e h u n g d e s D i e s e l m o t o r s " f o l g t e n d i e V e r ö f f e n t l i c h u n g e n von M e y e r , Ried e 1 und L ii d e r s , d i e zu d e n A u s f ü h r u n g e n D i e s e l s in t e i l w e i s e s e h r s c h a r f e r F o r m S t e l l u n g n e h m e n und s e i n e e r f i n d e r i s c h e n L e i s t u n g e n n u r mit s t a r k e n E i n s c h r ä n k u n g e n g e l t e n l a s s e n . D i e s e a n s i c h w e n i g e r erfreuliche P o l e m i k b e l e u c h t e t n a t u r g e m ä ß eine R e i h e von Einzelheiten und Z u s a m m e n h ä n g e n , d i e d e r O e f f e n t l i c h k e i t s o n s t v i e l l e i c h t n i c h t zug ä n g l i c h g e w e s e n w ä r e n , nun a b e r in i h r e r G e s a m t h e i t g e s t a t t e n , s i c h e i n ä u ß e r s t k l a r e s und a n s c h a u l i c h e s B i l d ü b e r d i e E n t w i c k l u n g d e s D i e s e l m o t o r s v o n d e r e r f i n d e r i s c h e n I d e e a n g e f a n g e n bis zur e r s t e n m a r k t f ä h i g e n A u s f ü h r u n g s f o r m zu m a c h e n . D i e s i c h in r a s t l o s e m T e m p o v o l l z i e h e n d e W e i t e r e n t w i c k l u n g d e v Dieselmaschine, d i e s i c h n i c h t nur in k o n s t r u k t i v e n und fabrik a t o r i s c h e n V e r b e s s e r u n g e n , s o n d e r n a u c h in e i n e r V e r t i e f u n g d e r t h e o r e t i s c h e n E r k e n n t n i s s e ä u ß e r t e , h a t nur s e l t e n G e l e g e n h e i t g e g e b e n , e i n e n B l i c k auf d a s b i s h e r G e l e i s t e t e zu w e r l e n und n e u e r e E n t wicklungsstufen chronologisch zusammenzufassen. Zu e r w ä h n e n w ä r e a n d i e s e r S t e l l e d e r g e s c h i c h t l i c h e A n h a n g zu G ii 1 d n e r s b e k a n n t e m W e r k e „Verbrennungsmaschinen", welcher eine sehr interessante W ü r d i g u n g der V o r g ä n g e r Diesels enthält, ferner die V e r ö f f e n t l i c h u n g e n v o n N ä g e l in d e r „ Z e i t s c h r i f t d e s V e r e i n s D e u t s c h e r I n g e n i e u r e " 1911 und 1 9 2 3 s o w i e e i n e S c h r i f t S c h ö t t l e r s „ D i e E n t w i c k l u n g d e r D i e s e l m a s c h i n e " aus d e m J a h r e 1925. Obwohl augenblicklich das P r o b l e m der luftlosen Einspritzung zweif e l l o s im V o r d e r g r u n d e d e s a l l g e m e i n e n I n t e r e s s e s s t e h t , ist e i n e z u s a m m e n f a s s e n d e U e b e r s i c h t ü b e r den W e r d e g a n g dieser neuesten E n t w i c k l u n g s s t u f e d e r D i e s e l m a s c h i n e in d e r e i n s c h l ä g i g e n L i t e r a t u r k a u m zu f i n d e n . A b g e s e h e n von e i n i g e n in- und a u s l ä n d i s c h e n V e r ö f f e n t l i c h u n g e n in Z e i t s c h r i f t e n ist h i e r v o r a l l e m zu n e n n e n e i n e A b h a n d l u n g von B ü c h n e r „ B e i t r a g zu d e n G r u n d l a g e n d e r s c h n e l l a u f e n d e n H a l b d i e s e l m o t o r e n " , w e l c h e a l l e r d i n g s d a s g e s c h i c h t l i c h e M o m e n t in den H i n t e r g r u n d t r e t e n l ä ß t , und e i n e S c h r i f t von B i e l e f e l d „Die P a t e n t e ü b e r V o r k a m m e r - D i e s e l m o t o r e n " , w e l c h e s i c h in d e r H a u p t s a c h e mit U n t e r s u c h u n g e n ü b e r die A b h ä n g i g k e i t e i n z e l n e r P a t e n t e befaßt. D a mit d e n g e n a n n t e n V e r ö f f e n t l i c h u n g e n die entwicklungsg e s c h i c h t l i c h e n D a r s t e l l u n g e n im w e s e n t l i c h e n b e r e i t s e r s c h ö p f t sind, so h a b e ich, e i n e r A n r e g u n g d e s V e r l a g e s K r a y n f o l g e n d , g e r n e d i e G e l e g e n h e i t e r g r i f f e n , die E n t w i c k l u n g s g e s c h i c h t e d e r k o m p r e s s o r l o s e . I

VI Dieselmaschine näher zu untersuchen und in einer zusammenlassenden Uebersicht darzustellen. Die luitlose Einspritzung hat sich in der Hauptsache erst nach dem Kriege erfolgreich durchzusetzen vermocht; angesichts dieses verhältnismäßig kurzen Zeitraumes mag die Frage berechtigt erscheinen, ob es schon angängig ist, eine noch keineswegs abgeschlossene Entwicklungsreihe zusammenzufassen und einer rückschauenden Betrachtung zu unterziehen. Dies umsomehr, als die bisherigen Veröffentlichungen sich meist auf theoretische Untersuchungen beziehen und die geschichtlichen Quellen nur schwer zugänglich sind. Ich glaube, diese Frage bejahen zu müssen; wenn auch die Entwicklungsgeschichte der kompressorlosen Maschine noch im Flusse ist und wichtige physikalische und chemische Vorgänge ihres Arbeitsprozesses noch ziemlich ungeklärt sind, so scheint doch ihr rastloser Werdegang sich mehr und mehr zu mäßigen. Nachdem sich aus der großen Zahl der denkabren Lösungen nunmehr einige wenige gangbare herauskristallisiert haben, scheint der Zeitpunkt erreicht oder doch nicht mehr ferne zu sein, in welchem ein kritischer Rückblick auf diesen A b schnitt der Entstehungs- und Entwicklungsgeschichte dem Konstrukteur w e r t v o l l e Aufschlüsse gibt. Bei der Lösung dieser A u f g a b e habe ich mich angesichts der Fülle des zu v e r a r b e i t e n d e n Materials darauf beschränken müssen, unter Verzicht auf die Beschreibung konstruktiver Einzelheiten nur das wesentlichste von A r b e i t s v e r f a h r e n und A u f b a u der kompressorlosen Maschinen zu besprechen; Brennstoffpumpen und Einspritzdüsen konnten daher trotz ihrer erheblichen Bedeutung nur in Einzelfällen kurz behandelt werden. Meine Untersuchungen beruhen in der Hauptsache auf der inund ausländischen Patentliteratur. Nun wird man einwenden können, daß die P a t e n t t e x t e häufig weniger nach wissenschaftlichen, als vielmehr nach rein praktischen und patentrechtlichen Gesichtspunkten v e r f a ß t sind und oft einen Kompromiß mit den Prüfern darstellen, der den ursprünglichen Erfindungsgedanken nur noch verschwommen erkennen läßt. Diese Einschränkung braucht jedoch gegenüber der üblichen Anschauung keineswegs ein Nachteil zu sein; gerade die in den Patentbeschreibungen h e r v o r t r e t e n d e Abgrenzung gegenüber Vorbekanntem und V o r v e r ö f f e n t l i c h t e m dient im allgemeinen der S c h ä r f e des A u s d r u c k e s und läßt den technischen Fortschritt besser erkennen, als andere Veröffentlichungen. Gibt man, wie ich es im folgenden häufig getan habe, den Inhalt der Patentbeschreibung möglichst w ö r t lich wieder, läßt also den Erfinder selbst gleichsam zu W o r t e kommen, so gewinnt man einen überaus interessanten Einblick in seine G e dankenwelt. Man sieht, wie sehr die Gedankengänge des Erfinders von den wissenschaftlichen Erkenntnissen seiner Zeit beeinflußt sind und erkennt, wie mit einer Vertiefung der theoretischen Grundlagen eines Problemes die Vorschläge zu seiner restlosen Losung sich immer mehr nach einer bestimmten Richtung hin konzentrieren. Daß die A n sprüche der in meiner Abhandlung genannten Patente, sofern von Wichtigkeit, wörtlich angeführt w o r d e n sind, versteht sich angesichts ihrer erheblichen rechtlichen Bedeutung von selbst. Eine Ausnahme bilden lediglich die A n s p r ü c h e einiger ausländischer, insbesondere bri-

VII lischer und a m e r i k a n i s c h e r Patente, welche sich in ihrer W e i t s c h w e i f i g keit für eine w o r t g e t r e u e Uebersetzung nicht eignen; ich habe i.i diesem Falle versucht, die wesentlichsten M e r k m a l e der betreffenden P a t e n t e in selbst formulierten Ansprüchen anlehnend an die in Deutschland übliche Fassung w i e d e r z u g e b e n . Auch die e r l ä u t e r n d e n Abbildungen sind, um ihren dokumentarischen C h a r a k t e r zu wahren, fast durchweg W i e d e r g a b e n der betreffenden Patentzeichnungen, abgesehen von geringfügigen, der Klarheit der Darstellung dienenden Abänderungen. Ich bin mir völlig d a r ü b e r klar, daß mein Versuch, eine Entwicklungsgeschichte an Hand der P a t e n t l i t e r a t u r zu schildern, auch Entgegnungen auslösen wird. M a n wird — und mit einem g e w i s s e n Recht — einwenden, daß lediglich die Erteilung eines P a t e n t e s noch lange k e i n e G e w ä h r für die p r a k t i s c h e Ausführungsmöglichkeit einer Konstruktion oder Erfindung sei. M a t s c h o s s hat sich in seiner „Geschichte der Dampfmaschine" zu derselben F r a g e dahingehend geäußert, d a ß als M a ß s t a b für das geschichtlich W e r t v o l l e nur die wirtschaftliche W e r t s c h ä t z u n g einer Konstruktion angesehen w e r d e n könnte, w i e sie sich im Laufe der J a h r e herausgestellt hat. Nur w a s W i n d und W e t t e r , wirtschaftlich p r a k t i s c h e Verwendung ausgehalten habe, v e r d i e n e als wichtiges.Glied der gesamten Entwicklung geschichtlich festgehalten zu werden. Matschoss faßt seine Ausführungen in den W o r t e n zusammen: „Geschichte hat Geschehenes zu berichten und muß sich begnügen, in erster Linie das zu schildern, w a s einer getan hat, und nicht das in den Kreis seiner Betrachtung zu ziehen, w a s einer hat tun wollen. W e r auf Grund der P a t e n t e nur eine Geschichte schreiben wollte, gliche dem V e r f a s s e r einer Kriegsgeschichte, der auch alle jemals niedergelegten S c h l a c h t e n p l ä n e behandeln wollte." Man kann diesen W o r t e n zweifellos beistimmen, soweit es sich um die Entwicklungsgeschichte einer Maschine handelt, deren Konstruktion und A r b e i t s v e r f a h r e n so weit durchforscht ist, daß man einen k l a r e n U e b e r b l i c k über ihr Entstehen und W e r d e n hat. A n d e r s liegen die Verhältnisse bei der kompressorlosen Dieselmaschine. Hier stehen wir noch mitten im S t r e i t e der Meinungen und Anschauungen und sind w e i t entfernt von einer a b g e k l ä r t e n Erkenntnis. Es spielen daher die Vorstellungen, die sich der Erfinder über das W e s e n seiner Erfindung macht, eine ganz erheblich w i c h t i g e r e Rolle als auf anderen Gebieten, deren wissenschaftlichen Grundlagen mehr oder w e n i g e r festgelegt sind. W e n n sich auch zweifellos in den neueren Patenten der kompressorlosen Dieselmotoren immer mehr eine ganz bestimmte Tendenz durchsetzt, indem W e g e bevorzugt und e r w e i t e r t werden, deren G a n g b a r k e i t e r w i e s e n ist, so berechtigt das in vielen Fällen doch nicht zu einem abschließenden Urteil über a n d e r e Vorschläge, die diesen B e w e i s schuldig geblieben sind. Die Erfahrung lehrt vielmehr, d a ß die Technik nicht selten auf d e r a r t i g e ä l t e r e Vorschläge zurückgreift, sie modifiziert und unter v e r ä n d e r t e n Bedingungen oft auch dann Erspießliches schafft, wenn frühere Erfahrungen Mißerfolge e r w a r t e n ließen.

Vili D i e s e s F u ß e n n e u z e i t l i c h e r E n t w i c k l u n g s s t u f e n auf V o r b e k a n n t e m b e r e c h t i g t d a z u , nicht nur d i e j e n i g e n K o n s t r u k t i o n e n in d e n K r e i s d e r Betrachtung einzuziehen, die die Probe ihrer praktischen Brauchbarkeit abgelegt haben, sondern auch diejenigen Gedankengänge festzuhalten, w e l c h e die w e i t e r e Entwicklung maßgebend beeinflußt haben. A b e r a u c h w e n n d i e s e r E i n f l u ß auf die g e s c h i c h t l i c h e E n t w i c k l u n g nicht i m m e r k l a r zu T a g e tritt, k a n n d e r W e r t e i n e s P a t e n t e s schon d a r i n liegen, d a ß in ihm ein P r o b l e m g e s t e l l t w i r d , d e s s e n e n d g ü l t i g e L ö s u n g e r s t s p ä t e r e n E r f i n d e r n g l ü c k t . In d i e s e m Z u s a m m e n h a n g k ö n n e n sogar Erfindungsgedanken, die über die A k t e n des P a t e n t a m t e s nicht h i n a u s g e k o m m e n sind und g e i s t r e i c h e Ideen, d i e b e r e i t s bei d e r e r s t e n A u s f ü h r u n g s c h e i t e r t e n , g e s c h i c h t l i c h von W e r t s e i n und d e n A u s g a n g s p u n k t für e i n e a n sich w e r t v o l l e E n t w i c k l u n g s r e i h e b i l d e n . A l l e r d i n g s darf sich ein V e r s u c h , d i e E n t w i c k l u n g s g e s c h i c h t e a n Hand d e r P a t e n t l i t e r a t u r zu u n t e r s u c h e n , nicht in e i n e r c h r o n o l o g i s c h e n W i e d e r g a b e d e r e i n s c h l ä g i g e n P a t e n t e e r s c h ö p f e n . Ich h a b e d a h e r v e r s u c h t , d i e in d e n e i n z e l n e n P a t e n t s c h r i f t e n n i e d e r g e l e g t e n G e d a n k e n g ä n g e m i t e i n a n d e r zu v e r g l e i c h e n und u n t e r W a h r u n g i h r e r z e i t l i c h e n A u f e i n a n d e r f o l g e E n l w i c k l u n g s r e i h e n zu bilden, d i e von d e r S t e l l u n g d e s P r o b l e m s bis zur L ö s u n g e i n e n t e c h n i s c h e n F o r t s c h r i t t e r k e n n e n l a s s e n . Ideen, w e l c h e a u s d i e s e n R a h m e n h e r a u s f a l l e n und die E n t w i c k l u n g b i s h e r w e n i g o d e r g a r n i c h t b e e i n f l u ß t h a b e n , o d e r — s o w e i t m a n in d e r T e c h n i k ü b e r h a u p t p r o p h e z e i h e n k a n n — vora u s s i c h t l i c h a u c h nicht b e e i n f l u ß t w e r d e n , sind nur in A u s n a h m e f ä l l e n b e h a n d e l t w o r d e n . H i n g e g e n h a b e ich mich b e m ü h t , die Eignung d e r in den v e r s c h i e d e n e n P a t e n t e n a u s g e s p r o c h e n e n E r f i n d u n g s g e d a n k e n für d i e P r a x i s f e s t z u s t e l l e n und, s o w e i t U n t e r l a g e n zu e r l a n g e n w a r e n , jeweils einige kurze Angaben über die vorliegenden Betriebsergebnisse einer geschützten Konstruktion hinzugefügt. Das e r f o r d e r l i c h e M a t e r i a l w u r d e mir von den m a ß g e b e n d e n M o t o r e n f a b r i k e n b e r e i t w i l l i g s t zur V e r f ü g u n g g e s t e l l t ; für die h i e r d u r c h g e l e i s t e t e U n t e r s t ü t z u n g m e i n e r A r b e i t h a b e ich b e s o n d e r s zu d a n k e n d e r Friedrich K r u p p , G e r m a n i a w e r f t A. - G., d e r J u n k e r s - - M o t o r e n b a u G. m. b. H., der M a s c h i n e n f a b r i k Augsburg-Nürnb e r g , d e r M o t o r e n f a b r i k D e u t z und d e n M o t o r e n w e r k e n M a n n h e i m. Ich ü b e r g e b e h i e r m i t m e i n e S c h r i f t d e r O e f f e n t l i c h k e i t mit d e m Wunsche, daß diesem Versuch einer kritisch-historischen Zusammenstellung der wichtigsten Patente kompressorloser Dieselmaschinen B e a c h t u n g g e s c h e n k t w e r d e n möge. Berlin- Wilmersdorf,

Januar

1928.

Ludwig

Hausfelder.

I. Die klassische Dieselmaschine und ihre Vorgänger. Die

am Ende

setzende

d e r 70er J a h r e d e s

Verbreitung

des

Gasmotors

vorigen Jahrhunderts als

m a s c h i n e ließ in V e r b r a u c h e r k r e i s e n d e n W u n s c h den

damals

hängig

zu

noch

recht

werden.

spärlich

Diese

vorhandenen

Möglichkeit

ein-

kleingewerbliche

ergab

Kraft-

rege werden, Gasanstalten

sich

durch

von unab-

die

Be-

n u t z u n g e i g e n e r G a s e r z e u g e r ( K r a f t g a s g e n e r a t o r e n ) s o w i e d u r c h ein Nutzbarmachen

der

leicht s i e d e n d e n

Bestandteile

des

Erdöles,

der

B e n z i n e ; l e t z t e r e w a r e n d a m a l s lediglich A b f a l l p r o d u k t e bei d e r E r d ölverarbeitung,

d a die in d e n m e i s t e n L ä n d e r n

bestehenden

gesetz-

-licher. V o r s c h r i f t e n ü b e r d e n F l a m m p u n k t u s w . d e s LeuchtöleSi eine Abscheidung dieser feuergefährlichen Bestandteile vorzügliche

erforderten.

Die

E i g n u n g d e r B e n z i n e als K r a f t s t o f f e f ü r

Verbrennungs-

m o t o r e n im V e r e i n m i t d e r r a s c h e n E n t w i c k l u n g d e r

Motorindustrie

s t e i g e r t e d e n V e r b r a u c h u n d d a m i t die N a c h f r a g e s o e r h e b l i c h ,

daß

d e r P r e i s d i e s e r f r ü h e r f a s t u n v e r w e n d b a r A b f a l l p r o d u k t e b e r e i t s im Jahre

1887

höher war,

als

derjenige des

Leuchtöles.

Da

gleich-

z e i t i g zu e r w a r t e n w a r , d a ß d e r A b s a t z d e s P e t r o l e u m s sich mit d e r V e r m e h r u n g der Gasanstalten und dem Aufkommen der

elektrischen

B e l e u c h t u n g n o c h w e i t e r h i n v e r r i n g e r n , sein P r e i s a l s o s i n k e n w ü r d e , s o ist es v e r s t ä n d l i c h , wurde,

Motoren

für

daß die

e t w a um

w e n d u n g d i e s e s B r e n n s t o f f e s zu Die P e t r o l e u m m o t o r e n dem

Verpuffungsverfahren,

Brennstoff-Luftgemisches ging.

oder

akut

.ausschließende

Ver-

zunächst ausschließlich

na:h

entwickeln.

arbeiteten wobei

außerhalb

die B i l d u n g

eines

ziindfähigen

des Arbeitszylinders

vor

sich

E i n e r d e r e r s t e n , d e r die b r e n n s t o f f f r e i e V e r d i c h t u n g d e r L u f t

u n d e i n e im A r b e i t s z y l i n d e r wandte, war J a m e s sich

diese Zeit das P r o b l e m

vorzugsweise

d a s w e i t g e h e n d e Ziel

Leistungen Petroleum, herzustellen.

nicht sondern

nur

Gemischbildung

gesteckt hatte, Motoren

für

auch

Nachdem

v o r sich g e h e n d e

H a r g r e a v e s in W i d n e s die

von er

ausschließliche schwerer

bereits

in

auch

von

Erdöldestillaten

britischen

N . . 3 5 4 0 / 1882, 3 2 5 / 1884 und 5 4 8 5 / 1887 M o t o r e n ^lausfelder, Die kompressorlose Dieselmaschine

ander

größerer

Verwendung

siedenden den

(England),

Patenten mit

innerer 1

—

2

—

Gemischbildung vorgeschlagen hatte, beschreibt er im britischen P a t e n t Nr. 1 0 9 8 0 / 1 8 8 8 vom 30. Juli m s einen Motor, in welchem der durch eine P u m p e in den Zylinder eingespritzte Brennstoff u n t e r Ausschluß einer Fremdzündung, lediglich durch die W ä r m e der V e r brennungsluft entzündet wird. (Abb. 1). Die zur Zündung erforderliche T e m p e r a t u r der Luft wird nicht durch hohe Verdichtung, sondern durch ihre E r w ä r m u n g in einem besonderen abgasbeheizter* Lufterhitzer erzeugt, durch welchen die Frischluft von einer L a d e -

Abb. 1

pumpe auf ihrem W e g e nach dem Zylinder gedrückt wird. I m H a r g r e a v e s - M o t o r finden sich bereits m e h r e r e Merkmale der modernen Einspritzmaschine, nämlich die brennstoffreie V e r dichtung der Arbeitsluft, sowie die Einspritzung und Selbstzündung des Brennstoffes in dieser L u f t ; der letzte Schritt, nämlich die T e m p e r a t u r s t e i g e r u n g der Verbrennungsluft über dem Zündpunkt des Brennstoffes lediglich durch ihre Verdichtung zu b e w e r k stelligen, ist hier allerdings noch nicht getan, wobei wahrscheinlich Bedenken gegen die hierzu erforderlichen, damals s c h w e r b e h e r r s c h baren Verdichtungsdrücke aufgetreten sein mögen. Nach diesem P a t e n t H a r g r e a v e s ' s , sowie nach seinem britischen P a t e n t Nr. 1 2 3 6 1 / 1888 v o m 28. August 1888 sind in den J a h r e n 1887 bis 1890 m e h r e r e Versuchsmaschinen gebaut worden, v o n

—

3

d e n e n Abb. 2 eine A u s f ü h r u n g s f o r m zeigt. Der M o t o r b e s a ß einen s e n k r e c h t e n A r b e i t s z y l i n d e r , ü b e r w e l c h e m der Z y l i n d e r der L a d e p u m p e a n g e o r d n e t w a r ; der A r b e i t s k o l b e n und der Kolben d e r L a d e p u m p e s a ß e n auf e i n e r g e m e i n s c h a f t l i c h e n K o l b e n s t a n g e , von der a u s die K u r b e l w e l l e v e r m i t t e l s eines B a l a n c i e r s a n g e t r i e b e n w u r d e . D e r M o t o r a r b e i t e t e im Z w e i t a k t n a c h f o l g e n d e m A r b e i t s v e r f a h r e n :

Abb. 2

Am E n d e d e s E x p a n s i o n s h u b e s ö f f n e t e sich d a s Auslaßventil, die A b g a s e w u r d e n w i e beim V i e r t a k t m o t o r v o n d e m z u r ü c k k e h r e n den Kolben d u r c h den L u f t v o r w ä r m e r ins F r e i e a u s g e s c h o b e n . N a c h S c h l u ß des A u s l a ß v e n t i l e s w u r d e g e g e n E n d e d e s A u s s c h u b h u b e s d a s Einlaßventil g e ö f f n e t u n d d e r A r b e i t s z y l i n d e r mit F r i s c h l u f t a u f g e l a d e n , die in d e m R ö h r e n s y s t e m d e s mit A b g a s b e h e i z t e n V o r w ä r m e r s auf eine T e m p e r a t u r v o n e t w a 220" g e b r a c h t w o r d e n w a r . Im ZyHnd'er selbst w u r d e die v o r g e w ä r m t e L u f t an einem g l ü h e n d e n

—

4

S c h a m o t t e r o s t und an der als Warincspeicher wirkenden Ausfütterung des Verbrennungsnaumes bis über den Zündpurakt des Brennstoffes erhitzt. Der e r w ä h n t e Schamotte- oder Porzellanrost mußte vor dem Ingangsetzen des Motors durch eine Hilfsfeuerung auf Rotglut erhitzt w e r d e n . Die Brennstoffeinspritzung w u r d e durch eine P u m p e bewerkstelligt, deren F ö r d e r h u b vom Regler aus v e r stellt w u r d e . Die V o r w ä r m u n g der Ladeluft erfolgte, wie bereits gesagt, im wesentlichen durch die Abgasw ä r m e ; die Eintrittstemperatur der Luft in den V o r w ä r m e r betrug dabei nur e t w a 60°, da in der Ladepumpe selbst durch Einspritzung von W a s s e r eine isothermische Verdichtung anAbb. 3 gestrebt w u r d e . Die wenigen vorhandenen Literaturquellen geben keine genügenden Aufschlüsse über Versuchs- oder Betriebsergebnisse der Maschine; ein an einem Motor von 630 mm Zylinderbohrung und 400 mm Kolbenhub bei n = 40 gew o n n e n e s Diagramm zeigt Abb. 3, welches bei 4,6 at Höchstdruck einen mittleren Kolbendruck von 2 at aufweist. Der V e r b r a u c h an Teeröl soll dabei e t w a 235 g/PS,.h betragen haben 1 ). Ueber den mechanischen W i r k u n g s g r a d des H a r g r e a v e s m o t o r s -ist nichts bekannt, es darf jedoch angenommen werden, daß besonders die Reibungsverhältnisse des im wärmeisolierten Zylinder laufenden Arbeitskolbens recht ungünstig g e w e s e n sind und wohl in der Hauptsache die Entwicklung der Maschine zur Betriebsrcife verhindert haben. Einen gewaltigen Anstoß erhielt die Entwicklung der Verbrennungskraftmaschine für s c h w e r siedende Brennstoffe durch die Erfindung von H e r b e r t Akroyd Stuart in Bletchley und C h a r l e s Richard Binney in London, welche in den britischen P a t e n t e n Nr. 7 1 4 6 / 1890 vom 8. Mai 1890 und 1 5 9 9 4 / 1890 vom 8. Oktober 1890 die Grundlagen findie späterhin als Glühkopf- oder Akroyd-Motor bezeichnete Bauart angegeben haben. Im D. R. P . 5 9 8 8 2 v o m 7. D e z e m b e r 1890, welches dem erstgenannten britischen P a t e n t entspricht, setzen sich die Erfinder die Aufgäbe, eine in erster Linie an Kohlenwasserstoffmaschinen, aber auch an Gasmaschinen a n z u w e n d e n d e Vorrichtung zu finden, durch welche die Zündflamme in Wegfall kommt. Zu diesem Z w e c k e ist die Kammer, in welcher die Verbrennung des Gemisches aus Luft und v e r d a m p f t e m flüssigen Kohlenwasserstoff b z w . Gas stattfindet, im Innern mit einer, eine möglichst großen

F l ä c h e b i e t e n d e n Anzahl v o n H e i z r i p p e n o d e r H e i z r o h r e n v e r s e h e n , s o d a ß die d u r c h die V e r b r e n n u n g e i n t r e t e n d e E r h i t z u n g d i e s e s B e h ä l t e r s nicht n u r zur V e r d a m p f u n g d e s e i n g e s p r i t z t e n B r e n n s t o f f e s , s o n d e r n a u c h z u r E n t z ü n d u n g des in -dem B e h ä l t e r e r z e u g t e n b r e n n b a r e n G e m i s c h e s d'ient. N u r beim A n l a s s e n d e r M a s c h i n e ist die B e n u t z u n g einer b e s o n d e r e n H e i z v o r r i c h t u n g e r f o r d e r l i c h . Um bei d e r s t a r k e n E r h i t z u n g d e r M i s c h k a m n i e r eine v o r z e i t i g e E n t z ü n d u n g des G e m i s c h e s zu v e r h ü t e n , w i r d z u e r s t die e r f o r d e r l i c h e L u i t m e n g e v e r d i c h t e t und d e r B r e n n s t o f f d u r c h eine P u m p e e r s t in einem v o n der K o i t e n s t e l l u n g a b h ä n g i g e n Z e i t p u n k t e i n g e s p r i t z t ; die Z ü n d u n g soll d a b e i n a c h Ansicht der E r f i n d e r u n m i t t e l b a r n a c h d e m E i n s p r i t z e n erfolgen. Zur R e g e l u n g d e r E r h i t z u n g der M i s c h k a m m e r

X

ist diese mit e i n e m M a n t e l u m g e b e n , w e l c h e r u n t e n eine O e f f r u m g und o b e n einen A b z u g hat, s o d a ß ein L u f t s t r o m d u r c h den Z w i s c h e n r a u m z w i s c h e n M i s c l i k a m m e r und M a n t e l h i n d u r c h z i e h e n k a n n . Ein S c h i e b e r b z w . eine D r o s s e l k l a p p e , mittels d e r e n d e r o b e r e A b z u g m e h r o d e r m i n d e r f r e i g e l e g t w e r d e n k a n n , dient z u r R e g e l u n g der L u f t m e n g e , w e l c h e an der M i s c h k a m m e r v o r b e i z i e h t . Die R e g e l u n g d e s G a n g e s der M a s c h i n e erfolgt mittels eines R e g u l a t o r s , w e l c h e r d a s S a u g v e n t i l der S p e i s e p u m p e d e r a r t beeinflußt, daß beim U e b e r s c h r e i t e n der n o r m a l e n D r e h z a h l ein Teil d e s v o n der P u m p e a n g e s a u g t e n B r e n n s t o f f e s w i e d e r in den V o r r a t s b e h ä l t e r zur ü c k g e d r ü c k t w i r d . S o f e r n in diesem Falle der in die M i s c h k a m m e r

—

e> —

gelangende Teil nicht hinreicht, um ein brennbares Gemisch zu bilden, soll das Oel als bloßes Schmiermittel für den Zylinder dienen. Abb. 4 zeigt einen Längsschnitt, Abb. 5 einen Querschnitt durch d'en V e r b r e n n u n g s r a u m ; k bezeichnet hierbei die sogenannte Mischk a m m e r , welche mit Heizrippen k ' versehen und durch einen Kanal k 2 mit dem Zylinder in Verbindung steht. Die lichte W e i t e dieses Kanals k 2 ist kleiner als der Querschnitt des Zylinders und auch kleiner als der Querschnitt der JVLischkammer. Letztere ist von einem Mantel 1 umgeben, welcher zweCkmäß ; g mit einem schlechten W ä r m e leiter, z. B. Asbest, bekleidet und im dargestellten Falle unten offen, oben dagegen mit einem Abzug l 1 versehen ist. welcher mittels eines Schiebers l 2 m e h r oder weniger geöffnt w e r d e n kann. Die durch das Abb. 5 Ventil i in die Mischkammer eintretende Luft wird dem Kaum zwischen der Mischkammer und dem Mantel 1 entnommen, gelangt also bereits in v o r g e w ä r m t e m Zustande in die Mischkammer.

[

1

Die Einführung des Brennstoffes nach der Mischkammer erfolgt mittels einer P u m p e und! einer Druckleitung 2 zu dem Zerstäuber n. L e t z t e r e r besteht aus einer Düse n l (Abb. 6), aus welcher die Flüssigkeit als feiner Strahl gegen eine an dieser Düse befestigte, s c h r ä g gestellte Platte n 2 geschleudert und zerstäubt wird. Die Brennstoffpumpe wirkt derart, daß der F ö r d e r h u b Abb. 6 unter Einfluß einer starken Schraubenfeder sehr rasch erfolgt, wodurch eine besonders w i r k s a m e Zerstäubung in der Düse erreicht w e r d e n soll. Die W i r k u n g s w e i s e der Maschine wird in der P a t e n t s c h r i f t wie folgt angegeben: Sobald die Kammer a durch eine geeignete Anw ä r m e v o r r i c h t u n g genügend erhitzt ist, wird die Maschine von Hand aus angedreht. Der sich nach dem v o r d e r e n Ende d e s Zylinders b e w e g e n d e Kolben übt alsdann eine S a u g w i r k u n g aus, w o d u r c h das Lufteinlaßventil i geöffnet, Luft in 'die Mischkammer ©ingesaugt und beim Rüökgang des Kolbens verdichtet wird. W e n n der Kolben seinen zweiten V o r w ä r t s g a n g beginnt, wird eine v o n der B r e n n stofipumpe geförderte Menge Oel ¡in fein zerstäubtem Zustande in

I

— •

d i e Verdampfungskammer k gespritzt, w o d u r c h in V e r b i n d u n g mit d e r v e r d i c h t e t e n L u f t ein b r e n n b a r e s Gemisch entsteht, w e l c h e s sich infolge der E r h i t z u n g durch die Heizrippen b z w . H e i z r o h r e der Mischk a m m e r e n t z ü n d e t und den Kolben v o r t r e i b t . Beim R ü c k g a n g des Kolb e n s w i r d das Auspuffventil j geöffnet, die V e r b r e n n u n g s g a s e w e r d e n ausgestoßen. N a c h k u r z e r Zeit kann die H e i z v o r r i c h t u n g , mittels welcher die M i s c h k a m m e r im Anfang erhitzt wird, e n t f e r n t w e r d e n , d a dann die Heizrippen b z w . H e i z r o h r e d u r c h die V e r b r e n n u n g hinreichend erhitzt sind, u m eine S e l b s t e n t z ü n d u n g h e r b e i z u f ü h r e n . Die P a t e n t a n s p r ü c h e l a u t e n : 1. Eine ohne Z ü n d f l a m m e a r b e i t e n d e K o h l e n w a s s e r s t o i f m a s c h i n e , bei w e l c h e r z w e c k s V e r h ü t u n g einer v o r z e i t i g e n Selbstz ü n d u n g v o m Kolben beim R ü c k g ä n g e nur reine L u f t in eine mit d e m Zylinder in s t ä n d i g e r offener V e r b i n d u n g s t e h e n d e heiße E x P'losionskammer (k) g e d r ü c k t und e r s t n a c h dem H u b w e c h s e l , also zu Beginn des K o l b e n v o r g a n g e s , K o h l e n w a s s e r s t o f f in die K a m m e r (k) fein zerteilt eingespritzt w i r d , sodaß dieser hier v e r d a m p f t , sich mit der heißen L u f t mischt und darauf die E n t z ü n d u n g an den heißen "Wandungen erfolgen k a n n . 2. Bei einem M o t o r n a c h A n s p r u c h 1 die A n o r d n u n g eines die Mischka g e s a u g t : gleichzeitig wird durch

das

ebenfalls selbsttätige oder g e s t e u e r t e B r e n n s t o f f v e n t i l t in den U e b e r s t r ö m k a n a l rm B r e n n s t o f f eingelassen, der sich b e i s p i e l s w e i s e in der Mulde u ablagert.

E s folgt nun beim A u f w ä r t s g a n g der Kolben der

Verdichtungshub in beiden Z y l i n d e r n ; gegen Hubende beiwirkt Kolben

ta,

nachdem

er

den

Kanal

in--'

überdeckt

hat,

die

Ueber-

verdichtung im Zylinder z-> unu treibt Luft v o m Zylinder z.- in den Zylinder

zi

gerissen,

zerstäubt

durch

Kanal und

rm.

nach

Hierbei dem

wird

der

Brennstoff

Verbrennungsraume

über

ben kt in den Zylinder zi eingespritzt, w o er zur V e r b r e n n u n g langt.

Die E x p a n s i o n pflanzt sich

durch

den Kanal m= nach

Zylinder zu fort, sodaß beide Kolben voll beaufschlagt w e r d e n .

mitKolgedem

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39

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Auf die umfangreichen P a t e n t a n s p r ü c h e , welche sich auf das im vorstehenden b e s p r o c h e n e Prinzip sowie, auf konstruktive Einzelheiten beziehen, braucht nicht näher eingegangen zu werden. Ein ähnliches Verfahren findet sich im D. R. P . 3 3 1 6 4 1 voir 11. S e p t e m b e r 1919 von K a r l T a c k e , Hannover-Linden, beschrieben. Abb. 23 zeigt eine A u s f ü h r u n g s f o r m der M a s c h i n e ; eine nähere B e s c h r e i b u n g erübrigt sich, da d a s W e s e n d'er Maschine aus dem folgenden P a t e n t a n s p r u c h h e r v o r g e h t : V e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e für flüssige B r e n n s t o f f e zur Durchführung allmählicher Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß die V e r b r e n n u n g s r ä u m e z w e i e r Arbeitszylinder, deren Kurbeln um einer Winkel von e t w a 50 c —70" gegeneinander v e r s e t z t stehen, nur durch einen engen Kanal miteinander verbunden sind, durch welchen infolge der K u r b e l v e r s e t z u n g die L u f t zunächst vollständig in den einen Zylinder g e d r ä n g t wird, worauf die g e s a m t e heiße L u f t in der, anderen Zylinder g e s c h o b e n wird, wobei sie den Brennstoff in derr Maße, in welchem er in den Kanal gepumpt wird, zerstäubt, v e r g a s t und zündet.

Der Erfinder scheint mit dieser Maschine V e r s u c h e angestellt zu haben, denn er stützt sich in dem zu dem genannten P a t e n t gehörigen Zusatzpatent Nr. 4 0 8 4 6 5 v o m 24. S e p t e m b e r 1922 auf B e t r i e b s e r f a h r u n g e n , die ergeben hätten, daß beim zweimaliger. Ueberschieben der verdichteten heißen Verbrennungsluft durch den

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40

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engen und' notwendigerweise gekühlten Ueberströmkanal erhebliche Wärmeverluste entstehen, welche das Anlassen aus dem kalten Zustande unangenehm beeinflussen. Er ändert daher a'as Arbeitsverfahren dahingehend ab, daß statt der ganzen Luftnienge nur ein Teil in den Zylinder mit zurückbleibendem Kolben gedrängt und sodanr in den Zylinder mit voreilendem Kolben durch den Ueberström- bzw. Zerstäubungskanal übergeschoben wird. Das genannte Patent ist deswegen von einer gewissen Bedeutung, weil neuerdings für Mehrkolbenmaschinen mit gemeinschaftlichem Verbrennungsraum, besonders in Zweitaktanordnung mit Schlitzspülung ein erhöhtes Interesse vorhanden ist. Eine neue Anordnung nach dem Schweizer Patent Nr. 1 1 5 3 8 5 der A c r o A. - G. wird späterhin noch zu erwähnen sein. Im übrigen sei noch auf das D. R. P. 2 9 7 3 7 1 vom 15. Februar 1916 (R u d q u i s t) und die amerikanischen Patente 1 5 5 5 8 0 8 , 1 5 5 5 8 0 9 und 1 5 5 5 8 1 0 vom 24. und 18. September sowie vom 23. Oktober 1924 (B u r t n e t t ) hingewiesen. Grundsätzlich verschieden von den Ueberschubmotoren, welche diie Einblaseluit durch Anzapfung eines Teiles der verdichteten Arbeitsluft erzeugen, sind diejenigen Maschinen, welche zwar diese Luft ebenfalls aus dem Arbeitszylinder entnehmen, sie im übrigen aber durch einen Kolben mit eigenem Antrieb verdichten. Da außerdem das eine der beiden genannten Merkmale, nämlich die Entnahme der Luft aus dem Zylinderraum bei diesen Maschinen nicht immer erfüllt ist, die Luft vielmehr häufig auch unmittelbar aus dem Freien angesaugt wird, so sind derartige Maschinen als KompressorDieselmaschinen aufzufassen, bei denen allerdings der Kompressor in eine außerordentlich enge organische Verbindung mit dem Arbeitszylinder gebracht worden ist. Eine größere Anzahl Konstruktionen derartiger Maschiner stammt von H a s e l w a n d e r , der in seinen zahlreichen Patenten immer wieder neue Wege zur Lösung des Problemes der luftloser Einspritzung angegeben hat. Wenn man von seinen älteren Patenten (D. R. P. 1 0 8 7 8 2 vom 3. Mai 1898 und dem hierzu gehörigen Zusatzpatent Nr. 1 1 7 2 6 4 vom 26. Juni 1898), welche in d'er Hauptsache Maschinen für gasförmige Brennstoffe betreifen, absieht, so findet sich die erste gangbare Konstruktion für flüssige Brennstoffe im D. R. P. 1 3 9 6 7 1, vom 2. Juli 1901, (Zusatz zum D. R. P. 108782). Abb. 24 veranschaulicht eine derartige Maschine nach der Patentzeichnung. Im Zylinder Z bewegt sich der Arbeitskolben K, in einer engeren Bohrung der vom Erfinder als „Ver-

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41

_

d r ä n g e r " bezeichnete Kolben v, der von einer Kurvenscheibe in entsprechender W e i s e gesteuert wird, a ist die Mündung eines zun: Auspuff- und Lufteinlaßventilgehäuse führenden Kanals, o das Brennstoffventil, m Ueberströmkanal, d Einspritzdüse; u sind Verschlußschrauben.

A b b . 24

Die Arbeitsweise der Maschine wird in der P a t e n t s c h r i f t wie folgt geschildert: Bei Beginn des Saughubes nehmen V e r d r ä n g e r \ und der Arbeitskolben K ihre höchste Stellung ein. Das Lufteinlaß- 1 und das Oelventil o w e r d e n geöffnet, V e r d r ä n g e r - und Arbeitskolben b e w e g e n sich a b w ä r t s , der erstere jedoch nur in dem Maße, als erforderlich ist, um die bei flüssigem Brennstoff erforderliche Zerstäubungsluft hinter sich aufzunehmen. Der Zufluß dieser erfolgt e n t w e d e r v o m Arbeitszylinder her durch Düse d', und Ueberströmkanal m oder direkt über das Rückschlagventil i im V e r d r ä n g e r gegebenenfalls auch von außen über das Luftventil 1. Gleichzeitig strömt durch das geöffnete Oelventil o Brennstoff nach der Düse d oder anderen passenden Einspritz- und Brennstoffsammel-Vorrichtungen und bleibt daselbst v o r e r s t liegen. Beim folgenden Verdichtungshub b e w e g t sich der Verdränget e n t w e d e r nicht mehr oder nur so langsam v o r - oder r ü c k w ä r t s , daß ein schädliches Ausströmen von Luft durch Düse d und Kanal IT nach der einen oder anderen Richtung und ein Mitreißen von Brennstoff nach dem Raum hinter dem V e r d r ä n g e r oder nach dem Verbrennungsraum vermieden wird'. Lufteinlaßventil und Auspuffventil sowie Ventil 1 sind w ä h r e n d d e s s e n geschlossen. Kurz vor, in odei nach dem Verdichtungshubende, je nach dem beabsichtigten Verlauf

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42

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d e r V e r b r e n n u n g erhält d e r V e r d r ä n g e r d u r c h s e i n e n A n t r i e b eint rasche Bewegung aufwärts. H i e r d u r c h wird die hinter d e m Verd r ä n g e r befindliche, v e r d i c h t e t e Z e r s t ä u b u n g s l u f t d u r c h Kanal m und Diisc d n a c h d e m V e r b r e n n u n g s r a u m Z g e t r i e b e n , w o b e i der B r e n n stoff m i t g e r i s s e n , z e r s t ä u b t und in d e n V e r b r e n n u n g s r a u m Z eing e s p r i t z t w i r d . W ä h r e n d des E x p a n s i o n s - und A u s p u f f h u b e s bleibt d e r V e r d r ä n g e r in R u h e . Die P a t e n t s c h r i f t w e i s t a b e r a u c h auf die M ö g l i c h k e i t hin, w ä h r e n d d i e s e r beiden letzten Hübe heiße Verb r e n n u n g , s g a s e a u s d e m Z y l i n d e r a n z u s a u g e n , um die Z e r s t ä u b u n g b e s o n d e r s s c h w e r flüchtiger B r e n n s t o f f e durch die W ä r m e w i r k u n j , des e i n b l a s e n d e n Mittels zu u n t e r s t ü t z e n . D e r A n s p r u c h 1 d i e s e s P a t e n t e s s c h ü t z t eine V e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e mit g e s t e u e r t e m V e r d r ä n g e r , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß s o w o h l bei im V i e r t a k t w i e im Z w e i t a k t a r b e i t e n d e n M a s c h i n e n die D ü s e (d) o d e r E i n s p r i t z v o r r i c h t u n g in einen U e b e r s t r ö m k a n a l (m) z w i s c h e n V e r d r ä n g e r und V e r b r e n n u n g s r a u m a u ß e r h a l b d e s V e r d r ä n g e r s e i n g e b a u t sind'. Der A n s p r u c h 2 betrifft pine Verbrennungskraftmaschine n a c h A n s p r u c h 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der V e r d r ä n g e r (v) w ä h r e n d des E x p a n s i o n s - o d e r A u s p u f f h u b e s eine B e w e g u n g e r h ä l t zum Ansaugen heißer Verbrennungsgase. D e r A n s p ru c h 3 ist in d i e s e m Z u s a m m e n h a n g e deutung.

ohne

Be-

E s soll gleich an dieser Stelle e r w ä h n t w e r d e n , daß die Haselw a n d e r - M a s c h i n e mit g e s t e u e r t e m V e r d r ä n g e r e b e n s o w e n i g zur Bet r i e b s r e i f e e n t w i c k e l t w e r d e n k o n n t e , w i e s p ä t e r e K o n s t r u k t i o n e n von E i n b l a s e l u f t p u m p e n , w e l c h e ihre L u f t d e m A r b e i t s z y l i n d e r e n t n e h m e n . (D. R. P . 2 0 2 7 8 0 v o m 17. A u g u s t 1905 v o n G e b r . S u l z e r W i n t e r t h u r , D. R. P . 2 6 4 4 4 0 v o m 18. Juli 1911 v o n H. F r e d t a g , C h a r l o t t e n b u r g u. a.) Die U r s a c h e n für d a s V e r s a g e n d e r a r t i g e r K o n s t r u k t i o n e n liegen in der H a u p t s a c h e darin, daß einmal die im Z y l i n d e r d e c k e l l i e g e n d e L u f t p u m p e d u r c h W ä r m e l e i t u n g und -Strahlung s e h r hohe T e m p e r a t u r e n a n n i m m t und d a h e r im B e t r i e b bald zu S c h w i e r i g k e i t e n V e r a n l a s s u n g g i b t ; a u ß e r d e m a b e r e r g i b t die a n n ä h e r n d a d i a b a t i s c h e V e r d i c h t u n g der E i n b l a s e l u f t in einer S t u f e — m e h r s t u f i g e V e r d i c h t u n g ist bei dem g e r i n g e n zur V e r f ü g u n g s t e h e n d e n P l a t z a u s k o n s t r u k t i v e n G r ü n d e n nicht möglich — eine so hohe E n d t e m p e r a t u r , d'aß leicht eine frühzeitige V e r d a m p f u n g und e x p l o s i o n s a r t i g e V e r b r e n nung des vorgelagerten Brennstoffes eintreten kann. E b e n f a l l s mit einer im Zylinderkopf befindlichen P u m p e a r b e i t e t die M a s c h i n e nach dem D. R. P . 1 4 8 1 0 6 v o m 25. Mai 1901 v o n

•43

G u s t a v T r i n k l e r , L i n d e n bei H a n n o v e r . Abb. 25 stellt einen S c h n i t t d u r c h den V e r b r e n n u n g s r a u m der M a s c h i n e n a c h der P a t e n t z e i c h n u n g d a r . D e r flüssige B r e n n s t o f f fließt durch d ! e R ö h r e q zu und tritt a u s d e m G e f ä ß n in die O e f f n u n g s, w o er sich bis zum Oeffnen des Ventiles s a m m e l t . D i e s e s Ventil ö f f n e t sich w ä h r e n d det F ü l l u n g s p e r i o d e des Z y l i n d e r s gleichzeitig mit d e m Einlaßventil 1 D e r in der O e f f n u n g s a n g e s a m m e l t e B r e n n s t o f f w i r d in diesenAugenblick d u r c h d a s Ventil t e i n g e s a u g t und g e l a n g t in den gek r ü m m t e n Kanal g, h, i. W ä h r e n d d e r V e r d i c h t u n g s t r ö m t die reine

Abb. 25

durch d a s Einlaßventil 1 in die M a s c h i n e t r e t e n d e L u f t d u r c h die a u s g l e i c h e n d e O e f f n u n g v in die K a m m e r w ü b e r und g e l a n g t auf beide S e i t e n d e s K o l b e n s x, w e l c h e r s o m i t o h n e B e w e g u n g bleibt Die K a m m e r w bildet s o m i t einen Teil des V e r d i c h t u n g s r a u m e s d e s Z y l i n d e r s , s t e h t a l s o a u c h u n t e r d e n s e l b e n D r u c k v e r h ä l t n i s s e n ; inf o l g e d e s s e n bleibt w ä h r e n d d e r V e r d i c h t u n g d'er flüssige B r e n n s t o f f im K a n a l g, 'h, i o h n e B e w e g u n g , da sich der v o n allen S e i t e n w i r k e n d e D r u c k ausgleicht. In einem g e w o l l t e n Z e i t p u n k t w i r d der Kolben \ d u r c h einen v o n d e r S t e u e r w e l l e a u s b e w e g t e n S c h w i n g h e b e l (in dei Z e i c h n u n g nicht d a r g e s t e l l t ) a b w ä r t s g e d r ü c k t : er schließt d a b e i die O e f f n u n g v und e r z e u g t in der K a m m e r w einen U e b e r d r u c k , w o d u r c h d e r B r e n n s t o f f a u s d e m Kanal g, h, i in den V e r b r e n n u n g s r a u m des Zylinders gespritzt wird. Die P a t e n t s c h r i f t f ü h r t an, d a ß die G e s c h w i n d i g k e i t der V e r b r e n n u n g v o n d e r S t e u e r u n g des Kolbens N

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44

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abhängig w ä r e ; w ü r d e beispielsweise der Kolben v o r Beendigung der Verdichtung rasch v o r w ä r t s bewegt, so w ü r d e man eine explosionsartige Verbrennung erzeugen. Bei entsprechend anderer, durch Versuche festzustellender S t e u e r u n g könne hingegen die Verbrennung teils bei konstantem Volumen, teils unter konstantem Druck oder auch nur bei konstantem Druck vor sich gehen. Der P a t e n t a n s p r u c h

lautet:

Vorrichtung zum Einführen von Brennstoff in den mit verdichteter Luft erfüllten Verbrennungsraum von Kraftmaschinen mittels eines gesteuerten Druckkolbens (x), dadurch gekennzeichnet, daß dieser gesteuerte Druckkolben (x) sich in einer durch zwei Ausgleichsöffnungen (v und g, h, ii) mit dem Verbrennungsraum (a) in Verbindung stehenden Kammer (w) bewegt, und gegen Ende der Verdichtung verschoben wird, wobei eine der Ausgleichsöffnungen (v) geschlossen und durch die andere Ausgleiclisöfinung (g, h, i) Brennstoff z e r s t ä u b t und in den Verbrennungsraum gefördert wird. Im D . R . P . 1 5 6 3 9 0 vom 25. Oktober 1902 (Zusatz zum D. R. P . 148106) führt T r i n k l e r in seiner Patentschrift einleitend aus, daß der Ueberdruckkolben sich sehr schnell b e w e g e n müsse, um eine rasche und vollständige Zerstäubung des Brennstoffes zu ermöglichen, Da eine derart plötzliche Kolbenbewegung durch eine zwangläufige Steuerung s c h w e r zu erreichen sei, schlägt er vor, diese B e w e g u n g kraftschlüssig, d. h. durch die Spannung der verdichteten Arbeitsluft selbst erfolgen zu lassen. Abb. 26 stellt einen Schnitt durch den Verbrennungsraum der Maschine nach der Patentzeichnung dar. Der im Zylinderdeckel befindliche Ueberdruckkolben x stützt sich mit seiner verhältnismäßig starken Kolbenstange auf den um die Achse d drehbaren Hebel e, dessen anderer Arm sich seinerseits gegen die um die feste Achse f drehbare Klinke g anlegt. Der Arbeitskolben saugt beim V o r w ä r t s g a n g durch das gesteuerte Einlaßventil reine Luft an, die beim R ü c k w ä r t s g a n g auf 28 bis 30 at verdichtet wird, wobei gleichzeitig die vor dem Eins,pritzkolben x gelegene K a m m e r b durch den Kanal v und die Einspritzdüse n durch den von der Kamm e r b ausgehenden Kanal h, 1 mit verdichteter Luft gefüllt wird. Hierdurch wird das ruhige Einlagern des Brennstoffes in der Kammer der Einspritzdüse n gesichert, in die er durch das Ventil m von einer mit diesem durch die Rohrleitung p v e r b u n d e n e n Brennstoffpumpe eingedrückt wird. Obwohl die Fläche des Ueberdruckkolbens x auf der linken Seite w e g e n der nach außen durchgeführten Kolbenstange kleiner ist, als auf der rechten, und die verdichtete

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45

—

Luft auf x einen U e b e r d r u c k v o n rechts nach link ausüben muß, sc findet doch z u n ä c h s t keine B e w e g u n g des Kolbens statt, da er durch den Hebel

e und die Klinke

festgehalten

wird.

Gegen

Ende

des

Verdichtungshubes wird die Klinke g ausgelöst, der Kolben x wird frei und b e w e g t sich infolge des D r u c k u n t e r s c h i e d e s ,

der

zwischen

der Kolbenstirnfläche und der K o l b e n r i n g i l ä c h e besteht, r a s c h außen, sod'aß er zunächst

über den K a n a l

v schleift

und

nach

dadurch

die in der K a m m e r b befindliche L u f t m e n g e v o m Zylinderrauni trennt.

Diese Luftmenge

wird

durch

die Einblaseleitung

die Einspritzdüse n in den V e r b r e n n u n g s r a u m

ab-

Ii, 1 una

getrieben, w o b e i

sie

den v o r der Diisenmiindung e i n g e l a g e r t e n B r e n n s t o f f mitreißt und in den Zylinder

hineinzerstäubt.

Abb. 26

Der A n s p r u c h

1 dieses P a t e n t e s

lautet:

1. V o r r i c h t u n g zum Einführen des B r e n n s t o f f e s in den mit v e r d i c h t e t e r Luft erfüllten V e r b r e n n u n g s r a u m von K r a f t m a s c h i n e n n a c h P a t e n t 148106, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der U e b e r d r u c k k o l b e n (x) auf der aktiven S e i t e mit einer dem U e b e r d r u c k e n t s p r e c h e n d dick gehaltenen und durch eine S t o p f b ü c h s e nach außen tretenden Kolbens t a n g e v e r s e h e n ist und ganz oder t e i l w e i s e durch den Verdichtungsd r u c k selbst z w e c k s Einführung und Mischung des B r e n n s t o f f e s mit d e r Verbrennungsluft ohne jeden äußeren Antrieb b e w e g t wird.

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46

—

Die A n s p r ü c h e 2 bis 6, welche konstruktive Einzelheiten, insbesondere der Auslösevorrichtung betreffen, sind von geringerei Bedeutung. Der Trinkler-Motor ist in einigen wenigen Ausführungen von der Firma G e b r . K ö r t i n g A.-(X, H a n n o v e r auf den Markt gebracht w o r d e n . Abb. 27 stellt einen Schnitt durch den Verbren-

nungsraum einer derartigen Maschine, Abb. 28 das dazu gehörige Vollastdiagramm dar. Der B r e n n s t o f f v e r b r a u c h eines im J a h r e 1904 untersuchten Motors betrug e t w a 221 g / P S e h entsprechend einem wirtschaftlichen W i r k u n g s g r a d von 29,2%. 12 ). Für die Trinkler-Maschine gilt im allgemeinen das bereits bei Besprechung der Haselwander-Maschine mit g e s t e u e r t e m Verd'rängei Gesagte: Die Ueberdruckkolben w u r d e n durch die Verdichtungsund V e r b r e n n u n g s w ä r m e unzulässig erhitzt und w a r e n auf die Dauer nicht dicht zu halten, umsomehr, als sie w e g e n ihrer kleinen Abmessungen nicht mit W a s s e r gekühlt w e r d e n konnten. F e r n e r erwies sich die den Hub des Pumpenkolbens auslösende, verhältnismäßig schwerfällige Klinkensteuerung im Betriebe als wenig ge-

-

47

—

eignet, da man beträchtliche Drücke und Geräusche in den abschnappenden Klinken mit in Kauf nehmen mußte. Die bisher genannten Maschinen mit vereinfachtem Verdichtet sind für die Weiterentwicklung der kompressorlosen Dieselmaschine nur von geringerer B e d e u t u n g ; insbesondere haben die von Haselw a n d e r im D. R. P . 139671 zuerst vorgeschlagenen Maschinen mit gesteuertem Verdrängerkoiben keinerlei praktische Bedeutung erlangt. Hingegen hat sich der in einem älteren P a t e n t von H a s e 1 w a n d e r gemachte Vorschlag des ungesteuerten, mit dem Arbeitskolben verbundenen Verdrängers, als ein für Abb. 28 die Entwicklung der neuzeitlichen kompressorlosen Dieselmaschine außerordentlich fruchtbringender G e d a n k e erwiesen. Im D. R. P . 1 0 1 4 5 3 vom 20. Oktober 1897 ist eine Maschine geschützt, bei welcher die zur Zerstäubung des Brennstoffes erforderliche Einblaseluft dadurch erzeugt wird, daß der auf dem Kolben angeordnete V e r d r ä n g e r a n s a t z in d e r Nähe des oberen Totpunktes in eine entsprechende Bohrung des Zylinderkopfes eindringt und damit gewissermaßen zwei Verdichtungsräume schafft. Durch entsprechende B e m e s s u n g dieser Räume, bzw. von Kolben und V e r d r ä n g e r a n s a t z läßt sich erreichen, daß der Verdichtungsdruck in den beiden Räumen verschieden ist: das sich hieraus ergebende Druckgefälle erzeugt dann einen von den: einen zum anderen Raum übertretenden Luftstrom, der zum Zerstäuben des in ihn eingeführten Brennstoffes herangezogen w e r d e n kann. Abb. 29 stellt eine Ausführungsform nach Fig. 1 der Patentschrift dar. Hierbei stellt v den als V e r d r ä n g e r bezeichneten zentrischen Ansatz des- Arbeitskolbens k dar, welcher die Kolbenfläche in eine Mittel- und eine Ringfläche teilt. Eine entsprechende Unterteilung besitzt der Zylinderdeckel, sodaß d e r Verdränger gegen E n d e des Verdichtungshubes in die zentrische Vertiefung des Deckels r eintritt und damit die beiden Verd'ichtungsräume gegeneinander abschließt. Nach der P a t e n t b e s c h r e i b u n g wird nun im Räume des Verd'rängers durch möglichste Verkleinerung des schädlichen Raumes ein höherer Verdichtungsgrad herbeigeführt, sodaß die in diesem Raum eingeschlossene Luft (unter Umständen stärker erhitzt) mit

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48

—

Gewalt zwischen den Wandungen des Zylinderdeckels und des Verdrängers in den übrigen Zylinderraum gejagt wird. An zweckmäßig gelegenen Stellen, in der Abbildung durch Röhren pp., wird durch eine P u m p e flüssiger Brennstoff eingespritzt, welcher nach Ansicht

Abb. 29

des Erfinders an den heißen W a n d u n g e n verdampft und mit dem L u f t s t r o m wirbelnd in den eigentlichen Verdichtungsraum des Zylinders Z gerissen wird, in welchem alsdann die Verbrennung erfolgt. Der P a t e n t a n s p r u c h lautet: Z w e i t a k t k r a f t m a s c h i n e für flüssigen Brennstoff bei welcher die Arbeitsluft getrennt im Kurbelraume vorverdichtet wird, gekennzeichnet durch einen am Kolben sitzenden Verdränger (v), der in einem demselben entsprechenden, nach dem Arbeitszylinder offenen V e r d r ä n g e r r a u m (n) gegen Ende des Verdichtungshubes eintritt, aus demselben die verdichtete Luft v e r d r ä n g t und durch die letztere den flüssigen, eingespritzten Brennstoff zerstäubt und in den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders überführt. Wird in der genannten Patentschrift noch von einem Verdampfen des Brennstoffes an den heißen W a n d u n g e n des Verdränger-

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49

—

kolbens gesprochen, so ist dieser Gedanke in den Zusatzpatenten Nr. 111079 v o m 6. Mai 1898 und 109280 vom 30. M ä r z 1899 fallen gelassen; hier wird der Brennstoff in der Hauptsache durch Druckluft genau wir bei der klassischen Dieselmaschine, eingespritzt. Entsprechene dem Hauptpatent .ist auch bei der im I). R. P . 1 1 1 0 7 9 be schriebenen Maschine (Abb. 30) ein V e r d r ä n g e r v auf dem Arbeitskolben k vorgesehen, welcher beim Eindringen in die entsprechende Bohrung des Zylind'erdeckels den vom Kolben abgegrenzten Zylinder-

r a u m in zwei Teile schneidet, den zentralen Verbrennungsraum und in den Ringraum. Da der Kolbenvorsprung in seinem Umfang in der Vertiefung des Zylinderdeckels hinreichend dicht geführt wild, entsteht in dem mit einem sehr kleinen schädlichen Raum versehenen Ringraum ein sehr hoher Verdichtungsdruck; die verdichtete Luft dringt durch das Röhrchen r in die Düse d ein, reißt den darin vorgelagerten Brennstoff mit sich fort und zerstäubt ihn durch die Düse d in aen Verbrennungsraum n hinein. Die A n s p r ü c h e des für die Weiterentwicklung der kompressorlosen Dieseimaschine wichtigem P a t e n t e s Nr. 111079 lauten: Hausfelder, Die kompressorlose Dieseimaschine

4

1.

—

50

—

Zweitaktkraftmaschine

für

flüssigen

des P a t e n t e s

Brennstoff

101453, dadurch gekennzeichnet,

daß die

nach

Art

Zerstäubung

des B r e n n s t o f f e s b e w i r k e n d e Preßluft aus d e m R i n g r a u m e z w i s c h e n Verdränger

und Z y l i n d e r w a n d in

den zentralen

Verbrennungsraum

gedrängt wird. 2. E i n e Z w e i t a k t k r a f t m a s c h i n e für flüssigen B r e n n s t o f f nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t durch eine D ü s e (d), in w e l c h e der B r e n n stoff durch die aus dem V e r d r ä n g e r r a u m eindringende Preßluft zerstäubt und in den V e r b r e n n u n g s r a u m fortgerissen wird'. B e m e r k e n s w e r t ist bei der vorliegenden P a t e n t s c h r i f t , daß hier zum

ersten

Mal

eine

Einspritzdüse

beschrieben

Zylinder ständig in o f f e n e r Verbindung

steht

ist,

die mit

und in w e l c h e r

dem dei

B r e n n s t o f f b e r e i t s w ä h r e n d des Ansaughubes oder des e r s t e n T e i l e s des Verdichtungshubes

eingelagert

wird.

Da

die Einführung

des

B r e n n s t o f f e s in diite D ü s e zu einer Zeit geschieht, in w e l c h e r in dieser nur

ein

nicht

wesentlich

vom

Atmosphärendruck

abweichender

Druck h e r r s c h t , so ergibt sich hieraus n a t u r g e m ä ß eine V e r e i n f a c h u n g der Konstruktion der Brennstoffpumpe, die nun keinen nennenswerter. Gegendruck

m e h r zu überwinden hat.

Brennstoff erwärmt

durch für a'ie nachfolgende

Einspritzung

nannte H a s e l w a n d e r ' s c h e Konstruktion läufer für die später noch Düsen"

der

D e r in der Düse

sich an den heißen W a n d u n g e n

lagernde

und wird

gut v o r b e r e i t e t .

Die

der D ü s e bildet einen

zu e r w ä h n e n d e n

sogenannten

dageVor-

„offenen

Einblase-Dieselmaschine.

Nach den genannten P a t e n t e n H a s e l w a n d e r s , i n s b e s o n d e r e nach deni D. R . P . 111079 sind s o w o h l v o m Erfinder selbst, w i e von dei M o t o r e n f a b r i k J . A. M a f f e i , allerdings richtet

in

Deutz

und von der

München,

mehrere Versuchsmaschinen,

Viertaktanordnung

in s e i n e m

Buche

M a s c h i n e n f a b r i k

gebaut

worden.

zumeist

Q ü 1d n e r

„ V e r b r e n n u n g s m o t o r e n"is)

beüber

V e r s u c h e , die im J a h r e 1906 an einem M o t o r von 231 mm Hub und ISO mm B o h r u n g ausgeführt w o r d e n sind. leistung bei n -

D a n a c h betrug die H ö c h s t -

254 e t w a 5,6 P S e ; der günstigste

brauch lag bei e t w a

Brennstoffver

Va der Höchstleistung und' betrug dabei

rund

345 g/PS ( .h, e n t s p r e c h e n d einem wirtschaftlichen W i r k u n g s g r a d von 18%.

Eine im J a h r e

1906 gelegentlich

der B a y r i s c h e n

stellung in Nürnberg von Maffei v o r g e f ü h r t e mit einer Höchstleistung von 11,5 P S ' e

e r r e i c h t e b e r e i t s einen gün-

stigsten B r e n n s t o f f v e r b r a u c h nur von 220 g / P S J i . Diagramm

eines

lOpferdigen

Haselwand'er-Motors,

c h a r a k t e r i s t i s c h e Spitzenbildung

auffällt.

Landesaus-

Haselwandermaschine Abb. 31 zeigt ein das

durch

eine

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51

—

D i e s e F o r m der Verbrennungslinie ergibt sich z w a n g l ä u f i g aus folgender U e b e r l e g u n g : D a s D r u c k g e f ä l l e zwischen den beiden abgeschnürten V e r d i c h t u n g s r ä u m e n ist verhältnismäßig gering und genügt z w a r , um den Brennstoff in die verdichtete L u f t des V e r b r e n n u n g s r a u m e s zu zerstäuben, ist a b e r unzureichend, um gegen den nicht unerheblich höheren Zünddruck zu fördern. Die Einführung des B r e n n s t o f f e s muß a l s o in der H a u p t s a c h e bereits v o r dem at W Einsetzen der Zündung beendet sein, falls nicht ein Rücks c h l a g e n der F l a m m e in die Düse und den U e b e r s t r ö i n k a n a l erfolgen soll. Dieser Bedingung wird die von H a s e l w a n d e r ang e w a n d t e .offene D ü s e " in sehr Abb. 31

einfacher

Weise

gerecht,

da

hierbei die ü b e r s t r ö m e n d e L u f t bei ihrem Z u s a m m e n t r e f f e n mit dem v o r g e l a g e r t e n Brennstoff diesen bereits im B e g i n n der Einblasung zum größten Teile nach dem Verb r e n n u n g s r a u m e s c h l e u d e r t ; w ä h r e n d a l s o in der ersten P h a s e dei. E i n b l a s e p e r i o d e ein ü b e r a u s reiches B r e n n s t o f f - L u f t g e m i s c h in den Zylinder tritt, erfolgt im w e i t e r e n Verlauf ein U e b e r s t r ö m e n von im wesentlichen brennstoffreier Luit. Als F o l g e hieraus ergibt sich ein« verhältnismäßig mangelhafte Z e r s t ä u b u n g d e s B r e n n s t o f f e s und eine g e w i s s e Ungleichmäßigkeit der Gemischbildung, w e l c h e in V e r bindung mit der ziemlich niedrigen Verdichtungstemperatur einen nicht unbeträchtlichen Z ü n d v e r z u g bewirken. Die Zündung w i r d also in der T a t erst eintreten, wenn der Brennstoff bereits volls t ä n d i g eingeführt w o r d e n i s t ; sie greift dann a b e r sehr plötzlich auf die g e s a m t e L a d u n g d e s V e r b r e n n u n g s r a u m e s über und' b e w i r k t jene v e r p u f f u n g s a r t i g e Verbrennung, deren recht erhebliche Druckspitzen d a s D i a g r a m m zeigt. H a s e l w a n d e r selbst erklärt den sich in seiner M a s c h i n e spielenden V e r b r e n n u n g s v o r g a n g w i e folgt:

ab-

„Die g a n z e B r e n n s t o f f m e n g e ist schon in die hoch verdichtete L u f t eingespritzt, b e v o r auch nur die g e r i n g s t e Verbrennung und D r u c k s t e i g e r u n g begonnen hat. Wenn nun Entflammung, Verbrennung und D r u c k s t e i g e r u n g e r s t beginnen, nachdem der Brennstoff völlig in die auf höchstens 20 at verdichtete L u f t eingeblasen ist, s s kann die U r s a c h e der plötzlichen E n t f l a m m u n g nur in dem die W ä n d e des V e r b r e n n u n g s r a u m e s bedeckenden feinen heißen Rußanflug ge-

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52 —

sucht werden. T a t s ä c h l i c h zeigte sich s c h o n bei V e r s u c h e n am e r s t e n M o t o r , daß, w e n n d e r V e r b r e n n u n g s r a u m u n d alle ü b r i g e r Teile, wie D ü s e , Ventil, V e r d r ä n g e r s p i e g e l b l a n k gereinigt w a r e n , die e l e k t r i s c h e Z ü n d u n g bis zu e i n e r V i e r t e l s t u n d e e i n g e s c h a l t e t bleiben m u ß t e , bis S e l b s t z ü n d u n g eintrat, d. h. bis ein w i r k s a m e r Rußanflug erzeugt war." H a s e l w a n d e r n i m m t an, daß a b w e i c h e n d v o n G e m i s c h m o t o r e r . bei s e i n e m M o t o r die B i l d u n g d e s G e m i s c h e s v e r h ä l t n i s m ä ß i g g n a u m e Zeit b r a u c h t u n d die E n t f l a m m u n g l a n g s a m e r t o r t s c h r e i t e t , als im fertig a n g e s a u g t e n G e m i s c h g e w ö h n l i c h e r P e t r o l e u m m o t o r e n , daß a b e r a n d e r e r s e i t s a u c h die h e f t i g e D u r c h w i r b e l u n g des Inhaltes des V e r b r e n n u n g s r a u m e s und d a s V o r h a n d e n s e i n z a h l r e i c h e r Z ü n d o r t e im R u ß a n f l u g die E n t f l a m m u n g b e s c h l e u n i g t . D i e s e r v o n den h e u t i g e n A n s c h a u u n g e n w e s e n t l i c h a b w e i c h e n d e E r k l ä r u n g s v e r s u c h d e s E r f i n d e r s b e r u h t z u m Teil auf den unklarer) V o r s t e l l u n g e n , die m a n sich zu s e i n e r Zeit ü b e r die V e r b r e n n u n g s v o r g ä n g e in M o t o r e n m a c h t e . Z u m arideren Teil ist m a n geneigt., seinen A e u ß e r u n g e n eine g e w i s s e t e n d e n z i ö s e B e d e u t u n g zu u n t e r s c h i e b e n , d a H a s e l w a n d e r s t e t s b e s t r e b t w a r , die a b w e i c h e n d e n M e r k m a l e s e i n e s A r b e i t s v e r f a h r e n s v o n d e m Diesel zu b e t o n e n und die w e i t a u s m e i s t e n seiner P a t e n t e den Z w e c k v e r f o l g e n , die umf a s s e n d e n A n s p r ü c h e der D i e s e l p a t e n t e zu u m g e h e n . In ' k o n s t r u k t i v e r Hinsicht v e r l a n g t d a s V e r f a h r e n v o n Haselw a n d e r eine v o l l k o m m e n e D i c h t u n g z w i s c h e n d e m U m f a n g des K o l b e n a n s a t z e s und der z y l i n d r i s c h e n I n n e n w a n d d e r B o h r u n g des Z y l i n d e r k o p f e s . An d i e s e r F o r d e r u n g , die für d a s H a s e l w a n d e r ' s c h e A r b e i t s v e r f a h r e n k e n n z e i c h n e n d ist, ist die M a s c h i n e g e s c h e i t e r t , da eine h i n r e i c h e n d e D i c h t u n g auf die D a u e r u n t e r d e n o b w a l t e n d e n V e r h ä l t n i s s e n in B e z u g auf D r u c k , T e m p e r a t u r und Kolbenspiel nicht zu erzielen w a r . H i e r z u k a m e n B e t r i i e b s s c h w i e r i g k e i t e n , da die durch Verbrennungsrückstände v e r u n r e i n i g t e L u f t des Arbeitszylind'er.s ein r a s c h e s Z u s e t z e n d e r U e b e r f i i h r u n g s k a n ä l e v e r a n l a ß t e E s sei an dieser Stelle n u r g a n z k u r z auf einige d e r s e h r zahlreichen P a t e n t e H a s e l w a n d e r s e i n g e g a n g e n , w e l c h e in der H a u p t s a c h e k o n s t r u k t i v e A b ä n d e r u n g e n des V e r d r ä n g e r s b e t r e f f e n . Sc ist im D. R. P . 1 8 2 5 2 8 v o m b. S e p t e m b e r 1904, als d e s s e n Anm e l d e r i n die S ü d d e u t s c h e D i s c o n t o - G e s e l l s c h a i t M a n n h e i m , zeichnet, der bei Z w e i t a k t m o t o r e n übliche A b l e n k e r des K o l b e n s zu einem s t e u e r n d e n O r g a n a u s g e b i l d e t , um w i e eine S c h e i d e w a n d w i r k e n d , den Z y l i n d e r r a u m ü b e r d e m K o l b e n b o d e n so in z w e i R ä u m e zu scheiden, d a ß in d e m einen R a u m eine s t ä r k e r e

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53

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Luftverdichtung entsteht, als in dem anderen. Der hierdurch erzeugte Druckunterschied wird dann in bekannter Weise dazu benutzt, um den Brennstoff in den Raum mit niedrigerem Druck einzuführen. Auf die nähere Erläuterung der zu diesem P a t e n t gehörigen Zusatzpatente Nr. 2 0 0 2 7 3 u n d 2 0 1 1 5 5 H a s e l w a n d e r s vor». 20. Juni 1907 kann verzichtet w e r d e n . E r w ä h n t sei nur noch da« ebenfalls H a s e l w a n d e r zuzuschreibende D. R. P. 2 9 4 8 8 4 vom 10. M ä r z 1916 der R a s t a t t e r H o f Ii e r d f a b r i k S t i e r l i n & V e 11 e r , bei welchen die Yerdrängerleiste mit D u r c h g ä n g e r v e r s e h e n ist, um eine tangentiale Einspritzung des Brennstoffstrahles und damit eine kreisende Wirbelung des Inhaltes des Verbrennungsr a u m e s zu ermöglichen. Der von H a s e l w a n d e r zuerst ausgesprochene Gedanke, die durch V e r d r ä n g e r w i r k u n g erzeugte Luftströmung zum Zerstäuben des eingeführten Brennstoffes heranzuziehen, ist später in mannigfaltiger W e i s e variiert w o r d e n . Eine Konstruktion, welche die Geschwindigkeit der ü b e r s t r ö m e n d e n Luft zu erhöhen und die Zerstäubung zu v e r b e s s e r n sucht, findet sich im D. R. P . 1 8 2 7 6 7 v o m 17. Dezember 1904 der M o t o r e n f a b r i k D e u t z . Gemäß der Erfindung ist zur Erzielung einer möglichst vollkommenen Zerstäubung des Brennstoffes die Anordnung derart getroffen, daß det Druckausgleich vom Raum höheren Verdichtungsgrades in denjenigen niedrigeren Verdichtungsgrades nicht schon unmittelbar nach der Teilung des Zylinderraumes, sondern erst eine bestimmte Zeit nachher beginnt, w e n n also bereits ein Druckunterschied in beiden Räumen hergestellt ist. Infolgedessen kann der volle Zerstäubungsdruck schneller zur W i r k u n g gelangen, wodurch die Bedingung für eine gute Zerstäubung besser erfüllt w e r d e n . Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. 32. Der Arbeitskolben a t r ä g t an seinem inneren Ende den V e r d r ä n g e r b, welcher den Zylinderraum in zwei R ä u m e c und d teilt, sobald die Kante e des V e r d r ä n g e r s die Kante f im Zylinderkopf g überschreitet. Von diesem Zeitpunkt an findet in d'en Räumen c und d getrennte Verdichtung statt und zwar im Räume c eine höhere Verdichtung als im Räume d. Diese getrennte Verdichtung findet solange statt, bis kurz vor Hubwechsel der Kanal h vom V e r d r ä n g e r freigegeben und so eine Verbindung der Räume c und d hergestellt wird. In diesem Augenblick wird die im Raum c aufgespeicherte Luft mit starkem Ueberdruck durch Kanal h in den Raum d strömen, wobei der im Ueberströmkanal h aufgespeicherte Brennstoff mitgerissen und zerstäubt

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wird, um alsdann im R a u m d zur V e r b r e n n u n g zu gelangen. Patentanspruch

bezieht

sich

auf

einei

Dei

Verbrennungskraftmaschint

der geschilderten Art, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschluß der beiden Verdichtumgsräume durch den v o r d e r e n W u l s t (b) d'es Verd r ä n g e r k o l b e n s und die F r e i g a b e des U e b e r s t r ö m k a n a l e s nach dem A r b e i t s k o l b c n zu liegende Einschnürung des

durch eine Verdränger-

kolbens erfolgt. Eine

andere

Konstruktion

der V e r d r ä n g e r m a s c h i n e

ist

in

D. R . P . 1 9 0 2 6 7 v o m 29. O k t o b e r 1905 des M a r q u i s R a y m o n d d'Equevilley,

Paris,

beschrieben.

Hier

wird

die

vom

Ver-

dränger erzeugte Einblaseluft nicht unmittelbar durch einen U e b e r fiihrungskanal in den V e r b r e n n u n g s r a u m

in eine

mit einem

welcher

sie

nach

Rückschlagventil Oeffnen

eines

geleitet, sondern

versehene

Düsenventiles

vielmehi

Druckkammer, unter

aus

gleichzeitiger

Brennstoffzufuhr zur beabsichtigten Zeit und g e s t e u e r t in den Verbrennungsraum

eintritt.

Auch

diese Konstruktion,

welcher

in

H a u p t s a c h e der G e d a n k e zu Grunde lag, die verpuffungsartige

dei Ver-

b r e n n u n g der H a s e l w a n d e r - M a s c h i n e durch einen g e s t e u e r t e n U e b e r tritt von Luft und B r e n n s t o f f im S i n n e einer

üleichdruckverbrennung

zu beeinflussen, konnte e b e n s o w e n i g w i e die früher M a s c h i n e zur B e t r i e b s r e i f e

entwickelt werden;

allem

Zylinderraum

die

mit

dem

heißen

besprochener

es w a r e n

in ständiger

hier

voi

Verbindung

stehenden a u t o m a t i s c h e n Ventile, deren W i r k u n g nicht nur durch die hohen T e m p e r a t u r e n , arg beeinträchtigt

sondern

wurde..

auch

durch

Verbrennungsrückstände

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Die nunmehr in dieser E n t w i c k l u n g s r e i h e

folgenden

deutschen

P a t e n t e Nr. 2 3 9 7 1 6 v o m 1. O k t o b e r 1904 und Nr. 2 5 0 2 1 6 vom 7. M ä r z 1911 v o n J o a c h i m von b e s o n d e r e r

Brandis,

Aachen

sind

deswegen

B e d e u t u n g , weil sie das U e b e r g a n g s g l i e d

von

D i e s e l m a s c h i n e mit v e r e i n f a c h t e m V e r d i c h t e r zur eigentlichen pressorlosen

Dieselmaschine

bilden.

Obwohl

det kom-

besonders

sich

e r s t g e n a n n t e P a t e n t noch durchaus in den h e r g e b r a c h t e n

das

Anschau-

ungen über die B e d e u t u n g der Lufteinblasung b e w e g t und im Grunde g e n o m m e n nur eine k o n s t r u k t i v e Abänderung der bisher Verdrängermaschinen

darstellt,

auch

in

dem

zweiten

bekannten

Patente

dei

G e d a n k e der luftlosen Einspritzung n o c h nicht ganz klar zum Ausdruck g e b r a c h t ist, so steht doch a n d e r e r s e i t s fest, daß die nach dem D. R . P . 250216 von der M o t o r e n f a b r i k Deutz e n t w i c k e l t e

Maschine

die e r s t e b e t r i e b s r e i f e Ausführungsform des k o m p r e s s o r l o s e n Dieselmotorf

in Deutschland

geworden

ist.

Mit R ü c k s i c h t

auf

die

ent-

w i c k l u n g s g e s c h i c h t l i c h e B e d e u t u n g dieser beiden P a t e n t e soll bei det Besprechung gegangen

der D r u c k e i n s p r i t z u n g s m a s c h i n e

näher

auf

sie

ein-

werden.

Mit diesem sich fast z w a n g s l ä u f i g vollziehenden U e b e r g a n g zur k o m p r e s s o r l o s e n M a s c h i n e ist die E n t w i c k l u n g s g e s c h i c h t e der Dieselm a s c h i n e mit v e r e i n f a c h t e m V e r d i c h t e r im w e s e n t l i c h e n sen.

abgeschlos-

Die B e d e u t u n g dieser P e r i o d e für die W e i t e r e n t w i c k l u n g

des

k o m p r e s s o r l o s e n D i e s e l m o t o r s darf nicht u n t e r s c h ä t z t w e r d e n , denn das durch sie h e r v o r g e r u f e n e Studium der S t r ö m u n g s v e r h ä l t n i s s e in unterteilten

Zylinderräumen

hat den K o n s t r u k t e u r e n

späterer

Bau-

arten die W e g e g e w i e s e n und Mittel in die Hand g e g e b e n , um die für eine gute Verteilung

des luftlos eingespritzten

Brennstoffes

er-

forderliche D u r c h w i r b e l u n g des V e r b r e n n u n g s r a u m e s in beabsichtigter W e i s e Zwar

hervorzurufen. weist

die s p ä t e r e

zahlreiche Vorschläge Lufteinblasung

Patentliteratur

bis zur

Neuzeit

noch

auf, um unter prinzipieller B e i b e h a l t u n g

den K o m p r e s s o r

zu v e r e i n f a c h e n

oder

Fortfall k o m m e n zu lassen, jedoch hat keine dieser eine p r a k t i s c h e B e d e u t u n g erlangen können. auf w e l c h eigenartigen W e g e n

der

gänzlich

in

Konstruktionen

Lediglich um zu zeigen,

m a n c h e Erfinder dieses Ziel zu er-

reichen suchen, sei zum S c h l u ß noch ein n e u e r e s d e u t s c h e s

Patent

e r w ä h n t , in w e l c h e m die Einblasung des B r e n n s t o f f e s durch D r u c k gase vorgeschlagen D.

R.

P.

Nr.

wird.

D i e s e E i n b l a s e g a s e sollen nach dem im

4 5 0 7 0 1 vom

B u s c h m a n n ,

13.

August

1925

von

Heinrich

O b e r e s s l i n g e n a. N. g e s c h ü t z t e n V e r f a h r e n dadurch

erzeugt w e r d e n , daß von der D i e s e l m a s c h i n e oder unabhängig

von

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ihr eine D y n a m o m a s c h i n e angetrieben wird, welche Strom für Knallgas- oder W a s s e r s t o f f z e r s e t z u n g liefert. Diese Oase werden in D r u c k z e r s e t z e r n hergestellt, bei denen der Druck beliebig hochgetrieben w e r d e n kann, ohne daß ein größerer S t r o m v e r b r a u c h eintritt, als bei der gewöhnlichen W a s s e r z e r s e t z u n g unter Atmosphärendruck. Die d e r a r t erzeugten brennbaren Oase sollen dem doppelten Z w e c k e dienen, das Oel einzuspritzen und ihm außerdem eine sichere, sofortige Zündfähigkeit zu erteilen. Ein kleiner Vorratsbehälter f ü r Druckgas hält stets eine ausreichende Menge für die Anlaufperiode des M o t o r s bereit. Der P a t e n t a n s p r u c h bezieht sich auf die Verwendung von elektrolytisch erzeugten Druckgasen (Knallgas, W a s s e r s t o f f ) zur Einspritzung von Treibölen bei kompressorlosen Dieselmotoren Das dem genannten P a t e n t zu Grunde liegende Verfahren stützt sich auf das merkwürdige, den Naturgesetzen scheinbar widersprechende P h ä n o m e n , daß in z w e c k e n t s p r e c h e n d konstruierten elektrischen D r u c k z e r s e t z e r n bei zunehmendem Druck der S t r o m v e r brauch nicht zu- sondern abnimmt. Dieses phys'kalisch und möglicherweise auch wirtschaftlich bedeutungsvolle Gesetz, welches bereite v o r einer Reihe von J a h r e n von P a u l H a u s m e i s t e r , Göppingen ( W ü r t t e m b e r g ) entdeckt w o r d e n ist, w u r d e neuerdings durch die Arbeiten von C o e h n , Göttingen bestätigt. Ob allerdings das Einblasen des Brennstoffes durch Knallgas möglich sein dürfte, muß seht angezweifelt w e r d e n . Z w a r ist Knallgas auch bei hohem Druck nicht explosibel, sofern es frei von Katalysatoren ist, jedoch muß man bei allen chemischen Umsetzungen in Verbrennungsmotorei! stets mit d'en katalytischen Wirkungen der Wandflächen rechnen. Es w ü r d e n also mit hoher Wahrscheinlichkeit bei der V e r w e n d u n g von Knallgas sowohl wie von Wasserstoff die bereits bei der Anw e n d u n g v o r g e w ä r m t e r Luft beobachteten Erscheinungen von explosionsartig verlaufenden Düsenzündungen eintreten. Außerdeir aber dürfte es zweifelhaft erscheinen, ob — ganz abgesehen von dei inzwischen weit vorgeschrittenen Entwicklung der kompressorlosen Maschinen — d e r E r s a t z des Kompressors durch einen elektrolytischen Gaserzeuger als eine Vereinfachung der Maschine angeseher w e r d e n kann.

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III. Kompressorlose Dieselmaschinen (Allgemeines). Die im vorstellenden als Dieselmaschinen mit vereinfachtem Verdichter beschriebenen Motoren sind nach dem heutigen Sprachgebrauch nicht als kompressorlose Dieselmaschinen aufzufassen, da sie d u r c h w e g das Prinzip der Einblaseluft beibehalten und lediglich den Kompressor durch andere Vorrichtungen zu ersetzen suchen. Dei Gedanke der unmittelbaren Einführung des Brennstoffes ist zwar bereits schon von D i e s e l in seinem ersten P a t e n t Nr. 6 7 2 0 7 ausgesprochen worden, seine A n w e n d u n g jedoch auf Grund des negativen Ausfalles der Versuche später nicht mehr e r w o g e n worden. Im Gegenteil hat Diesel später die V e r w e n d u n g von Einblas-eluft als eine für das Dieselverfahren unbedingt erforderliche Voraussetzung dargestellt. In seinem bereits e r w ä h n t e n Vortrage auf der Hauptv Versammlung der Schiffbautechnischen Gesellschaft in Berlin 1912 bezeichnet er als fünftes seiner „grundlegenden Gesetze des Dieselm o t o r e n - B a u e s " die „Einblasung des Brennstoffes mit hochgespannter, a b e r gekühlter und gereinigter Luft, nicht' nur w e g e n der inniger. Mischung, sondern besonders auch zum Zweck der Vergasung, dii dadurch entsteht, daß zahlreiche Brennstoffpartikel in der ganzen M a s s e der Verbrennungsluit zuerst vergasen, dann in Brand geraten und dadurch die zur Vergasung des Brennstoffes nötige W ä r m e entwickeln, zu welcher die K o m p r e s s i o n s w ä r m e allein nicht ausreicht." Inwieweit die Diesel'schen Anschauungen über die Bedeutung der Einblaseluft für eine V e r g a s u n g des Brennstoffes zutreffend sind, ist hier zunächst ohne Belang, sicher ist dagegen, daß nach dem damaligen Stande der Technik die A n w e n d u n g des Dieselverfahrens — als dessen wesentlichstes Kennzeichen man vor allem die Gleichd r u c k v e r b r e n n u n g ansah — nur bei Maschinen mit Lufteinblasung möglich schien. Hierbei ist zu bemerken, daß man die damals z w a i bereits vorhandenen, w e n n auch nicht wesentlich in Erscheinung tretenden Maschinen nach Tririkler. H a s e l w a n d e r und Brons mit Rücksicht auf ihre v e r p u f f u n g s a r t i g e Verbrennung nicht als Dieselmotoren bezeichnete, vielmehr geneigt w a r , sie als Atiarten d'er Glühkopfmaschine anzusehen, die w e g e n ihres ungünstigeren Brennstoffv e r b r a u c h e s und gewisser mit dem Verpuffungsverfahren verbundene?

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Mängel (stoßender, geräuschvoller Gang usw.) mit der Dieselmaschine niemals in W e t t b e w e r b würden treten können. Die Bevorzugung der Lufteinblasung wird verständlich, wenn man sich klar macht, unter welchen ungünstigen Verhältnissen im Dieselmotor sich Gemischbildung und Verbrennung vollziehen; handelt es sich doch darum, einen in seiner molekularen Struktur äußerst v e r w i c k e l t zusammengesetzten Brennstoff in einer sehr geringen Zeit und w ä h r e n d der Zurücklegung eines kurzen Kolbenhubes mit der Verbrennungsluft in ein entzündbares Gemisch zu überführen. Zur Durchführung dieser F o r d e r u n g ist die Einblaseluft ein vorzügliches Mittel, da sie den in der Düse lagernden Brennstoff beim Oeffnen der Nadel beschleunigt und unter U e b e r w i n d u n g der auftretenden W i d e r s t ä n d e rasch und energisch in den Verbrennungsraum zerstäubt Dieser kräftig eingeblasene, mit sehr kleinen Brennstoffteilchen durchsetzte Luftstrahl versetzt den Luftinhalt d'es V e r b r e n n u n g s r a u m e s in lebhafte W i r b e l b e w e g u n g e n und führt so eine innige Gemischbildung herbei. Der Nachteil, daß die kalte Einblaseluft bei ihrer Expansion auf den im Zylinder herrschenden Verdichtungsdruck der Arbeitsluft W ä r m e entzieht und dadurch die Selbstzündung des Brennstoifes ers c h w e r t , ist von verhältnismäßig geringer Bedeutung. Mit größeren betrieblichen Schwierigkeiten v e r b u n d e n ist hingegen die richtige B e m e s s u n g der iür die Zerstäubungs- und Verwirbelungsarbeit erforderlichen Energiemenge der Einblaseluft. Da die Größe der Energiemenge bei gleichbleibender Oeffnungszeit des Luftventiles in der Hauptsache, vom Luftdruck abhängt, so ergibt sich daraus die bekannte Erscheinung, daß der günstigste Einblasedruck sich mit der Belastung ändert. Ist nämlich der Einblasedruck zu niedrig, so ist die dem eingeblasenen Brennstoif mitgeteilte Energiemenge zu gering; die Zerstäubung sowie die Verbrennung w e r d e n unvollkommen, ein Umstand, der sich durch rauchende Auspuffgase b e m e r k b a r macht. Ist hingegen der Einblasedruck zu hoch, so wird die Einströmgeschwindigkeit des Brennstoffes zu groß und infolgedessen der Zerstäuber durch die zu lange nachströmende Luft vollkommen rein gefegt. Der für die Einleitung der nächsten Zündung wichtige Zündtropfen kann sich also nicht mehr an der Austrittsöffnung der Düse bilden; beim Oeffnen der Düsennadel strömt daher zunächst nur Luit ein, w ä h r e n d die Brennstoffmenge erst v e r s p ä t e t in den V e r b r e n nungsraum gelangt. Die Verbrennung erfolgt in diesem Falle explosionsartig mit raschem Druckanstieg, der Gang der Maschine wird stoßend und unregelmäßig, bei kleiner Belastung und' Leerlauf setzt die Zündung leicht aus. Die Größe des Einblasedruckes ist nicht nur

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von der B e l a s t u n g , s o n d e r n a u c h v o n d e r D r e h z a h l der M a s c h i n e a b h ä n g i g ; w ä h r e n d sie in A b h ä n g i g k e i t v o n der B e l a s t u n g f a s t p r o p o r t i o n a l m i t dieser a n s t e i g t , s t i m m t sie mit d e r D r e h z a h l n a c h einem G e s e t z e q u a d r a t i s c h e n C h a r a k t e r s zu 1 4 ). O b w o h l eine a u t o m a t i s c h e R e g e l u n g d e s E i n b l a s e d r u c k e s in A b h ä n g i g k e i t v o n d e r D r e h z a h l u n a B e l a s t u n g n a t ü r l i c h möglich ist, so w e r d e n die hierzu e r f o r d e r l i c h e n V o r r i c h t u n g e n i m m e r h i n den B e t r i e b der M a s c h i n e v e r w i c k e l t e r g e s t a l t e n und i h r e n P r e i s ung ü n s t i g b e e i n f l u s s e n . D a s gilt in n o c h viel h ö h e r e m M a ß e v o n der E i n b l a s e p u m p e selbst. O b w o h l die K o m p r e s s o r e n f ü r die E i n b l a s e luft im L a u f e der Zeit s o w e i t e n t w i c k e l t w o r d e n sind, d a ß n a m h a f t e B e t r i e b s s t ö r u n g e n im a l l g e m e i n e n v e r m i e d e n w u r d e n , so g a l t der Komp r e s s o r d o c h v o n j e h e r als ein u n e r w ü n s c h t e r B e s t a n d t e i l , d e r i m m e r hin e i n e r g e w i s s e n W a r t u n g bedarf und letzten E n d e s a u c h die B a u k o s t e n d e s M o t o r s nicht u n w e s e n t l i c h v e r t e u e r t . D a z u k o m m t , d a ß d e r A r b e i t s a u f w a n d f ü r d e n K o m p r e s s o r , selbst u n t e r der B e r ü c k sichtigung, daß ein Teil der f ü r die L u f t v e r d i c h t u n g a u f g e w e n d e t e r , L e i s t u n g im A r b e i t s z y l i n d e r d u r c h die A u s d e h n u n g s a r b e i t der L u f t w i e d e r g e w o n n e n w i r d , e t w a 5—7% d e r M o t o r n u t z l e i s t u n g bet r ä g t . D i e s e s V e r h ä l t n i s w i r d n o c h w e i t u n g ü n s t i g e r , je k l e i n e r der M o t o r und d a m i t d e r A r b e i t s a u f w a n d f ü r d e n K o m p r e s s o r im Vergleich zu d e r g a n z e n M a s c h i n e w i r d . V e r g e g e n w ä r t i g t m a n sich w e i t e r den A u f b a u eines m e h r s t u f i g e n K o m p r e s s o r s mit j e d e s m a l i g e ! Z w i s c h e n k ü h l u n g d e r L u f t , die dazu g e h ö r i g e n z a h l r e i c h e n R o h r leitungen, Ventile, L u f t l a s c h e n , Oelabscheid'er u s w . , so w i r d m a n begreifen, d a ß ein d e r a r t v e r w i c k e l t e r M e c h a n i s m u s n u r d a n n in wirts c h a f t l i c h e n W e t t b e w e r b mit betrieblich e i n f a c h e r e n Maschinen t r e t e n k o n n t e , w e n n die h ö h e r e n A n s c h a f f u n g s - u n d W a r t u n g s k o s t e n d u r c h eine w e s e n t l i c h e B r e n n s t o f f e r s p a r n i s a u s g e g l i c h e n w u r d e n , W e n n dies a u c h bei g r ö ß e r e n M a s c h i n e n e i n h e i t e n im a l l g e m e i n e n der Fall w a r , so lagen die V e r h ä l t n i s s e bei k l e i n e r e n E i n h e i t e n d o c h f a s t i m m e r so, daß die v e r w i c k e l t e r e B a u a r t der D i e s e l m a s c h i n e und die N o t w e n d i g k e i t eines b e s s e r g e s c h u l t e n B e d i e n u n g s p e r s o n a l e s den A u s s c h l a g g e g e n ihre A n s c h a f f u n g g a b e n . O b w o h l in D e u t s c h l a n d , als d e m V a t e r l a n d e der k l a s s i s c h e r D i e s e l m a s c h i n e , nicht nur t h e o r e t i s c h die g r u n d l e g e n d e P i o n i e r a r b e i t f ü r die E n t w i c k l u n g der k o m p r e s s o r l o s e n B a u a r t g e l e i s t e t w o r d e n ist, ( H a s e l w a n d e r , Vogel, B e n z , B r a n d i s ) s o n d e r n a u c h v o r d e m K r i e g e b e r e i t s der B r o n s m o t o r und die V e r d r ä n g e r m a s c h i n e n a c h B r a n d i s d e r M o t o r e n f a b r i k D e u t z ihre volle B e t r i e b s b r a u c h b a r k e i t b e w i e s e n h a t t e n , so ist doch die neuzeitliche kompressorlose

—

60

_

Maschine liier im w e s e n t l i c h e n erst in den N a c h k r i e g s j a h r e n entstanden. Die U r s a c h e n f ü r diese S t a g n a t i o n m ö g e n zum Teil darin zu suchen sein, daß die d e u t s c h e n K o n s t r u k t e u r e lange Zeit u n t e r dem Einflüsse der Ideen s t a n d e n , die in Diesels „ G r u n d l e g e n d e n G e s e t z e n des D i e s e l m o t o r e n b a u e s " ihren A u s d r u c k g e f u n d e n h a b e n , zum a n d e r e n Teil darin, daß die Industrie — bei dem d a m a l s zweifellos v o r h a n d e n e n H o c h s t a n d des d e u t s c h e n D i e s e l m o t o r e n b a u e s — B e denken hatte, M a s c h i n e n zu entwickeln, w e l c h e - - w e n n auch nur v o r ü b e r g e h e n d — nicht alle A n f o r d e r u n g e n erfüllten, die m a n in B e z u g auf B e t r i e b s s i c h e r h e i t und W ä r m e a u s n u t z u n g an die Dieselmaschine zu stellen g e w ö h n t w a r . D a s Ausland hingegen, w e l c h e s von Tradition w e n i g e r beeinflußt, in dieser B e z i e h u n g viel u n b e f a n g e n e r w a r , h a t in seinem Bes t r e b e n auf V e r e i n f a c h u n g d e r D i e s e l m a s c h i n e einerseits die Glühk o p f m a s c h i n e nach m e h r e r e n Richtungen hin weiterentwickelt, a n d e r e r s e i t s , z u r ü c k g r e i f e n d auf ä l t e r e d e u t s c h e Arbeiten, die luftlosc Einspritzung des B r e n n s t o f f e s unter h o h e m D r u c k zur p r a k t i s c h e n B r a u c h b a r k e i t durchgebildet. (Mc. Kechnie-Vickers). In Deutschland w a r e n es b e s o n d e r s die J a h r e der Inflation, w e l c h e den gew a l t i g e n Anstoß zur W e i t e r e n t w i c k l u n g der k o m p r e s s o r l o s e n Dieselm a s c h i n e g a b e n ; der d u r c h die R e p a r a t i o n s l i e f e r u n g e n bedingte Kohlenmangel, die bei der z e r r ü t t e t e n W ä h r u n g unerträglich hoch s c h e i n e n d e n P r e i s e 'des Leiclitöles und des elektrischen K r a f t s t r o m e i s t e i g e r t e n d a s B e d ü r f n i s nach einfachen und billigen S c h w e r ö l m o t o r e n d e r a r t , daß die E n t w i c k l u n g der Dieselrnaschine n a c h dieser Richtung hin erfolgen m u ß t e , falls sie nicht G e f a h r laufen wollte, bis zu Leis t u n g e n v o n e t w a 100 P S von der t h e r m i s c h w e s e n t l i c h unvollk o m m e n e r e n G l ü h k o p f m a s c h i n e v e r d r ä n g t zu w e r d e n . Z u r ü c k b l i c k e n d auf die Erfolge d e r letzten zehn J a h r e k a n n m a r mit Befriedigung feststellen, daß die L ö s u n g dieser Aufgabe der deutschen Industrie in vollem M a ß e geglückt ist. Nicht nur, daß mit der f o r t s c h r e i t e n d e n E n t w i c k l u n g der k o m p r e s s o r l o s e n Dieselmaschine der G l ü h k o p f m o t o r zu einer K r a f t m a s c h i n e von u n t e r g e o r d n e t e r Bedeutung g e w o r d e n ist, vielmehr k a n n als f e s t s t e h e n d b e t r a c h t e t w e r den, daß f ü r kleine und mittlere L e i s t u n g e n auch die klassische Dieselm a s c h i n e durdh die k o m p r e s s o r l o s e B a u a r t zum g r o ß e n Teil schon v e r d r ä n g t w o r d e n ist. Als B e w e i s , daß die luftlose E i n s p r i t z u n g a b e r k e i n e s w e g s auf g e r i n g e r e M a s c h i n e n l e i s t u n g e n b e s c h r ä n k t ist sei hier nur die T a t s a c h e v e r z e i c h n e t , daß die M a s c h i n e n f a b r i k Augsb u r g - N ü r n b e r g zur Zeit z w e i z e h n z y l i n d r i g e d o p p e l t w i r k e n d e Zweit a k t m o t o r e n mit luftloser Einspritzung von je 11700 P S " in Arbeit

—

hat.

61

—

Ausschlaggebend für die neuerdings immer mehr zu T a g e tre-

tenden B e v o r z u g u n g

der k o m p r e s s o r l o s e n

bisher b e r e i t s genannten Gründen

Maschine

ist neben

der Umstand', daß sie in

den

Bezug

auf W ä r m e a u s n u t z u n g der L u f t e i n b l a s u n g s m a s c h i n e nicht nur gleichw e r t i g , sondern

sogar

vielfach

überlegen

ist.

Der

Grund

tiir

ü b e r r a s c h e n d günstigen B r e n n s t o f f v e r b r a u c h gut k o n s t r u i e r t e r p r e s s o r l o s e r M a s c h i n e n liegt neben der früher b e r e i t s und sich b e s o n d e r s

bei kleineren Maschineneinheiten

V e r b e s s e r u n g des m e c h a n i s c h e n

Wirkungsgrades

kom-

angedeuteter auswirkender

infolge

d e r K o m p r e s s o r a r b e i t ¡in den günstigeren t h e r m i s c h e n

den

Wegfalle;;

Verhältnissen,

unter denen der . V e r b r e n n u n g s p r o z e ß nach Fortfall der abkühlender "Wirkung der Einblaseluft v o r sich g e h t ; die nach theoretischen Untersuchungen grades

zu

um

erwartende etwa

Erhöhung

4,5 %

des

gegenüber

thermischen

durch zahlreiche M e s s u n g e n b e s t ä t i g t w o r d e n . zentuale

Gewinn

der

Wirkungs-

Kompressormaschinen

kompressorlosen

Der

Maschinen

jeweilige an

ist pro-

effektivem

B r e n n s t o f f v e r b r a u c h je P S

h. g e g e n ü b e r K o m p r c s s o r - D i e s e l m a s c h i n e r

ist

Zylinderleistung

in Abb.

getragen,

33 über

der

in P S

in

Kurven

denen zahlreiche B r e n n s t o f f v e r b r a u c h s m e s s u n g e n

toren v e r s c h i e d e n e r Herkunft zu Grunde

aut-

an Mo>

liegen. 1 5 ).

-

in

O

v^v •A .

* ISO

-

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/ 7- P"*.

y

-

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\

20

HO

60 10 *• Zylinderleislung

100 no b foliasf

IVO ~PSe

A b b . 33

Die E n t w i c k l u n g der k o m p r e s s o r l o s e n D i e s e l m a s c h i n e hat sich, wie

in

schrieben

den

nächsten Kapiteln

werden

theoretischen

soll,

Schritt

Voraussetzungen,

auf Grund für welche

der P a t e n t l i t e r a t u r

Schritt

vollzogen.

die v e r s c h i e d e n e n

Da

bedie

Erfindei

—

62

—

in ihren Patentbeschreibungen dem Arbeitsprozeß der Maschine zugrunde legen, gewissermaßen ein Bild von den wissenschaftlich-technischen Erkenntnissen ihrer Zeit darstellen und nur unter diesen Gesichtspunkte richtig b e w e r t e t w e r d e n können, so scheint es den: Verfasser erforderlich, an dieser Stelle einen kurzen Ueberblick übei das W e r d e n und Vergehen derjenigen Anschauung zu geben die mar jeweils der Beurteilung des Dieselprozesses zugrunde legte. W e n n m a n von den bereits e r w ä h n t e n Arbeiten von K ö h l e r und L ü d e r s absieht, welche in der Hauptsache thermodynamische Untersuchungen des Dieselprozesses betreffen, so dürfte eine dei ersten wichtigeren Untersuchungen über die V e r b r e n n u n g s v o r g ä n g t im Dieselmotor v o n R i e p p e l 1 0 ) stammen. Rieppel w a r der erste, der nach einer wissenschaftlichen E r k l ä r u n g dafür suchte, daß sich die kettenförmigen (aliphatischen) Kohlenwasserstoffe und die ringförmigen (aromatischen) Verbindungen in der Dieselmaschine g a m verschieden verhalten. Auf Grund von Beobachtungen an Maschinen die mit Gasöl und Steinkohlenteeröl, sowie mit Misdhungen beider betrieben wurden, ferner auf Grund von B o m b e n v e r s u c h e n k a n Rieppel zu dem Schluß, daß für die V e r w e n d b a r k e i t eines Oeles iir Dieselmotor w e d e r das spezifische Gewicht noch der H e i z w e r t oder die Viskosität entscheidende Merkmale seien. Von größerer Bedeutung sei der Verlauf der Siede- und T e m p e r a t u r d r u c k k u r v e ; ein Treiböl sei umso besser geeignet, je mehr Oelgas es bei niedrigem Druck und niedriger T e m p e r a t u r bildet und je stetiger diese Oelgasbild'ung verläuft. Von grundlegender Bedeutung ist nach Rieppel die Wasserstoffzahl, d. h. das Verhältnis zwischen dem aus dei Elementaranalyse bekannten W a s s e r s t o f f g e h a l t e des Oeles und seinem Kohlenstoffgehalt. Rieppel ging dabei von der Voraussetzung aus, daß sich bei dei Vergasung eines Oeles der Wasserstoff abspaltet, der schon bei 500° C zündet und so die Selbstentzündung der übrigen Moleküle einleitet Die Grenze der Brauchbarkeit eines Oeles ist nach Rieppel bei einei W a s s e r s t o f f z a h l von 1,93 gegeben; Oele mit kleinerer W a s s e r s t o f f zahl seien im Dieselmotor u n v e r w e n d b a r . Der Auffassung Rieppels schloß sich auch A u f h ä u s e r 17) an, welcher mit Bestimmtheit betonte, daß von zwei Treibölen dasjenige mit größerem W a s s e r s t o f f gehalt das b e s s e r e w ä r e . Die beiden genannten Forscher stehen auf dem Standpunkt, daß einer Entzündung des Oeles in der Maschine unbedingt eine vorherige Bildung von Oelgas vorausgehen müsse Der V e r b r e n n u n g s v o r g a n g in der Dieselmaschine w ü r d e sich demnach in vier mehr oder weniger deutlich geschiedenen Stufen abspielen:

—

63 —.

]. Einspritzen d e s B r e n n s t o f f e s ; 2. V e r d a m p f u n g und V e r g a s u n g ; 3. E n t z ü n d u n g ; 4. Eigentliche Verbrennung. D i e s e r Ansicht scheint auch D i e s e l g e w e s e n zu sein, denn et äußert sich in seinem bereits mehrfach e r w ä h n t e n V o r t r a g e im J a h r e 1912 hierzu wie folgt: „ D a ein Brennstoff nur brennen kann, wenn er zuvor v e r g a s t ist, s o w a r für alle nicht g a s f ö r m i g e n B r e n n s t o f f e die unmittelbare F o l g e a u s diesem G r u n d g e d a n k e n die allmähliche V e r g a s u n g d e s B r e n n s t o f f e s im Arbeitszylinder selbst, jeweils nur in g e r i n g s t e n Mengen auf einmal, für jeden Hub des Kolbens b e s o n d e r s unter E n t n a h m e der V e r g a s u n g s w ä r m e a u s d e m Arbeitsprozeß selbst, mit a n d e r e n W o r t e n : die Ausbildung des V e r g a s u n g s p r o z e s s e s zu einem Teil d e j A r b e i t s p r o z e s s e s im A r b e i t s z y l i n d e r . " Die Theorien Riippels und A u f h ä u s e r s über die B e d e u t u n g d e s W a s s e r s t o f f g e h a l t e s eines O e l e s sind zum Teil w e n i g s t e n s auch von N e u m a n n 1 8 ) übernommen w o r d e n , der ebenfalls umfangreiche B o m b e n v e r s u c h e mit v e r s c h i e d e n e n Treibölen angestellt hat. N a c h Neumann hängt die V e r w e n d b a r k e i t eines B r e n n s t o f f e s in der Dieselmaschine v o n der Möglichkeit ab, in kurzer Zeit mit d'er zur Verfügung stehenden V e r d i c h t u n g s w ä r m e ein G a s zu bilden, d a s s o w o h l der Menge, als dem W a s s e r s t o f f g e h a l t e nach d a s r a s c h e Zustandek o m m e n einer zündfähigen M i s c h u n g sichert. In B e z u g auf den W a s s e r s t o f f g e h a l t eines Oeles vertritt Neumann die Ansicht, daß dieser für die Beurteilung der V e r w e n d b a r k e i t nicht von entscheidender B e d e u t u n g s e i ; es k ä m e vielmehr auf den W a s s e r s t o f f g e h a l t d e s a u s dem betreffenden Brennstoff gebildeten O e l g a s e s an. Im Uebrigen sei a b e r auch der W a s s e r s t o f f g e h a l t d e s O e l g a s e s nicht allein maßg e b e n d ; ein B e w e i s hierfür seien die Braunkohlenteeröle, die trotz ihres geringen W a s s e r s t o f f g e h a l t e s einwandfrei verbrennen, w ä h r e n d die Verbrennung m a n c h e r Steinkohlenöle mit hohem W a s s e r s t o f f gehalt im Dieselmotor nur mit Schwierigkeiten möglich ist. Nach F i s c h e r 1 ") ist für die Verschiedenheit des Verhaltens vor aliphatischen und aromatischen K o h l e n w a s s e r s t o f f e n ihre molekulare Beschaffenheit maßgebend, welche ihre p y r o g e n e Z e r s e t z u n g unter wesentlich anderen Verhältnissen erfolgen läßt. Während' die aliphatischen B r e n n s t o f f e ohne w e i t e r e s in schnell v e r b r e n n e n d e Gasmolekiile zerfallen, geht bei den aromatischen Oelen der Zerfall übei eine größere Zahl von Z w i s c h e n v e r b i n d u n g e n v o r sich, die im einzelnen bisher k a u m erforscht sind. E s scheint, als ob sich hier

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64

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W a s s e r s t o f f a t o m e und Ketten aliphatischen C h a r a k t e r s von deir Benzolkern lösen und zuerst v e r b r e n n e n : die verbleibenden Molekiilt sind sehr kohlenstoffreich, deshalb schwer brennbar, sodaß als Endergebnis eine starke Rußentwicklung auftritt. Angesichts der Wichtigkeit, welche die genaue Kenntnis der Zündpunkte der Treiböle für die Höhe der Verdichtung im Dieselmotor besitzt, ist die Ermittlung dieser Größe Gegenstand zahlreicher Untersuchungen g e w e s e n . So haben C o n s t a m und S c h l ü p f e r2°) und unabhängig davon H o l m 21) die Zündpunkte verschiedener Brennstoffe festgestellt. Die g e w o n n e n e n Resultate sind aber deswegen von geringer Bedeutung, weil die Untersuchungsmethoden der genannten Forscher, insbesondere die V e r w e n d u n g von Nickel- und Platintiegeln Fehlerquellen in sich barg, d;ic auf den katalytischen Einfluß dieser Metalle, vornehmlich bei der Zündung von Wasserstoff zurückzuführen sind. Dasselbe gilt auch für die Untersuchung v o r M o o r e 22 ), der ebenfalls die Z ü n d t e m p e r a t u r e n in einem Platintiegei bestimmte und unter Zugrundelegung der gefundenen W e r t e die sich hierzu ergebenden theoretischen Verdichtungsenddrücke berechnete. Zahlentafel

I.

Treiböl

Zündtemperaturen der Ö l g a s e in S a u e r s t o f f nach Dixon

Zündtemperaturen der T r e i b ö l e in S a u e r s t o f f nach W o l l e r s u n d E h m e k e

Paraffinöl Leichtöl aus Urteer Teeröl Vertikalosenteer

614-655» 615—651° 645 0 635— b61

240« 326° 445° 468°

Eine wesentliche F ö r d e r u n g für die Beurteilung der Verbrenr;ungsVorgänge bedeuten die von W o 11 e r s und E h m c k e 2a) vorgenommenen Versuche über die Selbstzündung von Oelen und Oeigasen. Wollers und Ehmcke haben den Zünd'punktprüfer von Moore v e r b e s s e r t und durch Ersatz des Platintiegels durch einen solchen aus nichtrostendem VzA-Stahl die katalytischen Wirkungen des W a n d metalles ausgeschaltet. Sie haben die Zündpunkte im Sauerstoffstrom bestimmt und z w a r unter Atmosphärendruck, wobei sie von der Annahme ausgingen, daß die so geschaffenen Verhältnisse der Luftkonzentration im Motor gleichzusetzen sind. Die Untersuchungen brachten zunächst das ü b e r r a s c h e n d e Ergebnis, daß die nach dei Methode von Dixon bestimmten Selbstzündungstemperaturen verschiedener Oelgase sich kaum von einander unterscheiden, w ä h r e n d die im Ziindpiinktpriifer ermittelten Zündtemperaturen der flüssiger Oele nicht nur wesentlich unter denjenigen ihrer Gase liegen, sondern

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65

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auch erheblich voneinander abweichen. (Zahlentaiel I). Wahrend also die Zündtemperaturen der O e l g a s e praktisch alle gleich hoch liegen und nichts von den Unterschieden erkennen lassen, welche die Oele im Dieselmotor zeigen, fügen sich die Zündpunkte der flüssigen Oele, dar Höhe nach geordnet, genau in die gleiche Reihe ein. die ihre leichtere oder s c h w e r e r e V e r b r e n n b a r k e i t in der Maschine kennzeichnen. D a auch Unterschiede in der D a u e r der V e r g a s u n g keinen n e n n e n s w e r t e n Unterschiede in der Z u s a m m e n s e t z u n g der G a s e und in ihrem Zündpunkt brachten, s o mußte a u s diesen Untersuchungen der Schluß g e z o g e n werden, daß es eine Oelgasbildung im Sinne Rieppels, A u f h ä u s e r s und N e u m a n n s im Dieselmotor nicht gibt, daß vielmehr für die Entzündung der leichtzündfähigen flüssigen Treiböle der U m w e g über d a s viel s c h w e r e r entzündliche O e l g a s über f l ü s s i g ist. Auch in B e z u g auf die von Rieppel aufgestellte Theorie d e s W r s s e r s t o f f g e h a l t e s brachten die V e r s u c h e von W o l l e r s und E h m c k e eine entscheidende K l ä r u n g insofern, als n a c h g e w i e s e n w e r den konnte, daß der W a s s e r s t o f f g e h a l t eines Oeles k e i n e s w e g s von b e s t i m m e n d e m Einfluß auf seine V e r w e n d b a r k e i t im Motor ist. Die vorgenommener. G a s a n a l y s e n ergaben vielmehr, daß g e r a d e d a s s c h w e r v e r b r e n n b a r e a r o m a t i s c h e Steinkohlenteeröl eine reichliche Ausbeutung an W a s s e r s t o f f lieferte, während d a s aliphatische P a r a f f i n öl in dieser Hinsicht g a n z zurücksteht.

Abb. 34

Von nicht geringerer B e d e u t u n g als die soeben genannten Untersuchungen von Völlers und E h m c k e sind diejenigen von H a w k e s 2 J ), w e l c h e r ebenfalls v e r s u c h t hat, die Zündtemperaturen der flüssigem B r e n n s t o f f e und z w a r möglichst in Anlehnung an die V o r g ä n g e in der M a s c h i n e selbst dadurch zu bestimmen, daß er d a s Oel in eine mit Preßluft gefüllte B o m b e einspritzte und gleichzeitig die Zeit bestimmte, die v o m Beginn der Einführung bis zur E n t f l a m m u n g v e r streicht. Abb. 34 zeigt, in welch hohem Maße dabei die Ziiiid:temperatur von der genannten Zeitdiiferenz abhängig w a r , die man Hausfelder, Die kompressorlose Dieselmaschine

5

—

()6

_

nach dem Vorschlag von H a w k e s als „Zündverzug" (time lag) bezeichnet. Die niedrigste Zündtemperatur für Gasöl hat H a w k e s bei 260" C und einem Zündverzug von 3,5 sec festgestellt, w ä h r e n d bei 3S0' C der Zündverzug nur 0,04 sec betrug. Auf Grund der Untersuchung von Wollers und E h m c k e einerseits und von H a w k e s andererseits konnnt A l t 2 5 ) zu w e i t e r e n Schlüssen über d e n Verlauf der Ziind'ung in der Dieselmaschine. Er stellt zunächst fest, daß die Zündtemperatur in der Maschine stets höher liegt als die im Zündpunktprüfer g e m e s s e n e T e m p e r a t u r und führt diesen Unterschied auf den Zündverzug zurück. Von der Beobachtung ausgehend, daß Gasöl in der Maschline bei 350° C, im Zündpunktprüfer jedoch bereits bei 275° C zündet, schließt er, daß das Verhältnis der absoluten Zündternperatur in der Maschine zu der im Zündpunktprüier für verschiedene Treiböle unveränderlich ist und berechnet, wenn T z die absolute Z ü n d t e m p e r a t u r in der Maschine und T Zq diejenige im Zündprüfer ist, die e r s t e r e zu: T z = 1,18 T 2 o . Zahlentafel II zeigt die verschiedenen Treiböle, die mit dem Kruppschen Zündbunktprüfer von Wollers und Ehmcke ermittelten Zündpunkte, dazu vergleichsweise die Zündpunkte den betreffenden Treibölen v e r w a n d t e n Kohlenwasserstoffe und die aus den Zündpunkten Zahlentafel

II.

Zündpunkte im Zündpunktprüfer und in der Maschine. Im S a u e r stoffstrom im V2 A - T i e g e l °C

Treiböl

Benzin

. . . .

Petroleum Gasöl Mexikanisches Heizöl Paraffinöl L e i c h t ö l aua U r t e e r Naphthalinöl Anthrazenöl Teeröl Haltermann Vertikalofenteer

. . .

255 ( 232 l 270—270 275 . . . . 276 240 . . . 326 475 425 471 465

Kohlenwasserstoff

In d e r Maschine

°c 285 323 369—378 350 375 332 434 610 550 605 597

Im S a u e r stoffstrom im V.> A - T i e g e l °C

In d e r Maschine

»C

Hexan

283

383

> Paraffin

246

340

Phenol \ Naphthalin > Anthrazen

590 557 493

744 705 630

\ 1 1 )

570 563 530 445

722 713 647 574

| 1

)

Benzol Toluol Xylol Cymol

berechneten T e m p e r a t u r e n Tz Die so berechneten Zündpunkte sind in Abb. 35, in eine K u r v e n s c h a r eingezeichnet, welche die Verdichtungsendtemperaturen bei adiabatischer Zustandsänderung in Abhängigkeit v o m Verdichtungsdruck darstellen, unter der Voraussetzung, daß entsprechend verschiedenen Betriebzuständen verschiedene Anf a n g s t e m p e r a t u r e n a n g e n o m m e n w e r d e n . Als Anfangsdruck w ü r d e der am Ende des Ansaughubes (einer Viertaktmaschine) üblicherweise

—

67

herrschende Druck p o = 0,95 at g e w ä h l t ; l e r Exponent der Verdichtung m ist mit 1,35 angenommen, für die Anfangstemperaturen geilen ungefähr entsprechend den verschiedenen Betriebszuständen: t 0 = 10° für Anfahren im kalten Zustand, tQ = 25r für Leerlauf mit kaltem Kühlwasser, t Q = 50° für Vollast mit kaltem Kühlwasser oder für Leerlauf mit 75° w a r m e m Kühlwasser, t Q = 75" für Vollast mit 75° w a r m e m Kühlwasser, t 0 = 100° für Vollast mit entsprechender V o r w ä r m u n g der angesaugten Luft. Der Verlauf der T e m p e r a t u r k u r v e n in Abbildung 35 ist bes t n d e r s d e s w e g e n interessant, weil aus ihnen der erhebliche Einfluß der A n f a n g s t e m p e r a t u r auf die E n d t e m p e r a t u r T h e r v o r g e h t ; der Einfluß des D r u c k e s ist dagegen wesentlich geringer. So hat eine Steigung der A n f a n g s t e m p e r a t u r um 20° dieselbe Wirkung, wie eine Steigerung des Verdichtuingsenddruckes von 30 auf 40 at.; Temperaturänderunigen sind also v\el w i r k s a m e r als Druckti nderungen.

200

300 VOO 500 600 700 tOO Xompressianscniftemperofur tn V A b b . 35

Bezüglich der V e r w e n d u n g von Teerölen im Dieselmotor kommt Alt zu folgenden Schlüssen: Das Anfahren mit kalter Maschline ist nur bei V e r w e n d u n g von Gas- und Paraffinölen, nicht aber m;t Teeröl möglich. Die übliche Maschine kann bei besonders w a r m e m Kühlwasser und erhöhter Verdichtung bei Vollast mit allen Arten von Teerölen laufen; soll dagegen die Dieselmaschine 5*

—

()S

_

bei allen Belastungen mit Teeröl betriebsfähig sein, so braucht man besondere Mittel, um die T e m p e r a t u r e n im Verbrennungsraum zu erhöhen und dadurch die Entzündung zu beschleunigen, beispielsweise eine durch Zündöl hervorgerufene örtliche E r w ä r m u n g der Verbrennungsluft, un,gekühlte Wandteile oder Luftvorwärmung. Besonders feine Zerstäubung beschleunigt a u ß e r d e m die Erw ä r m u n g des Tre'.böles, verkleinert den Ziindverzug und ermäßigt damit die Zündtemperatur. Bezüglich d'er auf d/e Entzündung folgenden Verbrennung schließt sich Alt den Ansichten Fischers über die ausschlaggebende B e d e u t u n g der molekularen Struktur des Brennstoffes an und betont, daß es vor allem be'i aromatischen Treibölen — darauf ankommt, p y r o g e n e Zersetzung zu vermeiden, weil sie mit Kohlenstoffabscheidungen und d a h e r mit Rußbildung v e r k n ü p f t ist. Die Mittei zur Vermeidung d'er p y r o g e n e n Zersetzung sind im wesentlichen dieselben wie zur Erzielung einer raschen Zündung, nämlich möglichst hohe T e m p e r a t u r und gute Verteilung d e s fein zerstäubten Brenns t o f e s ü b e r den 'gesamten V e r b r e n n u n g s r a u m . Dabei m u ß eine ganz bestimmte Zumischung des Brennstoffes zur Luft und eine b e s t i m m t e zeitliche und örtliche Verteilung eintreten, damit die örtlicher B r e n n s t o f f t e m p e r a t u r e n mit dem Sauerstoffgehalt im Einklang stehen. Alt b e f ü r w o r t e t zur V e r b e s s e r u n g der Brennstoffverteilung die Anwendung der — z w a r seit längerer Zeit vorgeschlagenen, aber bis dahin in d e r P r a x i s noch nicht mit dem nötigen Nachdruck eingeführten — Luftwirbelung, die er e n t w e d e r d u r c h d'e entsprechend g e w ä h l t e Einströmrichtung d e r Verbnennungsluft oder durch zusätzlich eingeblasene Luftmengen erreichen will. Von besonderer Bedeutung für die E r w e i t e r u n g der Kenntnis über die sich im; Dieselmotor abspielenden V e r b r e n n u n g s v o r g ä n g e sind die Untersuchungen von T a u s z und S c h u l t e 2 " ) . Im Gegensatz zu d e n bisherigen Zündpunktbestimmungen, die e n t w e d e r in Luft oder in Sauerstoff von 1 at erfolgten, haben T a u s z und Schulte ihre Messungen mit einem besonders konstruierten Apparat durchgeführt, welcher die Ermittlung der Zündpunkte in Druckluft von der im Dieselmotor üblichen Spannung gestattete. Die außerordentlich sorgfältigen, unter möglichster Ausschaltung katalytischer Einflüsse durchgeführten Untersuchungen erbi achten den wichtigen Nachweis, daß der Ziindpunkt k e i n e s w e g s ein eindeutiger Begriff ist. sondern daß es für ein und dasselbe Oel bei verschiedenem Druck auch verschiedene Zündpunkte gibt. Abb. 36 zeigt in graphischer Dar-

— diie A b h ä n g i g k e i t

Stellung erkennen,

daß

Allerdings

der Zeitpunkte

die Z ü n d p u n k t e

tritt

diese

69

bei

vom Luftdruck

steigendem

Erniedrigung

des

und

Druck

Zündpunktes

läßt

abnehmen. unter

Druck

n i c h t 'bei allen B r e n n s t o f f e n

ein, v i e l m e h r k a n n e s v o r k o m m e n ,

bei e i n e m g e w i s s e n

der

beispielsweise von

Druck

der

10

bis

20%

lediglich

bis

zu 5

Zündpunkt Schieferöl

i

!

Mit

erniedrigt, weiter

1 1 1 ^ . 1 !__

i

l

jedoch

M

L

Z

Petroleum

V

3 Gasöl

V

\

\

r\ 1

VV \ \

\

*

\ \ y

\X \

4 i

9

gilt

dies

Druck

wird

Mox/unend

—

S Benzin S

Zyhnderöl

7

Benio!

\

\

\

l*

I

wird

Zusatz

M

Porafin

2

10

'

7

So

durch

steigendem

1

30

zo

steigt.

Steinkohlenteers

sehr

at Druck.

at atis

Zündpunkt wieder des

daß

V !

i i

i

s

A b b . 36

aber

die Z u n a h m e

immer

zündet das Gemisch Erscheinung Damit

ist

tritt

geringer,

h ö h e r als

auch

der Nachweis

bei

und

schon

bei

ungefähr

der reine Steinkohlenteer.

Mischung

geliefert,

mit

10

Braunkohlenteeröl

daß k l e i n e

Zusätze

at

Dieselbe

von

ein.

Braun-

k o h l e n t e e r ö l o d e r S c h i e f e r ö l , d i e be.; g e w ö h n l i c h e m D r u c k den Zündpunkt

stark

erniedrigen,

Druck) keinen W e i t Diese

fast

allgemein

für

Dieselmotoren

(unte-

haben.

Beobachtungen

haben

T a u s z

e s s a n t e E r k l ä r u n g d e r Zündung zu g e b e n .

veranlaßt,

eine

Danach kann

inter-

angenom-

m e n w e r d e n , daß v o r j e d e r s i c h t b a r e n Zündung eine stille, u n s i c h t b a r e V e r b r e n n u n g s t a t t f i n d e t , diese R e a k t i o n ist j e d o c h bei licher

Temperatur

schwindigkeit wird.

praktisch

nicht

wahrnehmbar,

g e r i n g ist und die e n t s t e h e n d e

Die Reaktionsgeschwindigkeit

wächst

da

gewöhnihre

Wärmemenge

Ge-

ableitet

j e d o c h mit D r u c k

und

T e m p e r a t u r , und, d a die R e a k t i o n s e l b s t D r u c k und T e m p e r a t u r höht, s t e i g e r t s i c h die S c h n e l l i g k e i t , bis s c h l i e ß l i c h Zündung Die

Brennstoffe

sättigte

lagern

wahrscheinlich

Sauerstoffverbindungen

vor

(Peroxyde.

ihrer Zündung Moloxyde)

an,

er-

eintritt. überdie

nur

—

70

—

innerhalb einer ganz kurzen, rasch durchlaufenen Spanne von Druck und T e m p e r a t u r beständig sind, und w e g e n ihrer raschen Zersetzlichkeit analytisch s c h w e r erfaßt w e r d e n könneai. M a n kann sich jedoch sehr gut vorstellen, daß bei der E r w ä r m u n g des Brennstoffes in der Maschine diie Zone der Peroxydbildung rasch durchschritten wird, und es jenseits ihres Bereiches zu einem Zerfall dieser flüchtigen Verbindungen k o m m t ; dieser Zerfall, der sehr leicht und explosionsartig eintritt, vollzieht sich, unter s t a r k e r W ä r m e a b g a b e , welche ausreicht, die ganze Masse zur Entzündung zu bringen. Stoffe, die Sauerstoff leicht unter Bildung von Moloxyden anlagern, haben also den niedrigsten Zündpunkt. Es kann aber auch bei -höherem P a r t i a l d r u c k des Sauerstoffes der Fall eintreten, daß der schon gebildete sauerstoffhaltige Körper, noch b e v o r er zerfällt und es zur Zündung kommt, w e i t e r mit Sauerstoff reagiert, w o d u r c h ein Initial von höherer Verpuffungst e m p e r a t u r entsteht, w ä h r e n d bei geringerem Sauerstoffpartialdruck, also in Luft, Zerfall eintritt, bevor diese stille, w e i t e r e Sauerstofrreaktion stattfindet. Es tritt dann der eigenartige Fall ein, daß der Zündpunkt im reinen Sauerstoff höher liegt, als in der Luft. Auf Grund der Untersuchungen von Wollers und Elimcke sowie von T a u s z und Schulte kann man nunmehr als sicher annehmen, daß v o r der Zündung eine vorherige V e r g a s u n g des Brennstoffes nicht erforderlich ist; nur insoweit es sich um die e r w ä h n t e n S a u e r stoffanlagerungen handelt, ist man berechtigt, von einer pyrogenen Zesetzung des Brennstoffes vor der Zündung zu sprechen. S o w e i t stich die im vorstehenden e r w ä h n t e Theorie von Tausz auf die chemischen Vorgänge v o r der Zündung bezieht, dürfte sie auch heute noch Geltung h a b e n ; hingegen scheint die Annahme, daß die Zündpunkte vom Luftdruck abhängig sind, auf Grund von Untersuchungen N e u m a n n s 27) nicht erschöpfend zu sein. Die Erniedrigung der Zündpunkte ist vielmehr auf die zunehmende Dichte d e r Luft zurückzuführen, da die W ä r m e a u f n a h m e der Brennstoffteilchen durch Leitung erfolge, die W ä r m e l e i t u n g aber von d e r Luftdichte abhängt. Die Ermittlung der auf Grund' der Versuche von T a u s z und Schult© zu jeder Zündtemperatur l s und zu jedem Druck p gehörigen Dichte liefert nach Neumann die Abhängigkeit des Zündpunktes von der Luftdichte mit großer Genauigkeit durch ein P o t e n z gesetz: T = C Y " m (°abs.)

—

71

—

Hierbei bedeuten C und in Konstanten, die für Oele mit vorwiegend aliphatischem Kohlenwasserstoffgehalt um die Mittelwerte C ^ 709 und m = 0,160 schwanken. Neumann hat anknüpfend an die Versuche von J u n k e r s 2S) und N u s s e i t 2 9 ) die physikalischen Voraussetzungen der Zündung und V e r b r e n n u n g durch umfangreiche Untersuchungen eingehend erforscht und die hierbei auftretenden Erscheinungen mathematisch analysiert. Im Vordergründe seiner Untersuchungen steht die E r mittlung der Zeit, in welcher d i e ' U m s e t z u n g der chemischen Energie des Brennstoffes in W ä r m e erfolgt; hierbei 1 unterscheidet er, wie bei allen anderen Verbrennungsmotoren auch bei d'er Dieselimaschine drei Hauptabschnitte: 1. die Ze.'t vom Eintritt des Brennstoffes in die Maschine bis zur Einleitung der Zündung; 2. die H a u p t v e r b r e n n u n g vom Beginn der Drucksteigerung bis zum Erreichen des V e r b r e n n u n g s - H ö c h s t d r u c k e s ; 3. das Nachbrennen w ä h r e n d der Expansion. Um die hierbei auftretenden W ä r m e v e r l u s t e , die unter sonst gleichen Umständen der Zeit proportional sind, auf ein Mindestmaß zu beschränken, ist eine rasche Umwandlung der chemischen Energie in W ä r m e e n e r g i e anzustreben. Da mit der F o r d e r u n g nach einer bestimmten Drehzahl die für den chemischen P r o z e ß in der Maschine zur Verfügung stehenden Zeit beschränkt ist, muß er in einer außerordentlich kurzen, nach wenigen Hundertsteln von Sekunden zählendem Zeit abgeschlossen sein. Die Geschwindigkeit des Energieumsatzes hängt, wie die aller chemischer Reaktionen, nach dem M a s s e n w i r k u n g s g e s e t z ab von d e r T e m p e r a t u r und der Konzentration der an ihr teilnehmenden Bestandteile; sie ilst f e r n e r nach dem Wenzclschen Gesetz proportional der Größe der reagierenden Oberflächen. Der Ablauf der Reaktion wird dadurch v e r z ö g e r t , daß die beiden Medien, Luft und Brennstoff, sich zunächst in zwei verschiedenen Agregatzuständ'en befinden und erst zu einer Grenzfläche gelangen müssen, in welcher sich die Reaktion abspielen kann. Von weiterer Bedeutung ist dann die Geschwindigkeit der Reaktion selbst, sowie die Möglichkeit, die sich bildenden Reaktionsprodukte aus dem R e a k t o n s r a u m zu ent fernen und f ü r den ganzen Verlauf der Reaktion konstante Verhältnisse zu schaffen. W i e alle neueren Untersuchungen zeigen, besteht darüber kein Zweifel, daß d e r W ä r m e ü b e r g a n g zwischen Luft und Brennstoff die Zündvorgänge beherrscht. Die durch Verdichtung e r w ä r m t e Luft

—

72

—

gibt ah die kugelförmig v o r a u s g e s e t z t e n Brennstofftröpichen W ä r m e ab. Dabei ist, w i e a u s Untersuchungen N u s s e 11 s 30 ) ü'ber den ähnlich verlautenden V e r b r e n n u n g s v o r g a n g in Kohlenstaubfeuerung bekannt ist, die Zündzeit umso kürzer, je höher die A n f a n g s t e m p e r a t u r des B r e n n s t o f f e s liegt; hingegen nimmt sie nach einem G e s e t z e quadratischen C h a r a k t e r s mit dem K u g e l h a l b m e s s e r der B r e n n s t o f f tropfen zu. Die schnelle Abnahme der Zündzeiten iäßt sich int übrigen allein durch die physikalischen Wirkungen des W ä r m e ü b e r g a n g e s , den d e r w a c h s e n d e T e m p e r a t u r u n t e r s c h i e d zwischen L u f t und Brennstoff hervorruft, nicht erklären, ist vielmehr nach Neumann auf die schnelle S t e i g e r u n g der R e a k t i o n s g e s c h w i n d i g k e i t mit d e r T e m p e r a t u r zurückzuführen. Ein anderer F a k t o r , der auf die V e r kürzung der Zündzeit hinwirkt, ist die Erhöhung der W ä r m e ü b e r gang,szahl von L u f t an die Oeltröpfchen bei lebhafter D u r c h w i r b e l u n g der ersteren. Abb. 37 zeigt d a s r a s c h e A n w a c h s e n der W ä r m e ü k e r g a n g s z a h l bei rascher L u f t s t r ö m u n g (n > 0) g e g e n ü b e r der ruhenden L u f t (n = 0), Abb. 38 die mittlere W ä r m e a u f n a h m e des B r e n n s t o f f e s in der Zeiteinheit w ä h r e n d des Z ü n d v e r z u g e s unter denselben Voraussetzungen. o,a s

ZS5\

16

Q"

£ 1

T

0,z

u

100

200

1 1 1 1 1

\ljoe

'l Ii l\ 1 \w>0 1\ 1 \ 1 \

i i \A 1 i \ i i 300

WO

Lufttemperatur

500

600

WO

Abb. 37

Durch lebhafte S t r ö m u n g im Verdichtungsraum der Dieselrnaschine wird also der W ä r m e ü b e r g a n g v o n L u f t an B r e n n s t o f f erhöht, die T e m p e r a t u r des Oeltropfens steigt rascher mit der Zeit. D a gleichzeitig mit zunehmender T e m p e r a t u r auch die R e a k t i o n s geschwindigkeit bedeutend w ä c h s t , s o wirken beide Einflüsse auf eine wesentliche V e r k ü r z u n g des Ziindverzuges hin. D e Wirbelung, die für die Einleitung 4 e r Zündung grundlegende B e d e u t u n g hat. ist auch für den Verlauf der Verbrennung nicht zu entbehren, da sie die Inhomogenität des Breiinstoffnebels während der Einspritzung a u s z u -

— 73

-

gleichen strebt, w a s unter Umständen eine gleichzeitige Zündung a,} v e r s c h i e d e n e n S t e l l e n des R a u m e s b e w i r k e n und' dadurch dio V e r brennung abkürzen kann. Die» S c h n e l l ' g k e i t der V e r b r e n n u n g

ist, w i e die jeder

anderen

c h e m i s c h e n R e a k t i o n in dispersen S y s t e m e n , proportional der ( i r ö ß e der

reagierenden

Oberflächen.

Das

geeignete Mittel, die

Verbren-

nung zu beschleun/gen ist also die Erzielung einer möglichst großen R e a k t i o n s f l ä c h e des g e s a m t e n eingespritzten B r e n n s t o f f e s , d. h. Bildung messers,

möglichst

zahlreicher

Brennstofftropfen

geringsten

die

Durch-

D a sich m i t a b n e h m e n d e r T r o p f e n g r ö ß e das Volumen mit

der dritten P o t e n z , die O b e r f l ä c h e a b e r nur mit der z w e i t e n Potenz, v e r r i n g e r t , so ist der einzuschlagende W e g deutlich g e k e n n z e i c h n e t .

« f e - ^

Abb. 38

Neumann hat auch die F r a g e zu klären v e r s u c h t , ob w ä h r e n d des E i n s p r i t z v o r g a n g e s ein V e r d a m p f e n des B r e n n s t o f f e s

stattfindet.

E r k o m m t dabei zu dem E r g e b n i s , daß dies tatsächlich der F a l l ist, da die Oeltröpfchen bei ihrem Eintritt in den Zylinder einen

Raum

mit ,hocherhitzter Luft vorfinden, deren Dampfkonzentration zunächst null ist, a b e r im L a u f e der Zeit bis zu einer der T e m p e r a t u r sprechenden Sättigung anwachsen kam.

ent-

Hingegen k o m m t a u c h Neu-

mann e b e n s o wie frühere F o r s c h e r zu dem E r g e b n i s , daß diese V e r dampfung einen m a ß g e b e n d e n Einfluß auf die Zündung nicht ausübt, da s!re sich bei den ä u ß e r s t geringen, zur Verfügung stehenden Zeiten kaum

a u s w i r k e n kann.

Selbst

bei erheblichem Zündverzug

betrug

die größte durch W e g d a m p f e n e r m i t t e l t e Abnahme nur 5 % , die hierfür aufzuwendende V e r d a m p f u n g s w ä r m e samten

Wärmeaufnahme,

sodaß

die

b e t r ä g t e t w a 2 % der

dem

Tropfen

aus

der

geVer-

dichtungshub zugeführte W ä r m e im w e s e n t l i c h e n F l ü s s i g k e i t s w ä r m e i s t

—

74

—

Nach neueren Untersuchungen von S a s s 31) sind jedoch auch diese geringen für die Verdampfung angegebenen W e r t e noch zu hoch. Als Zeit für die Verdampfung steht nur der Zündverzug zur Verfügung; nach Sas,s ist der Zündverzug jedoch noch kürzer, als Neumann annimmt, der ihn bei kompressorlosen Maschinen ungefähr der Zeit zwischen Förderbeginn der Brennstoffpumpe und sichtbarem Druckanstieg im Indikatordiagramm gleichsetzt. Ein erheblicher Teil dieser Zeit — in der Regel mehr als die Hälfte — fällt jedoch auf den „Einspritzverzug" d. h. die Zeit, die zwischen Förderbeginn der Brennstoffpumpe und Beginn des Einspritzens liegt, und die zur Verdichtung des Treiböles und zui Dehnung der Rohrleitung v e r b r a u c h t wird. Nach Messunigen von S a s s b e t r ä g t der eigentliche Z ü n d v e r z u g nur V300—V«»* sec; in dieser kurzen Zeit kann nur eine ganz geringfügige V e r d a m p f u n g erfolgt sein, die das ursprüngliche Voluimen des Tröpfchens um kaum 0,1 % v e r r i n g e r t hat. Sass hat in seiner Arbeit auch die F r a g e gestreift, in welcher W e i s e das eingespritzte Treiböl nach seiner Zündung im Dieselmotor v e r b r e n n t ; die von ihm angegebenen Literaturquellen über die V e r b r e n n u n g von Kohlenoxyd (CO) Methan (CH^) Aethylen (C H^) und Azetylen (O,, H J lassen z w a r erkennen, daß die Verbrennung zwangsläufig über eine große Zahl von Zwischenverbindungen geht, gestatten aber nicht den ganzejn Verlauf des V e r b r e n n u n g s v o r g a n g e s der kompliziert zusammengesetzten Gemische von Kohlenwasserstoffen, welche die Treiböle darstellen, zu erfassen. Soweit die vorliegenden Untersuchungsarbeiten überhaupt schon Schlüsse auf die genannten Erscheinungen zulassen, scheint festzustehen, daß die Gasöle bei ihrer V e r b r e n n u n g in kleinere Moleküle, in erster Linie Aethylen und Methan zerfallen. Hiermit sind allerdings blos die Endglieder der Verbrennung allgemein g e f u n d e n ; wieviele Reaktionen noch eine umfangreiche Arbeit zu leisten, um eine völlige Aufklärung daß ihre Zahl recht groß ist. Hier hat die chemische F o r s c h u n g noch eine umfangreiche Arbeit zu leisten, um eine völlige Aufklärung der V e r b r e n n u n g s v o r g ä n g e des Treiböles im Dieselmotor herbeizuführen. Neben der Untersuchung der physikalischen und chemischen Voraussetzungen von Zündung und Verbrennung, ist es v o r allem die f ü r kompressorlose Maschinen so überaus wichtige F r a g e der Zerstäubung, die Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten gew o r d e n ist. Hier w a r man längere Zeit lediglich auf die Arbeiten der H y d r o d y n a m i k e r angewiesen, welche das Ausfluß- und Turbulenz-

—

75

—

P r o b l e m an W a s s e r e i n g e h e n d e r studiert haben. D a s sich auf G r u n d d i e s e r Arbeiten e r g e b e n d e Bild des Z e r s t ä u b u n g s v o r g a n g e s ist ung e f ä h r f o l g e n d e s : Eine Flüssigkeit b e w e g t sich b e i m D u r c h s t r ö m e n d u r c h m e h r o d e r w e n i g e r enge R o h r e bis zu einer kritischen Ges c h w i n d i g k e i t l a m i n a r f o r t und z w a r mit einem a n n ä h e r n d p a r a boloidischen G e s c b w i n d i g k e i t s v e r l a u f über den g e s a m t e n Q u e r s c h n i t t . Die o b e r e G r e n z e f ü r den l a m i n a r e n Verlauf der S t r ö m u n g ist geg e b e n durch die R e y n o l d s c h e F o r m e l R . v C =

—

w o b e i R eine v o n der R o h r r e i b u n g abhängige Konstante, v die kinem a t i s c h e Zähigkeit der Flüssigkeit und d den R o h r d u r c h m e s s e r b e z e i c h n e t ; o b e r h a l b d i e s e r kritischen G e s c h w i n d i g k e i t (bei T r e i b ö l e n und üblichen Rohrquerschniitten e t w a 35 m/sec) beginnt durch innere F l ü s s i g k e i t s r e i b u n g eine Z u n a h m e der Geschwindigkeit in einer w i r b e l n d e n R a n d s c h i c h t a u f z u t r e t e n , w e l c h e beim Austritt a u s der D ü s e zu einer A u f h e b u n g der K o h ä s i o n s k r ä f t e des F l ü s s i g k e i t s f a d e n s f ü h r t . Von g r ö ß t e r B e d e u t u n g auf die Auflösung und Z e r s t ä u b u n g des S t r a h l e s ist a b e r die F o r m der Ausflußöfinung, deren R a n d w i r k u n g die A u f f a s e r u n g des S t r a h l e s e n t s c h e i d e n d beeinflußt; als Mittel zur f e i n s t e n Z e r s t ä u b u n g ist es vorteilhaft, die Rand Wirkung der Düse zu e r h ö h e n , indem m a n bei g e g e b e n e n Durchflußquerschnitten möglichst a u s g e d e h n t e M ü n d u n g s r ä n d e r und feinste Durchgangs:spalten v e r wirklicht. Die F r a g e , o b durch R e i b u n g des mit hoher G e s c h w i n d i g keit aus d e r Düse t r e t e n d e n S t r a h l e s an der u m g e b e n d e n L u f t eine w e i t e r e Z e r s t ä u b u n g auftritt, ist dabei v o n d e n meisten F o r s c h e r n •— w e n i g s t e n s f ü r hohe Ausflußgeschwind'igkeit und geringe T r o p f e n g r ö ß e n — v e r n e i n t w e r d e n . M e s s u n g e n v o n L e n a r d 1 3 ~) über die D e f o r m a t i o n von W a s s e r t r o p f e n bei g r o ß e r G e s c h w i n d i g k e i t e r g a b e n , daß e r s t T r o p f e n mit D u r c h m e s s e r n v o n m e h r als 5 mm durch die L u f t r e i b u n g s o w e i t d e f o r m i e r t w u r d e n , daß sie a u s e i n a n d e r p l a t z e n ; bei T r o p f e n g r ö ß e n v o n w e n i g e r als 0,5 m'm D u r c h m e s s e r k ö n n e n •infolge der O b e r f l ä c h e n s p a n n u n g nicht einmal Defonnationcfn eint r e t e n . Die Möglichkeit eines w e i t e r e n Zerfalles von f e i n z e r s t ä u b t e n O e l t r o p f e n ist um so w e n i g e r zu e r w a r t e n , als ihre O b e r f l ä c h e n s p a n n u n g e t w a 6 mal s o groß ist, als die der v o n L e n a r d t u n t e r s u c h t e n W a i s s e r t r o p f e n . Auch d e r V e r d i c h t u n g s g r a d der L u f t ist auf die Z e r s t ä u b u n g ohine Einfluß, da die R e i b u n g s k o n s t a n t e d e r Luft, die n a c h L e n a r d t y - - - 0,000172 b e t r ä g t , nur von der T e m p e r a t u r , nicht a b e r v o m D r u c k abhängig list. W e n n m a n von einem Einfluß der V e r dichtung auf die Z e r s t ä u b u n g s p r e c h e n will, so k a n n dies n u r insofern

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76

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geschehen, als durch die mit der Verdichtung verbundene T e m p e r a t u r ä n d e r u n g eine V e r ä n d e r u n g der Troipfengröße durch W ä r m e a u f n a h m e oder Bildung von Dampfhüllen an der Oberfläche eintreten kantn; dieselbe wird sich in einer Aenderung ihres W i d e r s t a n d s w e r t e s und einer entsprechenden Abweichung von der errechneten W e g l ä n g e äußern. Die Rückwirkung der Luft auf die Struktur des gesamten Strahles ist jedoch d e s w e g e n nicht ganz zu vernachlässigen, da sie die Auflockerung d'er beim Austritt aus der Düse dicht zusammengeballten Brennstofftropfen begünstigt u.nd die Zerfaserung des Strahles in zahlreiche Teilstrahlen bewirkt. Tritt der Strahl, wie das z. B. bei einfachen Lochd'üsen der Fall ist, in F o r m eines Kegelmantels aus, so w e r d e n besonders am U m f a n g des Manteds Tröpfchen abgesplittert und' nach innen oder außen abgelenkt; Zerstäubungsbilder zeigen daher fast stets es ne Verteilung dar feinsten Tröpfchen in der Nähe der Kegelachse, sowie an der Peripherie. In neuerer Zeit hat T r i e b n i g g die F r a g e der Zerstäubung und die physikalischen Grundlagen des Einspritzvorganges auf Grund der Lehre von den Kapillaritätserscheinungen untersucht. Nach seiner Theorie (ist die Ursache des Strahlzerfalles die W i r k u n g des Reibungsdruckes und des Normaldruckes der Oberflächenspannung auf die Stirnfläche des Flüssigkeitsstrahles. Um das Gleichgewicht zwischen diesen beiden Kräften herbeizuführen, um also eine stabile Gleichgewichtsform der Stirnfläche des Strahles herzustellen, muß sich das Flüssig'keitsvolumen am Stirnende des Flüssigkeitsstrahles entsprechend der stabilen Gleichgewichtsform ausbauchen. Erreicht der Durchmesser der Stirnaberfläche, der in diesem theoretischen Falle Kugelgestalt hat, das jr-fache b z w . 4-fache des mittleren Strahldurchmessers, so schnürt sich das ausgebauchte Flüssigkeitsvolumen a b und b e w e g t sich nun als selbständiges Flüssigkeitsteilchen unter Geschwindigkeitsverzögerung weiter fort. Das Ergebnis seiner rechnerischen Untersuchung faßt Triebnigg in folgenden Sätzien kurz z u s a m m e n : . 1. Die Tropfengröße ist unabhängig vom D ü s e n d u r c h m e s s e r ; sie ist direkt proportional der Oberflächenspannung und d'em spezifischen Gewichte des Treiböles, hingegen umgekehrt proportional seinem Ueberdruck und der Dichte des Mediums, in welches der Strahl einströmt. 2. Die Strahllänge, für die der Strahlzerfall eintritt, ist von einer gewissen Größe der Mediumdichte und des Strahlüberdruckes an, unabhängig v o m Düsendurchmess-er, direkt proportional der Oberflächenspannivng und dem spezifischen Gewichte des Treiböles, da-

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n

gegen umgekehrt proportional seinem Ueberdruck und dem Quadrate der Dichte des Mediums, in welches der Strahl einströmt. Die Frage, ob die Brennstofftröpfchen w ä h r e n d ihres W e g e s durch den V e r b r e n n u n g s r a u m noch eine weitere, zusätzliche Zerstäubung erfahren, wird im Einklang mit früheren Untersuchungen auch von Triebnigg verneint. Nach dem vorher gesagten ist die Tropfengröße nur von der größten Relativgeschwindigkeit zwischen Flüssigkeit und Medium abhängig; d a aber im Verlauf des Einströmens die Brennstoffteilchen keine Beschleunigung, sondern nur eine Verzögerung erfahren, die Relativgeschwindigkeit zwischen Brennstoffteilchen und' Verbrennungsluft im Zylinder also immer mehr abnehmen muß, so k a n n ein w e i t e r e s Zerstäuben der Flüssigkeitsteilchen nach dem Strahlzerfal'l nicht mehr eintreten. Die Untersuchungen Triebniggs sind deswegen b e m e r k e n s w e r t ; weil hier — in der Fachl, teratur wahrscheinlich zum ersten Male — der Versuch g e m a c h t wird', den Einspritzvorgang theoretisch zu erfassen. Die zahlenmäßige A u s w e r t u n g der gewonnenen Ergebnisse br„ngt allerdings g e w i s s e Schwierigkeiten mit sich, da einzelne physikalische Konstanten, insbesondere die 'Kapillaritätskonstanten und die R e i b u n g s w e r t e zwischen Luft und Oel zur Zeit noch nicht mit hinreichender Genauigkeit ermittelt w o r d e n sind. Angesichts des Umstandes, daß den Konstrukteur weniger der Verlauf, als vielmehr der Endeffekt d'er Zerstäubung, nämlich die hierbei erzielte Tropfengröße, interessiert, ist die Ermittelung dieser W e r t e von jeher Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten gewesen. Eine umfassende Uebersicht d e r hierbei angewendeten Untersuchungsmethoden hat S a u t e r 34) gegeben; e r w ä h n t seien an dieser Stelle v o r allem das Verfahren von H ä u s s e r und S t r o b e 1 3r ') und von K ü h n 3"), weiche die aus einer Düse ausgespritzten Brennstoffteilchen auf einem Schirm auffingen und ihre Größe durcli Messung und W ä gung bestimmten, ferner die rechnerische Ermittelung der Tropfengröße auf Grund der Messung des von ihnen in verschiedenen Entfernungen von der Düse auf eine ebene Platte ausgeübten dynamischen Druckes. (R i e h m) :!7). Die genannten Verfahren, insbesondere das Auffangen der Tröpfchen auf einem Schirm, sind jedoch für den praktischen Betrieb deswegen recht schwierig zu handhaben, da sie zum Auffangen der Tropfen einer ziemlich umfangreichen Apparatur benötigen. Vor allem aber macht die W ä g u n g große Schwierigkeiten, da die verschiedenen Einflüsse, wie Feuchtigkeitsgehalt der Luft, T e m p e r a t u r e n usw. hierbei bestimmt und die W ä g u n g entsprechend korrigiert werden muß. Auch gibt die aus dem Gesamtgewicht der

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7S

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aufgefangenen Tropfen und ihrer Zählung ermittelte Tropfengröße nur einen mittleren W e r t , ohne nähere Anhaltspunkte über Anzahl und Größe der kleinsten und größten Tropfen, sowie ihre zahlenmäßige Verteilung im Strahlenbild zu liefern. Erheblich sicherer als die genannten Messungen ist das Verfahren von W ö 11 j e n 38 ), der in seiner Dissertation eine außerordentlich b r a u c h b a r e Methode zur Ermittlung der Tropfengrößen angibt. Wöltjen h a t bei seiner Bestimmungsmethode besonderen W e r t darauf gelegt, -die Brennstoffe möglichst unter den in d e r Maschine herrschenden B e w e g u n g e n zu zerstäuben und die erhaltenen Tropfen photographisch zu fixieren. Ausgehend von den in der Kolloidchemie üblichen Verfahren wird der Brennstoff in eine Auffangflüssigkeit gespritzt, in welcher er sich längere Zeit u n v e r ä n d e r t hält; als Dispersionsflüssigkeit w u r d e eine Mischung von 70 % destilliertem W a s s e r und 30 % Queol D ( Q e r b e x t r a k t der kolonialen Farbstoffgesellschaft, Karlsruhe) benutzt. Um den im Motor herrschenden Verhältnissen möglichst nahe zu kommen, läßt er die Einspritzung in einer Stahlbombe erfolgen, die zum Teil mit der genannten Dispersionsflüssigkeit gefüllt ist, und deren L u f t r a u m durch Preßluft auf den im Motor herrschenden Verdichtungsdruck gebracht wird. Da das in die Bombe eingespritzte Oel zunächst die verdichtete Luft durchdringt, b e v o r es in das Dispersionsmittel eindringt, so w e r d e n auch e t w a i g e Einflüsse dsr Luftreibung auf die Veränderung d e r Masse der Tropfen der B e o b a c h t u n g sichtbar. Die so erhaltene Emulsion von Oel und Aufsaugeflüssigkeit kann dann unter dem Mikroskop mit hinreichender Genauigkeit untersucht w e r d e n , wobei nicht nur die Größe d e r einzelnen Tropfen durch ein Meßokular bestimmt, sondern auch das Verhältnis der verschiedenen Tropfengrößen zueinander statistisch ermittelt w e r d e n kann. Tafeln I und II stellen Mikrophotographien verschiedener Zerstäubungsversuche dar, und z w a r sind die in Abb. 39—42 w i e d e r g e g e b e n e n Zerstäubungsbilder durch Lufteinblasung, Abb. 44, durch luftlose Einspritzungen gewonnen w o r d e n . Aus den Bildern geht deutlich h e r v o r , welchen Einfluß die Steigerung des Einspritzdruckes auf die Tropfengröße und die Gleichmäßigkeit der Tropfenbildung besitzt. Zum Vergleich durch den mit Oeleinspritzungen gewonnenen künstlichen Emulsionen zeigt Abb. 43 der Tafel I eine natürliche Emulsion, nämlich Kuhmilch, deren suspendierten F e t t k ö r p e r c h e n in Bezug auf ihre Größe den bei feinster Zerstäubung zu erzielenden Oeltröpfchen gleichen. Die vergleichende Betrachtung der Zerstäubungsbilder bestätigt die Richtigkeit der Annahme, daß die Zerstäubung im wesentlichen

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79

-

eine F u n k t i o n d e r S t r a h l g e s c h w i n d i g k e i t b z w . des E i n b l a s e d r u c k e s ist. Die bei niedrigen Drückein zahlreich v o r h a n d e n e n g r o b e n T r o p f e n n e h m e n mit s t e i g e n d e m D r u c k i h r e r Zahl n a c h ab, die Zahl d e r T r o p f e n mittlerer G r ö ß e w ä c h s t und in noch s t ä r k e r e m M a ß e die Zahl der f e i n e n ; d'as Z e r s t ä u b u n g s b i l d w i r d gleichmäßiger. Aus einem Vergleich d e r Zahlentafel III und IV ist ersichtlich, w i e gleiche mittlere T r o p f e n g r ö ß e n beim n o r m a l e n und k o m p r e s s o r l o s e n M o t o r mit v e r schiedenen Einblase- b z w . E i n s p r i t z d r u c k e n erzielt w e r d e n . Zahlentafel

III.

Tropfengröße bei Lufteinblasung. [

Abbildung Tafel I

Einblasedruck p in kg ¡cm2 r 2t

39 40 41 42

75 65 50 40

! [

Austritts, . .. . .. geschw.nd.gke.t w in m/sec.

Tropfen durchmesser dm in 0,001 mm

372 345 286 220

4,37 13,75 17,5 25

Z a h l e n t a f e l IV. Tropfengröße be luftloser Einspritzung. Abbildung Tafel II

Einspritzdruck

45 46 47 48 49 50

300 250 200 150 100 50

2

p2 in kg ¡cm

Austrittsgeschwindigkeit w in m/sec.

Tropfen durchmesser dm in 0,001 mm

256 235 210 183 149 112

4,37 13,75 20 26,25 33,75 40

Wen)n V e r s u c h e mit e i n e r s e h r w e i t g e t r i e b e n e n Z e r s t ä u b u n g häufig n e g a t i v e R e s u l t a t e e r g e b e n , so .muß daraus, g e s c h l o s s e n w e r d e n : daß trotz der b e d e u t e n d e n a u f g e w e n d e t e n E i n s p r i t z e n e r g i e d e r B r e n n stoff nicht w e i t g e n u g in den V e r b r e n n u n g s r a u m hinein g e t r a g e n w i r d , s o n d e r n unmittelbar v o r d'er Düse sich a b l a g e r t und d a d u r c h d e r v o l l k o m m e n e n V e r b r e n n u n g entgeht. Eine k r ä f t i g e D u r c h w i r b l u n g d e r L u f t ist hier das einzige Mittel, die V e r t e i l u n g d e s B r e n n stoffes ü b e r den g a n z e n V e r b r e n n u n g s r a u m zu b e w i r k e n . Daß a n d e r e r s e i t s a b e r a u c h eine zu g r o b e Z e r s t ä u b u n g eine m a n g e l h a f t e Verbrennung herbeiführt, versteht srch nach dem vorher gesagten v o n s e l b s t ; auch bei v e r h ä l t n i s m ä ß i g l a n g s a m l a u f e n d e n M a s c h i n e n mit einer V e r b r e n n u n g s z e i t v o n 0,02 bis 0,01 sec finden T r o p f e n v o n m e h r als 50 H D u r c h m e s s e r ü b e r h a u p t keine Zeit m e h r zu ihrer vollständigen V e r b r e n n u n g , s o n d e r n gehen u n v e r b r a n n t mit den Abgasen a u s der M a s c h i n e .

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SO —

Tafel I. (Lufteinblasung) Verdichtungsdruck p e = 30 at

'É'ìM

Abb. 39 p e = 75 at dm = 4,37 p

Abb. 40 p e = 65_at

Abb. 41 p e = 50 at d m = 17,5 |n

Abb. 42 p e = 40at «Im = 25 ,u

Abb. 43 Sahne (Kuhmilch) dm = 4,5 (1

dm = 13,75 ¡n

Abb. 44 p e = 150 at dm 13,75 ju L u f t l o s e Einspritzung mit Streudüse

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81

_

Tafel II. (Luftlose Einspritzung)

Abb. 45 p e = 300 at dm =

4,37 n

Verdichtungsdruck p e =

30

Abb. 46 p e = 250 at d m = 03,75

Abb. 47 p e = 200 at

Abb. 48 p e = 150 at d m = 26,25 ¡1

Abb. 49 p e = 100 at d m = 33,75 n

Abb. 50 p e = 50 at dm = 40 n

dm = 20 n

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82

_

Neben der Kenntnis der Tropfengröße interessiert den Konstrukteur der kompressorlosen Dieselmaschine vor allem die Frage» in welchem Umfange sich der Verbrennungsraum von der Düse aus bestreichen läßt. K ü h n 3 9 ) hat versucht, aus der durch Versuche zu bestimmenden Masse der Breninstofftropfen und ihrer aus dem Pumpendruck zu berechnenden Austrittsgeschwindigkeit die Länge ihrer Wege und ihre Geschwindigkeit im Verbrennungsraum zu ermitteln. Bei der 'hierbei vorzunehmenden Rechnung war in erster Linie zu berücksichtigen, in welcher Weise die dem einzelnen Tröpfchen beim Austritt aus der Düse erteilte Geschwindigkeit unter dem Einfluß der Luftreibung abnimmt. Während für n'edrige Geschwindigkeiten der Widerstand nach der Strokesschen Formel proportional der Geschwindigkeit zunimmt, ändert er sich bei höheren G e schwindigkeiten nach dem Newtonschen Widerstandsgesetz annähernd mit dem Quadrate der Geschwindigkeit und proportional der Massendichte dqr Luft und der Projektion des Tropfens in der Bewegungsrichtung. Der obere Grenzbereiich der Strokesschen Formel ist unabhängig von der Reynoldschen Zahl, die nach Versuchen von Lewhardt über die Endgeschwindigkeit des freien Falles von Wassertropfen zu R =r 50 bestimmt worden ist. Für Brennstofftropfen mit Durchmessern von etwa 30 H und einer kinematischen Zähigkeit der Luft von v = 0,15 cm 2 /sec erhält man die untere Grenzgeschwindigkeit für diie Gültigkeit des quadratischen Widerstandsgesetzes bei etwa 15 m/sec. Die Austrittgeschwindigkeit des aus der Düse tretenden Brennstoffstrahles liegt we ; ter darüber; Rechnungen von Kühn haben ergeben, daß unter Voraussetzung einer Tropfetigröße von 30 H Durchmesser und einer Anfangsgeschwindigkeit von 250 m/sec ein Tröpfchen in der auf 32 at verdichteten Luft des Kompressionsraumes, nach 0,00001 Sekunde, nur noch eine Geschwindigke't von 30 m/sec besitzt; der in d ,; eser Zeit durchlaufende Weg beträgt erst 8 mm. Nach 0,0001 Sekunde ist die Geschwindigkeit auf rund 4 m/sec gesunken, (hier muß bereits das Strockessche Widerstandsgesetz zur Anwendung gelangen) und die Strecke auf 16 mm gewachsen. Zeigen gemäß dieser Untersuchung bereits Tropfen von 30 Durchmesser eine solch rapide Abnahme ihrer Geschwindigkeit, so würden bei eiiner noch gernger gewählten Tropfengröße — eine Forderung, die sich bei schnellaufenden Maschinen zwecks Erzielung hoher Verbrennungsgeschwindigkeiten von selbst ergibt, — die Verhältnisse noch giinst ; ger werden. In der Tat sind aber, wie vorgenommene Versuche zeigen, die von den Brennstofftröpfchen zurück-

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83

gelegten iWege ganz erheblich g r ö ß e r ; die Unstimmigkeit zwischen Rechnung und Versuch erklärt sich zwanglos dadurch, daß die von Kiiiin angestellten Ueberlegungen von der M a s s e nur e.nes Tropfens und der Voraussetzung einer unendlich großen, ruhenden Luftmenge ausgingen. In Wirklichkeit a b e r hat m a n mit der kinetischen Energie des gesamten Brennstoffstrahles zu rechnen, welcher die B e w e g u n g s energie sämtlicher Tropfen der L u f t mitteilt, diese beschleunigt und zum T r ä g e r des Brennstoffnebels macht. Sobald aber die von den Brennstofftröpfchen in B e w e g u n g gesetzte Luft Geschwindigkeiten erreicht, die mit denen der Teilchen vergleichbar sind, ändert sich der Luftwiderstand, der ja nicht von der absoluten Geschwindigkeit der Teilchen, sondern von d e r e n Relativgeschwindigkeit gegenüber der sie umgebenden Luft abhängig ist. Das Resultat der Rechnung ist also solange praktisch bedeutungslos, als nicht die Einflüsse der Luftb e w e g u n g berücksichtigt w e r d e n . Bei der außerordentlichen Schwierigkeit, diese von zahlreichen F a k t o r e n , ,in erster Linie von der Gestalt des V e r b r e n n u n g s r a u m e s abhängigen Einflüsse rechnerisch zu erfassen, bleibt daher im Augenblick nur der Versuch als sicheres Mittel zum Erfolg. Wie bereits weiter oben m e h r f a c h angeführt, hat man früher als eines der wesentlichsten Merkmale des Dieselv'eriahrens die Gleichdruckverbrennung angesehen. Diese Anschauung hat im Laufe der Zeit immer mehr an Bedeutung verloren, nachdem man erkannt hat, daß der hohe Nutzeffekt der Dieselmaschine keineswegs von dieser F o r m der Verbrennungslinie abhängig ist, daß vielmehr nicht nur dieselben, sondern auch günstigere Betriebsergebnisse mit einem von der Gleichdruckverbrennung abweichenden Arbeitsverfahren möglich sind'. Der C h a r a k t e r der Verbrenmingslinie einer Dieselmaschine wird zunächst einmal durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit w e l c h e r sich die chemischen Reaktionen oder die Umsetzung der W ä r m e in mechanische Energie abspielen. Im allgemeinen kann m a n sagen, daß diese Reaktionsgeschwindigkeiten bei kompressorlosen Maschinen größer als bei Luftemblasemaschinen sind, da infolge Wegfalles der durch die Expansion beim Einblasen stark abgekühlten Einblaseluft die T e m p e r a t u r e n im V e r b r e n n u n g s r a u m schon beim Einleiten der Zü|nd'ung höher sind. Daneben w i r d die F o r m der Verbrennungslinie maßgebend vom Zeitpunkt und der Dauer des Einspritzens beeinflußt. In Bezug auf die W a h l des Einspritzbeiginnes hat d e r Konstrukteur im allgemeinen freie Hand, es sei denn, daß die besonderen 6*

:n steiler Anstieg der T e m p e r a t u r ein, d e r a b e r schon bei 1130° plötzlich u n t e r b r o c h e n und durch einen e b e n s o j ä h e n T e m p e r a t u r s t u r z abgelöst w i r d . Bei 17° K u r b e l w i n k e l , w o b e i sich die Meßstelle 5 mm über der P f o r t e befindet, schlägt der T e m p e r a t u r v e r l a u f plötzlich w i e d e r um und steigt z w i s c h e n 15 und 21 m m K o l b e n w e g v o n 980 auf 1360". Die B e d e u t u n g dieser d u r c h die M e s s u n g e r h a l t e n e n T e m peraturkurven für den V e r b r e n n u n g s v o r g a n g erklärt Stribeck w i e folgt: 4 7 ). „ D e r steile T e m p e r a t u r a n s t i e g bedeutet, daß sich das T h e r m o e l e m e n t in einer Zone der V e r b r e n n u n g befindet. S e h r hohe T e m p e r a t u r e n , — g e m e s s e n w u r d e n bis zu 2100° — treten nur dort auf, w o Brennstoff und L u f t im g ü n s t i g e n Verhältnis g e m i s c h t sind. D e r T e m p e r a t u r a b f a l l an der Meßstelle 30, der anhielt, während' sich diese Meßstelle z w i s c h e n 2 und 5 m m über der P o r t e befand, läßt sich nur durch Zutritt k ä l t e r e r G a s e e r k l ä r e n , da e r f a h r u n g s g e m ä ß eine Abk ü h l u n g d u r c h A u s d e h n u n g die T h e r m o e l e m e n t e nur w e n i g beeinflußt. Die A n t w o r t auf die F r a g e , w o h e r solche G a s e k o m m e n , gibt ebenfalls der Verlauf der T e m p e r a t u r k u r v e n ; m a n sieht, daß zur Zeit der raschen Abkühlung des T h e r m o e l e m e n t e s 30, an den d a r ü b e r l i e g e n d e n M e ß stellen 20, 10 und 0 die V e r b r e n n u n g im G a n g und die T e m p e r a t u r e n noch höher sind; an den tiefer gelegenen Meßstellen 40, 50, 60 und 70. die sich alle noch im R ä u m e a befinden, sind d a g e g e n die T e m p e r a t u ren niedriger als an der Meßstelle 30. Die abkühlenden G a s e k ö n n e n

— 236 — somit nur a u s d i e s e m R ä u m e zuströmen. Die F l a m m e n g r e n z e , oberhalb deren von Anfang der Zündung an Verbrennung herrscht, ändert ihre L a g e g e g e n ü b e r der P f o r t e nur wenig, sie b e w e g t sich mit dem Kolben a u f w ä r t s . Ueber 1300" erhebt sich die T e m p e r a t u r nur an den Meßstellen 0 bis 30, welche bei Kolbentotlage im Trichter und a m Deckel liegen. Daß dort die Verbrennung v o m Zündbeginn an ung e s t ö r t verläuft und zu hohen T e m p e r a t u r e n führt, weist darauf hin, daß dort zu Anfang und noch s p ä t e r d a s G e m i s c h von Brennstoff und Luft b e s o n d e r s günstig ist." °c ,600

"'"[ Omm / 10mr. 7 // / 10mm 20mm /A'VC Y 20mm S63 -

VI. Dieselmaschinen mit Druckeinspritzung. Nach der im vorstehenden bereits zum Ausdruck gebrachten Terminologie sollen als Dieselmotoren mit „Druckeinspritzung" oder m i t „Strahlzerstäubung" alle diejenigen kompressorlosen Maschinen bezeichnet w e r d e n , bei welchen der Brennstoff ohne Vermittlung v o n Luft oder eines anderen gasförmigen Mediums unmittelbar in •den Arbeitszylinder der Maschine eingeführt wird. Die Voraussetzungen für einen vollkommenen Verbrennungsprozeß sind bei der Druckeinspritzungsmaschine dieselben wie bei d e r V o r k a m m e r maschine. Bei beiden muß in einer außerordentlich kurzen, nach Bruchteilen von Sekunden zählenden Zeit der Brennstoff in den Arbeitszylinder zerstäubt und im V e r b r e n n u n g s r a u m so aufgeteilt w e r d e n , daß jedem Brennstofftröpfchen die zur Verbrennung nötige Luftmenge zur Verfügung steht, und eine möglichst vollkommene V e r b r e n n u n g aller Brennstoffteilchen in dieser kurzen Zeit g e w ä h r leistet ist. Der ganze Vorgang zerfällt demnach in die drei Teilvor^ ä n g e der Zerstäubung, der Verteilung und der V e r b r e n n u n g ; dieselben folgen in Wirklichkeit wohl für jedes Oelteilchen zeitlich aufeinander, fallen jedoch für die gesamte, innerhalb eines Arbeitsspieles -eingebrachte Brennstoffmenge mehr oder weniger zusammen. W a s zunächst den Zerstäubungsvorgang betrifft, so unterscheidet sich der Druckeinspritzungsmotor sehr wesentlich von der V o r k a m mermaschine. Es mag dahin gestellt sein, ob in der T a t die Druckg a s e der V o r k a m m e r den Verlauf des Einspritzvorganges in der •gleichen bzw. in ähnlicher W e i s e beeinflussen, wie die Einblaseluft der Kompressor-Dieselmaschine. Angesichts der noch immer h e r r s c h e n d e n Unklarheit über die sich hierbei tatsächlich abspielenden Vorgänge-, genügt für den Zweck dieser vergleichenden Betrachtung die Annahme, daß ähnlich wie die Einblaseluft auch die Druckgase der V o r k a m m e r den Energieträger bilden, dessen Absolutgeschwindigkeit die Relativgeschwindigkeit zwischen sich und dem Brennstoff, der in der verdichteten L u f t der V o r k a m m e r einen Teil seiner Anfangsgeschwindigkeit verloren hat, ergibt, und diesen, welc h e r der plötzlichen Beschleunigung einen seiner Masse entsprechen-

— 264 — den Widerstand entgegensetzt, durch das Vorbeistreichen mitreißend zerstäubt. Hingegen ergibt sich bei Motoren mit Druckeinspritzung die Reibung erzeugende Relativgeschwindigkeit zwischen Treiböl und Luit in der Weise, daß der Brennstoff unter hohem Druck in den Verbrennungsraum eingespritzt wird und so selbst der Energieträger wird, der durch seine absolute Austrittgeschwindigkeit die Relativgeschwindigkeit mit der ihn umgebenden Verbrennungsluft erzeugt, die zur Zerstäubung des Brennstoffes führt. Die zum Zwecke einer hinreichenden Zerstäubung anzuwendenden Einspritzdrücke sind hierbei ganz wesentlich höher, als bei der Vorkammermaschline; um eine Zerstäubung zu erhalten, welche in Bezug auf die Größenordnung der gebildeten Oeltröpfchen derjenigen einer Kompressordiieselmaschine gleichkommt, sind Einspritzdrücke, von d e r mehrfachen Höhe des üblichen Einblasedruckes anzuwenden. Die zerstäubten Brennstoffteilchen müssen nun derart im Verbrennungsraum verteilt werden, daß jedem Oeltröpfchen die zur Verbrennung erforderliche Sauerstoffmenge ¡sofort zur Verfügung steht. Auch hier liegen die Verhältnisse bei Vorkammermaschinen bedeutend günstiger, da die Druckgase den jgesamten Luftinhalt des Verbrennungsraumes in rasche und' kräftige Wirbelungen versetzen und so eine gute Verteilung des Brennstoffes gewährleisten. Diese Luftumwälzung, welche die bei der Verbrennung auftretenden Reaktionsprodukte rasch aus dem Reaktionsraum entfernt und neue Sauerstoffmeingen zum Herde der Verbrennung heranzieht, muß bei Druckeinspritzungsmaschinen durch andere Mittel hervorgerufen werden. Die Energie des Brennstoffstrahles selbst kann hierzu nur zum geringsten Teile herangezogen werden, da einmal das einzuspritzende Brennstoffgewicht durch die Belastung der Maschine bestimmt ist, und außerdem dem Flüssiigkeitsdruck der eingespritzteu Brennstoffstrahlen innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereiches eine Grenze gezogen ist, die nicht unter- bzw. überschritten werden darf, sofern die zur Verbrennung günstigste Tropfengröße des eingespritzten Brennstoffes erhalten bleiben soll. Da für die Erzeugung der Verwirbelungsarbeit beim kompressorlosen Verfahren im allgemeinen geringere Energieen zur Verfügung stehen, als bei der Lufteinblasung, so erfordert die Verwirbelung hierbei eine längere Zeit zu ihrer vollkommenen Auswirkung. Will man eine vollkommene Verbrennung ohne schädliches Nachbrennen erzielen, so wird1 man den Beginn der Einspritzung im allgemeinen etwas früher legen müssen, als bei Vorkammermaschinen. Das Indikatordiagramm der Druckeinspritzungsmaschine wird daher von demjenigen der Vor-

— 265 — kammermaschine gewisse Abweichungen aufweisen und Verbrennungsdrücke mit rascherem Druckanstieg zeigen.

höhere

Die im vorstehenden kurz angedeuteten Verhältnisse lasser. erkennen, daß in weit höherem Maße als bei Vorkammermaschinen zwei Faktoren für die Druckeinspritzungsmaschine von ausschlaggebender Bedeutung sind', die Feinheit der Zerstäubung und die Güte der Verteilung. Aus allen Patenten, die im nachstehenden angeführt sind, kristallisiert sich daher auch immer wieder das Bestreben der Erfinder, diese Wirkungen durch geeignete konstruktive Maßnahmen zu verbessern. Die Erhöhung des; Feinheitsgrades der Zerstäubung steht mit der Forderung nach guter Verteilung des Brennstoffes in einem gewissen Gegensatz. Brennstofftropfen, die ihrer Größenordnung nach an sich zu einer günstigen Verbrennung durchaus geeignet wären, besitzen eine derart geringe Masse, daß sie auch bei hohen Austrittsgeschwindigkeiten nicht weit genug in die verdichtete Luft des V e r brennungsraumes eindringen, sondern mehr oder weniger bereits in der Nähe der Düse abgebremst werden. Dieser Umstand hätte zur Folge, daß die Tropfen sich an der Düse zusammenballen und in ihrer Nähe nicht hinreichende Sauerstoffmengen finden, wodurch die Verbrennung langsam und schleichend verlaufen würde. Nun ist allerdings nicht anzunehmen, daß die gesamte Strömungsenergie des austretenden Brennstoffstrahles durch die Zerstäubungsarbeit aufgezehrt wird; vielmehr wird die den Brennstofftröpchen mitgeteilte Bewegungsenergie auch an die Luft abgegeben, welche ihrerseits .beschleunigt und somit zum T r ä g e r des Brennstoff,hebels gemacht ward. Das Arbeitsvermögen des Strahles wird nun um so besser an die umgebende Luft übertragen, je geschlossener er auf diese auftrifft und je geringer die Luftmengen sind, denen er seine Geschwindigkeit mitteilen muß. Die praktische Folge der hier abgeleiteten Ueberlegung für den Konstrukteur ist daher, den Brennstoffstrahl so zu leiten, daß er trotz feinster Zerstäubung die Brennstoffstralhlen in einen möglichst geschlossenen Kegel zusammenhält und diesen Kegel zur Erregung bzw. Aufrechterhaltung einer gewollten Luftwirbelung benutzt. Eine vollkommene Durchwirbelung des gesamten Verbrennungsraumes etwa in dem Umfange, wie dies bei Lufteinblasung möglich ist, lediglich durch dtie kinetische Energie des Brennstoffstrahles erzielen zu wollen, ist hoffnungslos; ganz abgesehen davon, daß bei der Lufteinblasung zu der Masse des Brennstoffes noch die nicht viel geringere Masse der Einblaseluft tritt, so erhält letztere auch durch ihre Expansion noch eine sehr hohe Austrittsgeschwindigkeit. Um

—

266

—

bei luftloser Einspritzung eine gleiche Strömungsenergie zu erzeugen, müßten P u m p e n d r ü c k e a n g e w e n d e t werden, die das Mehrfache der jetzt üblichen Drücke betragen würden. Vor allem aber k ä m e man dann zu einer außerordentlich kurzen Einspritzdauer und explosionsartigen Verbrennung, die zu einer Uebermessung des an sich schon hoch b e a n s p r u c h t e n T r i e b w e r k e s führen w ü r d e . W e n n also die zur Verteilung der Oeltropfen nötige Energie nur zum geringsten Teil aus dem Brennstoffstrahl entnommen w e r d e n kann, so müssen andere Mittel gesucht w e r d e n , die durchwirbelnde W i r k u n g der Einblaseluft b z w . der V o r k a m m e r d r u c k g a s e zu ersetzen. Bei zahlreichen der im folgenden zu besprechenden P a t e n t e sind derartige Mittel angegeben, die im wesentlichen darauf hinzielen, die Energie des Brennstoffstrahles durch eine zusätzliche gesetzmäßige W i r b e l b e w e g u n g der Verbrennungsluit so zu unterstützen, daß für die Brennstoffteilchen im Zeitelement, bezogen auf gleichem Kurbelwinkel, dieselben Vorbedingungen geschaffen w e r den, w i e bei Maschinen, welche die Durchwirbelung durch die Strömungsenergie eines gasförmigen Mediums hervorrufen. Eine derartige V e r s t ä r k u n g der L u f t u m w ä l z u n g im Verbrenn u n g s r a u m ist aber nicht nur f ü r die Verteilung der Brennstofftröpfchen von Bedeutung. Sie übt auch, wie die bereits e r w ä h n t e n Versuche von Neumann (vgl. S. 72) erwiesen haben, durch Erhöhung des W ä r m e ü b e r g a n g e s einen günstigen Einfluß auf die Verkürzung des Zündverzuges aus und b e w i r k t ein rasches Uebergreifen und Fortschreiten der Zündung und Verbrennung über den gesamten V e r b r e n nungsraum. Angesichts d e r Bedeutung einer w i r k s a m e n Luftumw ä l z u n g in Druckeinspritzungsmaschinen spielen Erfindungen, welche gesetzmäßige L u f t b e w e g u n g e n im V e r b r e n n u n g s r a u m hervorrufen, in der Patentliteratur eine beträchtliche Polle. Die Mehrzahl der im nachstehenden aufgeführten P a t e n t e betrifft denn auch in d e r Tat Mittel zur V e r b e s s e r u n g der Brennstoffverteilung, w ä h r e n d auf die Mittel zur Zerstäubung, welch letztere w i e bereits gesagt, zum großen Teil durch die Ausbildung der Düse bestimmt wird, an dieser Stelle nur oberflächlich eingegangen w e r d e n kann. Bereits die ersten Erfinder, welche das Ziel im Auge hatten, den Brennstoff ohne Anwendung eines gasförmigen Zwischenmittels in den Arbeitszylinder einer Dieselmaschine einzubringen, haben die Wichtigkeit der beiden Bedingungen einer hinreichenden Zerstäubung und einer guten Brennstoffverteilung erkannt. W e n n die von ihnen angegebenen Mittel im allgemeinen nicht ausreichend w a r e n , um die beabsichtigte W i r k u n g zu äußern, so ist das nach dem damaligen

— 267 — S t a n d e der wissenschaftlichen Erkenntnis erklärlich. Erst die Forschungen der letzten 20 J a h r e haben eine tiefere Einsicht über das W e s e n der sich in der Dieselmaschine abspielenden Vorgänge vermittelt und' die Möglichkeit geschaffen, die auf anderen Forschungsgebieten, beispielsweise der Strömungslehre, gewonnenen Erkenntnisse sinngemäß auf die Dieselmaschine zu übertragen. W e n n man von Diesel absieht, der ja bekanntlich als erster — w e n n auch mit negativem Erfolge — die luftlose Einspritzung v e r suchte. so sindet sich der erste Vorschlag, den luttlos in die Maschine eingespritzten Brennstoff gut im Verbrennungsraum zu verteilen, im D. R. P . 1 8 7 9 5 0 vom 29. Dezember 1904 von C a r l W e i d m a n n in Aachen. Der Erfinder stellt sich die Aufgabe, die Brennstoffverteilung so zu bewerkstelligen, daß jedes neu eintretende Brennstoffteilchen mit einem frischen Luftteilchen und nicht e t w a mit Verbrennungsrückständen in Berührung kommt. Er sucht d a h e r den V e r b r e n n u n g s r a u m sowie die Art der Brennstoffeinführung so durchzubilden, daß eine Bewegung^ der im Zylinder befindlichen Luftmenge entsteht, die bis zum Ende der Verbrennung anhält und stets frische Luftteilchen mit dem eintretenden Brennstoff in Be-

Abb. 166

rührung treten läßt. Zu diesem Zweck läßt er (Abb. 166) zwei Kanäle g an die beiden Seiten h des V e r b r e n n u n g s r a u m e s anschließen und leitet diese Kanäle an der Außenwand des Zylinders herum bis zu der Düse d, durch welche der Brennstoff luftlos eingespritzt wird. Der aus d austretende Brennstoff soll sich nach Angabe der P a t e n t schrift zuerst bei f entzünden; die S a u g w i r k u n g des aus der Düse austretenden Strahles führt der Flamme durch die Kanäle g reine Luft zu, sodaß ein Zusammentreffen von Brennstoff mit Verbren-

— 26S nungsrückständen verhindert wird. I)ie Bewegung des Luftinhaltes des Zylinders soll in der Weise vor sich gehen, wie in der Zeichnung durch die Pfeile angedeutet ist, so daß also nahezu der ganze Zylinderinhalt, Luft sowohl wie Vexbrennungsgase, eine genau vorgeschriebene systematische Bewegung ausführt. Der P a t e n t a n s p r u c h betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit seitlicher Einführung des Brennstoffes in den mit Luft gefüllten Verdichtungsraum, gekennzeichnet durch einerseits mit dem Verbrennungsraum, andererseits mit der Einströmdüse (d) für den Brennstoff in Verbindung stehende Kanäle (g) zur Zuführung der Luft zur Verbrennungsstelle. Eine andere Anordnung zur Erzeugung einer

gesetzmäßigen

Durchwirbelung des Zylinderinhalts ist im D. R. P. 2 0 1 0 4 9 vom 9. Juni 1905 desselben Erfinders beschrieben. Weidmann stellt sich hier die Aufgabe, die Luft durch tangentiale Einströmung des Brennstoffes in eine kreisende Bewegung 7,u versetzen, die so gleichmäßig vor sich gehen soll, daß keine Luftteilchen hinter dem allgemeinen Strom zurückbleiben und! eine vollkommene Durchwirbelung des Zylinderinhaltes gewährleistet wird. Die Erzeugung einer kreisenden Luftbewegung durch tangentiale Einführung des Brennstoffes ist an sich nicht neu. Sie findet sich bereits im D. R. P. 1 8 4 3 7 4 vom 11. März 1904 von F r i t z R e i c h e n b a c h , Charlottenburg, welcher sie in Verbindung mit einem ringförmigen Verbrennungsraum bei Lufteinblasungsmaschinen vorsieht. Während jedoch Reichenbach eine so hohe Rotations-Geschwindigkeit des Luft-Brennstoff-Gemisches anstrebt, daß das Gemisch mehrfach den ringförmigen Verbrennungsraum durchkreist, will Weidmann im Gegenteil verhindern, daß die Mischung der später eintretenden Brennstoffteilchen mit der Luft durch die von der Spitze des Brennstoffstrahles herrührenden Verbrennungsgase verunreinigt wird; er sucht daher die Brennstoffeinführung so zu leiten, daß die Luft bis zum Schluß der Einströmung der Einspritzung nur eine einzige Kreisbewegung ausführt. Zu diesem Zweck läßt er die Düse d (Abb. 167) nicht unmittelbar in den Verbrennungsraum eintreten, sondern in einen Kanal f, der so in dem Verbrennungsraum a mündet, daß alle Luftteilchen der vor diesem Kanal liegenden Seite des Verbrennungsraumes von der Strömung erfaßt werden und dadurch an ihr teilnehmen. An der anderen Seite des Verbrennungsraumes wird die Luft durch den

— 269 — Kanal g der Ei'iströmdüse zugeführt, sodaß .in dem Kanal f schon eine Mischung von Brennstoff und Luft stattfindet. Die B e w e g u n g des Zylinderinhaltes ist in der Abbildung durch Pfeile angedeutet. In d e m Kanal f soll Brennstoff und Luit (evtl. durch Einbau einer MischVorrichtung) inniger gemischt w e r d e n , als diies in dem Verb r e n n u n g s r a u m selbst möglich sei. Das Gemiscih wird entAbb. 167 w e d e r schon im Kanal f oder vor diesem im V e r b r e n n u n g s r a u m a entzündet. Um den Inhalt des V e r b r e n n u n g s r a u m e s noch w i r k s a m e r zu leiten, kann am Kolben oder am Zylinderdeckel eine in eine Nu/ eintretende Rippe m oder dergl. angebracht w e r d e n . Der P a t e n t a n s p r u c h 1 bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Gemischbildung bei Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen durch die Einströmung des Brennstoffes eine Kreisbewegung der im V e r b r e n n u n g s r a u m befindlichen verdichteten Luft erzeugt wird, gekennzeichnet durch einen kurzen, v o m V e r b r e n n u n g s r a u m zur Brennstoffeinströmdüse führenden Kanal (g) und andererseits durch einen als Verlängerung des Brennstoffeinströmrohres tangential in den V e r b r e n n u n g s r a u m mündenden Kanal (f). Der A n s p r u c h 2 schützt die Anbringung von Rippen oder dergleichen am Zylinderdeckel oder am Kolbenboden zum Zwecke der Unterstützung der gesetzmäßigen W i r b e l b e w e g u n g . Dieselbe Wirkung, jedoch mit einem wesentlich einfacher gestalteten Verbrennungsraum, sucht W e i d m a n n im D. R. P . 2 0 9 0 2 9 vom 17. August 1907 zu erzielen. Er geht von dem an sich bekannten, bisher hauptsächlich an Glühkopfmaschinen ang e w a n d t e n Mittel aus, den Brennstoff durch Prallflächen zu zerteilen, um auf diesem W e g e die Gemischbildung zu v e r b e s s e r n . Durch die im vorliegenden P a t e n t geschützte Erfindung soll nun zugleich mit der für die feine Verteilung des Brennstoffes vorteilhaften Anwendung einer Prallfläche weiterhin b e w i r k t w e r d e n , daß der zerstäubte Brennstoff mit der ganzen Luftladung in B e r ü h r u n g gebracht wird. Zu diesem Zweck wird die Prallfläche nicht wie bisher senkrecht zum Brennstoffstrahl, sondern so zu demselben geneigt angeordnet, daß der Brennstoffstrahl nur nach einer Seite abgelenkt

— 270 — und hierdurch eine Kreisbewegung des Zylinderinhaltes um die Kolbenstange herum erzeugt wird, durch welche alle Luftteilchen nacheinander an die Stelle gebracht w e r d e n sollen, w o der Brennstoff einströmt. Der in Abb. 168 dargestellte scheibenförmige Verbrennungsrauin der Maschine wird begrenzt von der Zylinderwand a, dem Zylinderdecke! b und dem Kolbenboden; die Kolbenstange c führt durch den Raum hindurch. Durch das Rohr d tritt der Brennstoff mit einer

i

Abb. 163

ihm durch Ueberdruck erteilten großen Geschwindigkeit in den V e r brennungsraum ein und trifft kurz nach seinem Eintritt auf die am Deckel oder auch am Kolben angeordnete Prallfläche e auf, wo er zerteilt und in tangentialer Richtung abgelenkt wird. Hierdurch entsteht eine B e w e g u n g des Zylinderinhaltes im Sinne der Pfeile, w o durch eine B e r ü h r u n g d e s Brennstoffs mit dem größten Teil der im V e r b r e n n u n g s r a u m enthaltenen Luftteilchen herbeigeführt w e r d e n soll. Am besten soll diese Mischung erreicht w e r d e n können, w e n n die Prallfläche so angebracht wird, daß die Luft sowohl v o r wie hinter ;ihr an den Brennstoffstraihl herantreten kann, w i e die Pfeile der Zeichnung erkennen lassen. Die P a t e n t a n s p r ü c h e lauten: 1. Vorrichtung zur Gemischbildung der Einspritz-Verbrennungskraftmaschinen, bei denen der in den mit verdichteter L u f t gefüllten Verdichtungsraum des Arbeitszylinders eingespritzte Brennstoff durch eine Prallfläche zerteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß diese Prallfläche so zur Richtung des Brennstoffstrahles geneigt

ist, daß dieser nach einer Seite abgelenkt wird, wodurch eine Kreisb e w e g u n g des Zylinderinhalts (um die Kolbenstange herum) entsteht. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallfläche zwischen Kolbenstange und Zylinderwandung so angeordnet wird, daß die Luft über und unter derselben in den Brennstoffstrahl herantreten kann.

Abb. 169

W ä h r e n d in den bisher besprochenen Patenten zur Erzeugung des kreisenden Luftwirbels die Energie des eintretenden Brennstoffstrahles benutzt wird, schlägt R e i c h e n b a c h im D. R. P . 2 0 1 0 8 6 vom 5. F e b r u a r 1907 vor, die Luft unabhängig von der Art und Richtung der Brennstoffeinführung vor Beginn der letzteren in eine kreisende W i r b e l b e w e g u n g zu v e r s e t z e n . Der H a u p t a n s p r u c h bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzielung rechtzeitiger und vollkommener Verbrennung bei Verbrennungskraftrnaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Maschine eingesaugte oder eingedrückte Luft bereits vor Einführung des Brenn-

— 272 — stoffes ins Kreisen gebracht wird, sodaß sie sich an dem nachträglich eingeführten Brennstoffstrahl möglichst mehrmals v o r ü b e r b e w e g t und so dem Brennstoff immer neue Sauerstoffteilchen zuführt.

Abb. 170

Die U n t e r a n s p r ü c h e betreffen die verschiedenartige Anordnung der Brennstoffdüsen zum Z w e c k e der Erzielung einer möglichst großen Oberflächenberührung zwischen Flamme und Zylinderluft. Im D. R. P . 2 5 1 9 8 3 v o m 8. Juni 1911 von W i l l y B ä c h t h o l d , in Steekborn (Schweiz), sind ebenfalls Mittel angegeben, den

— 273

-

Brennstoff gut mit der Z y l i n d e r l u f t zu v e n n i s c h e n und d a b e i gleichzeitig sein u n m i t t e l b a r e s A u f t r e f f e n auf g e k ü h l t e W a n d f l ä c h e n zu v e r h i n d e r n . Abb. 169 stellt ein A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l d e s E r f i n d u n g s g e g e n s t a n d e s d a r . Die K a m m e r c, w e l c h e z w i s c h e n d e m Kolben a und d e m Z y l i n d e r e n d e b v o r g e s e h e n ist, w e i s t a m O r t der B r e n n s t o f f e i n f ü h r u n g , also bei d, den kleinsten, a m g e g e n ü b e r l i e g e n d e n E n d e j e d o c h den g r ö ß t e n Q u e r s c h n i t t auf. D e r w a g e r e c h t e Q u e r schnitt h a t also eine B i r n e n f o r m . D i e s e F o r m g e b u n g b e z w e c k t , das am hinteren Ende der Verbrennungskammer auftretende BrennstoffL u f t g e m i s c h zu z e r t e i l e n und l e b h a f t mit d e r L u f t l a d u n g d u r c h e i n anderzuwirbeln. Eine g u t e D u r c h m i s c h u n g des B r e n n s t o f f e s mit der Z y l i n d e r luft bei Z w e i t a k t m a s c h i n e n s t r e b t a u c h d a s D. R. P . 2 6 5 2 2 9 v o m 7. M a i 1911 der A s c h e r s l e b e n e r M a s c h i n e n b a u A. - Q., A s c h e r s l e b e n , an. Die E r f i n d u n g b e t r i f f t eine im Z w e i t a k t a r b e i t e n d e E i n s p r i t z v e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e mit z w e i V e r d i c h t u n g s r ä u m e n . Sie u n t e r s c h e i d e t sich v o n b e k a n n t e n M a s c h i n e n dieser Art, bei d e n e n in j e d e m V e r d i c h t u n g s r a u m s o w o h l ein s e n k r e c h t zur K o l b e n w a n d s t e h e n d e s E i n s p r i t z v e n t i l , als a u c h ein seitlich v o n d i e s e m l e t z t e r e n liegendes, zur A u s s p ü l u n g d e r V e r b r e n n u n g s g a s e aus den V e r d i c h t u n g s r ä u m e n d i e n e n d e s L u f t v e n t i l m ü n d e t , d a d u r c h , daß nur ein einziges, z e n t r a l mit der Z y l i n d e r a c h s e l i e g e n d e s Spülluftventil z w i s c h e n den b e i d e n V e r d i c h t u n g s r ä u m e n a n g e o r d n e t ist. Ein Ausf ü h r u n g s b e i s p i e l der M a s c h i n e zeigt Abb. 170. In d e m Z y l i n d e r d e c k e l ist in R i c h t u n g der L ä n g s a c h s e d e s Z y l i n d e r s und mit d i e s e r z u s a m m e n f a l l e n d ein L u f t z u f u h r v e n t i l a n g e o r d n e t ; r e c h t s und links v o n d i e s e m Ventil b e f i n d e t sich je ein B r e n n s t o f f v e n t i l b. In die V e r d i c h t u n g s r ä u m e c, c', die d u r c h ellipsoidische, a n n ä h e r n d h a l b k u g e l f ö r m i g e A u s s p a r u n g e n d e s Kolb e n s g e b i l d e t sind, w i r d d u r c h je eines d e r Ventile b der B r e n n stoff e i n g e s p r i t z t . D a bei d i e s e r d u r c h die K o l b e n a u s b i l d u n g b e w i r k t e n F o r m der V e r d i c h t u n g s r ä u m e die B r e n n s t o f f v e n t i l e a n n ä h e r n d in R i c h t u n g d e r Mittellinien dieser R ä u m e zu s t e h e n k o m m e n , so w i r d eine g u t e u n d innige V e r m i s c h u n g der B r e n n s t o f f t e i l c h e n mit der d u r c h d a s z e n t r a l e L u f t e i n l a ß v e n t i l e i n s t r ö m e n d e n L u f t b e w i r k t . D u r c h die z e n t r i s c h e L a g e d e s L u f t v e n t i l s soll die Spülluft selbst bei g r o ß e n M a s c h i n e n das g a n z e Z y l i n d e r i n n e r e g l e i c h m ä ß i g b e s t r e i c h e n und a u s s p ü l e n . Auch d a s s c h w e i z e r P a t e n t Nr. 5 4 3 8 0 v o m 22. O k t o b e r 1910 d e r F i r m a F. O b e r h ä n s 1 i & C i e., B r e g e n z ( O e s t e r reich) e r k e n n t die B e d e u t u n g e i n e r richtigen A n p a s s u n g d e s Hausfelder, Die kompressorlose Dieselmaschine

18

— 274 — V e r b r e n n u n g s r a u m e s an die Form des Brennstoffstrahles, gibt a b e r ebenso wenig wie alle anderen Vorveröffentlichungen w i r k s a m e Mittel zur Zerstäubung des luftlos eingespritzten Brennstoffes an. Abb. 171 zeigt einen Schnitt durch den Verbrennungsraum der

Abb. 171

Oberhänsli-Maschine. Der Kolben ist hierbei mit einem kegelförmigen Aufsatz versehen, dessen W i r k u n g im P a t e n t z w a r nicht besonders beschrieben ist, der wahrscheinlich aber als Prallfläche dienen und den Brennstoff im V e r b r e n n u n g s r a u m verteilen soll. Die Zündung erfolgt weniger durch die hohe Verdichtung, als vielmehr durch die T e m p e r a t u r des Zylinderkopfes, durch welchen nach der P a t e n t beschreibung nur so viel Kühlwasser geleitet w e r d e n soll, daß am Ablaufrohr noch ein tropfenweiser W a s s e r a b f l u ß zu sehen ist, und die im Zylinderkopf sitzenden Ventile g e r a d e noch hinreichend gekühlt w e r d e n . Die Entzündung des eingespritzten Brennstoffes soll sich unmittelbar an die Einspritzung anschließen. Bis dahin unterscheidet sich die im P a t e n t beschriebene Maschine wenig von ihren Vorgängern. W a s sie a b e r besonders inter-

— 275 — essant macht ist, daß hier zum ersten Mal auf die Wichtigkeit eines kurzen und präzisen Abschlusses der Einspritzung hingewiesen ist, der notwendig ist, um den Verlauf des V e r b r e n n u n g s v o r g a n g e s sicher zu beherrschen. Bei fast allen der bisher üblichen Brennstoffpumpen, die mit veränderlichem Kolbenhub oder mit Ueberlauf durch eine gedrosselte Ausflußöffnung v e r s e h e n w a r e n , ließ sich, selbst bei steilem Antriebsnocken, ein exakter Anschluß der Einspritzperiode nicht erzielen, weil die Kompressibilität des Brennstoffes, bzw. die Ausdehnung etwaiger im D r u c k r a u m eingeschlossener Luftblasen ein Nachtröpfeln aus der Düse b e w i r k t e n . Um diesem Uebelstand abzuhelfen, bedient sich Oberhänsli der durch das D. R. P . 1 7 5 9 3 2 vom 8. Juli 1905 von W e i d m a n n geschützten Brennstoffpumpe mit v o m Regler beeinflußten Ueberströmventil, dessen Eröffnung eine sehr rasche E n t s p a n n u n g des gesamten D r u c k r a u m e s der P u m p e nach der Saugleitung bewirkt und damit die F ö r d e r u n g kurz abschneidet. Indem Zylinderkopf bar gerinste licher, den

Oberhänsli eine derartige P u m p e unmittelbar in den einsetzt, reduziert er die Leitungslänge auf das denkMaß und vermeidet gleichzeitig das Auftreten schädEinspritzvorgang v e r z e r r e n d e r Schwingungsvorgänge.

Der H a u p t a n s p r u c h lautet: V e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e mit Selbstzündung, dadurch gekennzeichnet, d'aß der mittels einer Zerstäubendüse (c) erzeugte Brennstoffstrahl durch Oeffnen eines Ueberlaufventils (g) am Ende des Druckhubes u n t e r b r o c h e n wird, um die Einspritzung möglichst augenblicklich zu beendigen und den im Druckraurn der P u m p e sich bildenden Luftsäcken eine Ausdehnung nach dem Ueberlauf zu ermöglichen und derart eine V e r z ö g e r u n g des Schlusses zu verhindern. Die U n t e r a n s p r ü c h e , welche konstruktive Einzelheiten schützen, sind in diesem Zusammenhang von geringerer Bedeutung. Die bisher genannten P a t e n t e geben z w a r w i r k s a m e Mittel zur Verteilung des Brennstoffes im Verdichtungsraum an, ohne jedoch die F r a g e der Erreichung einer hinreichenden Zerstäubung näher zu untersuchen. Soweit Anordnungen zur luftlosen Zerstäubung überhaupt angegeben w o r d e n sind, beschränken sie sich auf Prallflächen, denen man seinerzeit einen besonders w i r k s a m e n Einfluß auf die Zerteilung eines Brennstoffstrahles beigemessen hat. Allen im vorhergehenden beschriebenen Maschinen ist der Erfolg v e r s a g t geblieben, obwohl sicher die eine oder andere durch zielb e w u ß t e Versuche zur Betriebsfähigkeit, w e n n nicht gar zur M a r k t 18*

— 276 — reife hätte gebracht w e r d e n können. Mitbestimmend mag hierbei der Umstand g e w e s e n sein, daß man sich in Deutschland lange Zeit der luftlosen Einspritzung gegenüber skeptisch verhalten hat, nachdem Diesel die Lufteinblasung als eine für das Arbeitsverfahren seiner Maschine erforderliche Bedingung bezeichnet hatte. Die erste deutsche kompressorlose Dieselmaschine, die als tatsächlich betriebsbrauchbar angesprochen w e r d e n darf, ist von der Erbauerin, der Motorenfabrik Deutz, weniger durch systematische Erprobung der luftlosen Einspritzung entwickelt w o r d e n , sondern ist fast z w a n g s läufig aus einer Vervollkommnung der früher beschriebenen Maschine mit vereinfachtem Verdichter entstanden. Richtunggebend w a r e n hierbei die in den H a s e l w a n d e r ' s c h e n P a t e n t e n Nr. 101453, 111079 und 109280 entwickelten Gedanken, die Einblaseluft durch Abschnürung eines Teiles der Verbrennungsluft hervorzurufen. Auch das im folgenden beschriebene D. R. P . 2 3 9 7 1 6 vom 1. Oktober 1904 von J o a c h i m B r a n d i s , Aachen, stellt im wesentlichen nur eine k o n s t r u k t i v e Abänderung der genannten H a s e l w a n d e r ' s c h e n P a t e n t e dar. W e n n diese Maschine, die an sich eigentlich besser als Lufteinblasungsmaschine mit vereinfachtem Verdichter bezeichnet w e r d e n müßte, an dieser Stelle e r w ä h n t wird, so geschieht dies, weil sie der unmittelbare Vorläufer jener B a u a r t der kompressorlosen Dieselmaschine g e w o r d e n ist, die man als Verd r ä n g e r m a s c h i n e bezeichnet. 'Wie bei den Haselwander'schen Maschinen wird auch bei der Maschine nach dem D. R. P. 239716 zur Einführung und Zerstäubung der flüssigen Ladung eine Luftmenge benutzt, welche durch einen Verd r ä n g e r k o l b e n in einem abgeschnürten Teil des Zylinderraumes v e r dichtet wird und beim U e b e r s t r ö m e n den Brennstoff mitreißt und zerstäubt. W ä h r e n d jedoch das H a s e l w a n d e r s c h e Verfahren einen besonderen Ueberströmkanal verlangt, führt Brandis seinen V e r d r ä n g e r kolben in einer prismatischen, meist zylindrischen Holilführung mit genügendem Spiel, sodaß der so entstehende Spalt selbst als Zerstäubungskanal dient. Im Gegensatz zu H a s e l w a n d e r , bei welchem eine möglichst vollkommene Dichtung zwischen dem Umfang des Kolbenansatzes und der zylindrischen Innenwand der ZylinderdeckelVertiefung erforderlich ist, besitzt bei Brandis der Verdränger-Kolben ein derartiges Spiel, daß die bei älteren B a u a r t e n beobachteten Betriebsschwierigkeiten, die in d e r Notwendigkeit der Dichthaltung des V e r d r ä n g e r s begründet lagen, wegfallen. Auch der Umfiihrungskanal, der besonders leicht zu Verrussungen Anlaß gab, erübrigt sich damit.

— 277 — Nun w a r es allerdings schon im I). R. P . 101453 v o n H a s e l w a n d e r v o r g e s c h l a g e n w o r d e n , den B r e n n s t o f f u n m i t t e l b a r in d e n ü b e r s t r ö m e n d e n L u f t s t r o m e i n z u f ü h r e n , j e d o c h s c h e i n t hierbei die V e r b r e n n u n g b e s o n d e r s s c h w e r e r e n t f l a m m b a r e r B r e n n s t o f f e ung e n ü g e n d g e w e s e n zu sein, w e i l es S c h w i e r i g k e i t e n m a c h t e , den B r e n n s t o f f , der n u r an einer o d e r einigen a m U m f a n g d e s L u i t s t r o m e s befindlichen Stellen in diesen e i n g e f ü h r t w u r d e , h i n r e i c h e n d gleichm ä ß i g in d e r V e r b r e n n u n g s l u f t zu v e r t e i l e n . N a c h d e m E r f i n d u n g s g e d a n k e n d e s B r a n d i s - P a t e n t e s Wird d i e s e r M a n g e l d a d u r c h b e h o b e n , daß der p r i s m a t i s c h e Teil d e r V e r e n g u n g , in w e l c h e n d e r V e r d r ä n g e r kolben eindringt, sich n a c h d e m V e r b r e n n u n g s r a u m w e i t e r bis auf

einen noch k l e i n e r e n D u r c h m e s s e r e i n s c h n ü r t , s o d a ß d e r ü b e r v e r d i c h t e t e L u f t s t r o m die G e s t a l t eines z u g e s p i t z t e n K e g e l s a n n i m m t , d e s s e n S p i t z e in den K e r n des V e r b r e n n u n g s r a u m e s fällt. In d e r S p i t z e dieses L u f t k e g e l s sollen die z u s a m m e n p r a l l e n d e n L u f t s t r a h l e n W i r b e l u n g e n e r g e b e n , d u r c h w e l c h e d e r e i n g e f ü h r t e B r e n n s t o f f auf d a s innigste mit d e r L u f t v e r m i s c h t w i r d und d a d u r c h schnell v e r b r e n n t . Abb. 172 zeigt die P a t e n t z e i c h n u n g der M a s c h i n e . Der P a t e n t a n s p r u c h lautet: E i n s p r i t z v e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e , bei w e l c h e r die zur Einspritzung des Brennstoffes dienende Druckluft durch Abschnürung eines T e i l e s des V e r b r e n n u n g s r a u m e s mittels eines mit Spiel in einer p r i s m a t i s c h e n V e r e n g u n g b e w e g t e n V e r d r ä n g e r k o l b e n s e r z e u g t w i r d und d e r B r e n n s t o f f u n m i t t e l b a r in d i e s e n S p i e l r a u m an der Stelle d e r g r ö ß t e n L u f t g e s c h w i n d i g k e i t e i n g e s p r i t z t w i r d , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß h i n t e r d e r d e n V e r d r ä n g e r k o l b e n a u f n e h m e n d e n

— 27S — Verengung eine weitere Verengung auf noch kleineren Durchmesser d e r a r t angebracht ist, daß der Luftstrom die Gestalt eines angenäherten k o n v e r g i e r e n d e n (spitz zulaufenden) Kegels annimmt. In dem genannten D. R. P. befindet sich Brandis noch völlig im Einflußbereich des überkommenen Glaubens an die Alleinherrschaft der Druckluftzerstäubung, indem er einen Teil des durch die V e r d r ä n g e r w i r k u n g erzeugten ringförmigen Luftwirbels für die Zerstäubung des Brennstoffes nutzbar zu machen sucht. Er scheint sogar die Zerstäubung als den wichtigsten Teil der Aufgabe des ringförmigen Luftwirbels angesehen und der Verteilung des eingeführten Brennstoffes nur e'ine geringe Beachtung geschenkt zu haben. Die nach deim ersten B r a n d i s - P a t e n t hergestellten Versuchsmaschinen haben z w a r die Möglichkeit der luftlosen Einspritzung erwiesen, konnten aber noch nicht als b r a u c h b a r e Maschinen angesprochen w e r d e n , da der seitlich eingeführte Brennstoff auch eine einseitige Entfaltung d e r ausgelösten V e r b r e n n u n g und damit eine einseitige E r w ä r m u n g des Kolbenansatzes und d e r benachbarten W a n d u n g e n des Zylinderkopfes mit sich brachte, die zu Betriebsstörungen Veranlassung gaben.. Es ist nicht mit Sicherheit nachzuweisen, ob B r a n d i s in seinem zweiten P a t e n t N r . 2 5 0 2 1 6 v o m 7. M ä r z 1911 sich bereits b e w u ß t von dem Gedanken an die zusätzliche Zerstäubung durch den Ringwirbel frei gemacht hat, oder ob er lediglich die soeben genannten Mängel, die sich bei der Versuohsmaschine herausstellten, durch eine andere k o n s t r u k t i v e Ausführungsform beheben wollte. F e s t steht jedenfalls, daß die in den J a h r e n 1911 und 1912 von der Motorenfabrik Deutz nach diesem P a t e n t hergestellte Maschine bereits einen vollen Erfolg hatte und eine völlig marktreife Konstruktion darstellte. Der Erfindungsgedanke des D. R. P . 250216 liegt darin, daß gegenüber dem aus der Verengung zwischen Arbeitszylinder und V e r b r e n n u n g s k a m m e r ü b e r s t r ö m e n d e n ringförmigen oder kegeligen Luftstrom d e r Brennstoff ungefähr zentral ins Innere dieses L u f t s t r o m e s eingeführt wird. Der Brennstoff, welcher in den Kern des überströmenden Luftwirbels gespritzt wird, soll dabei gegen den Kolbenansatz prallen und von dem hohlgestalteten Luftwirbel zerrissen w e r d e n . Ob diese W i r k u n g nun in der T a t eintritt, dürfte zweifelhaft sein. Der Erfinder nimmt an, daß d e r schlauchartige Luftstrahl an der feinen Zerstäubung des B r e n n stoffes einen wesentlichen (Anteil nehme. Nach neueren Untersuchungen ist jedoch die Stabilität von Oeltröpfchen der Größen-

— 279 — Ordnung, wie sie zur schnellen V e r b r e n n u n g in Dieselmotoren erforderlich sind, b e r e i t s so erheblich, daß ein nachträgliches Z e r s t ä u b e n dieser Tröpfchen infolge ihrer hohen O b e r f l ä c h e n s p a n n u n g a u s geschlossen erscheint. E s ist vielmehr a n z u n e h m e n , daß der g e g e n

den V e r d r ä n g e r k o l b e n gerichtete B r e n n s t o f f s t r a h l w e g e n der hohen Dichte d e r zu d u r c h d r i n g e n d e n L u f t l a d u n g nicht s t r a h l e n a r t i g bis zum B o d e n des Kolbens gelangt, s o n d e r n schon auf dem W e g e dorthin im w e s e n t l i c h e n restlos z e r s t ä u b t ist und nur noch d u r c h den Ringw i r b e l in der g e s a m t e n L u f t l a d u n g verteilt w e r d e n muß. Die Abb. 173 z-eigt die P a t e n t z e i c h n u n g d e s Motors, Abb. 174 eine Ausf ü h r u n g der M o t o r e n f a b r i k D e u t z aus d e m J a h r e 1920, w e l c h e f ü r den V e r b r a u c h s c h w e r e r Treiböle eingerichtet und d a h e r mit einer V o r r i c h t u n g zur V o r l a g e r u n g v o n Ziindöl v e r s e h e n ist. Die P a t e n t a n s p r ü c h e des zweiiten Brandis-Patentes lauten: 1. E i n s p r i t z v e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e mit am Kolben s i t z e n d e m V e r d r ä n g e r , bei w e l c h e r am E n d e des V e r d i c h t u n g s h u b e s durch Eint r e t e n des V e r d r ä n g e r s in eine diesen mit w e n i g Spiel umschließende E i n s c h n ü r u n g des Zylinders ein heftiger L u f t w i r b e l von der G e s t a l t eines H o h l k ö r p e r s h e r v o r g e b r a c h t w i r d , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Brennstoff g e g e n ü b e r der Mitte des p r i s m a t i s c h e n S p a l t e s in den V e r b r e n n u n g s r a u m eingespritzt w i r d d e r a r t , daß er nach Durchdringung des L u f t w i r b e l s gegen den K o l b e n a n s a t z anprallt und dann von dem L u f t w i r b e l z e r s t ä u b t wird. 2. E i n s p r i t z v e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e nach Anspruch 1, d a durch g e k e n n z e i c h n e t , daß der L u f t w i r b e l durch eine hinter dem

—

280

_

prismatischen Spalt angeordnete Verengung die Gestalt eines konvergierenden Kegels oder Kegelstumpfes erhält. Wie bereits gesagt, w a r die von der Motorenfabrik Deutz gebaute Brandis-Maschine die erste deutsche kompressorlose Dieselmaschine, welche als betriebsbrauchbar und marktgängig angesprochen w e r d e n kann. Ihr Erfolg hat daher auch Veranlassung gegeben, die Priorität des im zweiten Brandis-Patent ausgesprochenen Erfindungsgedankens zu bestreiten.

A b b . 174

Nun ist es sicher, daß der Verdrängerkolben als solcher keine neue Erfindung darstellt; er findet sich vielmehr wie bereits gesagt schon bei H a s e l w a n d e r im I). R. P. 111079, 101453, 112407 usw., ferner auch im D. R. P. 2 1 8 9 0 6 vom 25. April 1908 v o n I. K u t l i c z . P r a g und im D. R. P. 1 6 9 4 6 5 vom 18. September 1904 v o n David R o b e r t , C h a r l e s J a m e s und John W i l l i a m Y o u n g in Qrantham (England). Mit Ausnahme von H a s e l w a n d e r , bei welchem der V e r d r ä n g e r als Luftverdichter zur E r z e u g u n g der Einblaseluft wirkt, hat aber die konische Ausführung des Kolbenbodens in den beiden anderen P a t e n t e n keine besondere Bedeutung,

—

281

_

wenigstens ist die auch bei diesen Ausfiihrungsformen zweifellos eintretende Luftwirbelurig von keinem der Erfinder erkannt, geschweige denn bewußt ausgenutzt worden. Vielmehr ergibt sich die konische F o r m des Kolbenbodens aus anderen Gesichtspunkten, die für die Formgebung des Zylinderkopfes bei liegenden Oelmaschinen maßgebend sind. Hier sucht man aus Gründen des einfachen Aufbaues der Maschine an der bei liegenden Gasmaschinen derselben Größenordnung erprobten Ausführungsform festzuhalten und bringt die Ventile in einer V e r b r e n n u n g s k a m m e r von annähernd rechteckigem Querschnitt unter. Da durch den gegebenen D u r c h m e s s e r der Ventile die Dimensionen des V e r b r e n n u n g s r a u m e s im wesentlichen bestimmt sind, bereitet es gewisse Schwierigkeiten, den Verdichtungsraum so klein zu halten, daß das nötige Verdichtungsverhältnis erreicht wird. Da außerdem für den Uebergang aus dem Verbrennungsraum in den Hubraum alle sprunghaften Querschnittserweiterungen unterbleiben müssen, führt man den U e b e r g a n g zwischen V e r b r e n nungs- und Hubraum im allgemeinen hohlkegelförmig aus und gibt dem Kolben zur Erzielung des gewünschten Verdichtungsverhältnisses eine entsprechende, den Hohlraum ausfüllende Form. W e n n also auch die Form des Verdrängerkolbens an sich durchaus nicht neu w a r , so kann es doch als bewiesen gelten, daß Brandis in seinem P a t e n t Nr. 250216 zuerst den Gedanken ausgesprochen hat, den durch die besondere V e r d r ä n g e r w i r k u n g entstandenen Luftwirbel zur Verteilung des luftlos eingespritzten flüssigen Brennstoffes in der Luftladung des V e r b r e n n u n g s r a u m e s zu benutzen. Der Umstand, daß die Darstellung der P a t e n t s c h r i f t des Z e r s t ä u b u n g s v o r g a n g e s dem tatsächlichen Vorgang in der Maschine wahrscheinlich nicht vollständig entspricht, insofern als durch den Ringwirbel weniger eine Zerstäubung, als vielmehr eine Verteilung des eingespritzten Brennstoffes erfolgen wird, ist hierbei unerheblich. Erst Untersuchungen der letzten J a h r e haben die Kenntnis vermittelt, welche zur Erfassung der 'komplizierten Zerstiäubung:svorgänge im Dieselmotor erforderlich sind. » Die W i r k u n g s w e i s e der durch den Verdrängerkolben h e r v o r gerufenen L u f t b e w e g u n g ist von S c h m i d t 5 0 ) an einer DeutzBrandis»Maschine untersucht w o r d e n ; die Abb. 175 zeigt, daß die S t ä r k e der S t r ö m u n g (Kurve e 1 der Abbildung an einer normalen Maschine mit a b g e s t u f t e m Verbrennungsraum e t w a 23° vor dem innern Totpunkt einen H ö c h s t w e r t besitzt, darauf sehr schnell in konkaver Krümmung abfällt, im Totpunkt durch Null geht und dann negativen W e r t annimmt. Hingegen bewirkt der V e r d r ä n g e r Ansatz

des Kolbens eine V e r b e s s e r u n g des für die B r e n n s t o f f v e r t e i l u n g m a ß g e b e n d e n K u r v e n s t ü c k e s , indem er den Druckausgleich durch D r o s selung beeinflußt. Die S t r ö m u n g s e n e r g i e w i r d hierbei nicht s c h o n rund 20° v o r dem T o t p u n k t v e r b r a u c h t , s o n d e r n bleibt auch noch

W

30°

O.OUS 0,03

20' 10' 0 tfur bei winke! 0,oz 0,oi o Zeit(n-nO) Totpunkt

Abb. 175

w ä h r e n d der g a n z e n D a u e r der Einspritzung s o w e i t erhalten, daß sie der Gemischbildung z u s t a t t e n k o m m t , ohne daß eine ü b e r m ä ß i g e V o r e i n s p r i t z u n g n o t w e n d i g w ä r e , die den H ö c h s t v e r b r e n n u n g s d r u c k unzulässig s t e i g e r n w ü r d e . K u r v e e 2 der Abbildung, w e l c h e aut G r u n d von I n d i k a t o r d i a g r a m m e n (Abb. 176 und 177), w e l c h e gleich-

zeitig im R i n g r a u m pR und im K e r n r a u m pK a u f g e n o m m e n w u r d e n , k o n s t r u i e r t w o r d e n ist, zeigt den wirklichen Verlaut der S t r ö m u n g s e n e r g i e in einer V e r d r ä n g e r m a s c h i n e ; m a n sieht hierbei, daß in den für den Zündbeginn in F r a g e k o m m e n d e n Kurbelstellungen e t w a 5'J v o r dem inneren T o t p u n k t e t w a d o p p e l t so s t a r k ist, w i e bei einer M a s c h i n e o h n e V e r d r ä n g e r . N a c h d e m Einsetzen der Z ü n d u n g w i r d das D u r c h w i r b e l n des B r e n n r a u m e s durch die E n t f l a m m u n g der B r e n n -

— 283 — stoffteilchen unterstützt.

U n m i t t e l b a r nach

dem Totpunkt tritt eine

rückläufige S t r ö m u n g aus dem V e r b r e n n u n g s r a u m nach dem Zylinderraum ein, ebenfalls w i e d e r u m v e r b u n d e n mit s t a r k e n welche

etwa

noch

unvollkommen

verbrannte

Wirbelungen,

Brennstoffteilchen

s i c h e r mit der notwendigen V e r b r e n n u n g s l u f t zusammenführen. In k o n s t r u k t i v e r B e z i e h u n g ist die D e u t z e r V e r d r ä n g e r m a s c h i n e bemerkenswert,

weil

hier

—

bei D i e s e l m a s c h i n e n

wahrscheinlich

zum ersten M a l e — an S t e l l e des zwangsläufig g e s t e u e r t e n stoffventiles das kraftschlüssig g e s t e u e r t e Ventil auftritt.

Brenn-

Die D ü s e n -

nadel wird durch den U e b e r d r u c k des B r e n n s t o f f e s g e g e n die S c h l u ß kraft einer S c h r a u b e n f e d e r geöffnet und beim S i n k e n des B r e n n s t o f f druckes

unter

eine g e w i s s e

ihre F e d e r b e l a s t u n g

Grenze

den B r e n n s t o f f

geschlossen. nur

Sie

läßt

unter h o h e m

durch die D ü s e in den V e r b r e n n u n g s r a u m

durch

Ueberdruck

eintreten und

schneidet

daher für den Eintritt des B r e n n s t o f f s t r a h l e s in den V e r d i c h t u n g s r a u m das B e r e i c h geringen B r e n n s t o f f d r u c k e s

ab.

Selbst

bei

langsamer

B e t ä t i g u n g der B r e n n s t o f f p u m p e w i e beim Anlassen wird ein kräftiger B r e n n s t o f f s t r a h l

ohne V o r -

und Nachtropfen

erzielt, der

die

Selbstzündung der kalten M a s c h i n e bei einem Verdichtungsenddruck von 25 at sicherstellt.

Maschine

bei

n =

Abb. 178 zeigt das D i a g r a m m einer 80

215.

Bei

Qasölbetrieb

b r ä u c h e bis zu 186 g / P S e h festgestellt, w a s W i r k u n g s g r a d von e t w a 3 5 %

wurden einem

PS-

Brennstoffverwirtschaftlichen

entspricht.

Die V e r d r ä n g e r - D i e s e l m a s c h i n e ist in Deutschland ausschließlich in liegender B a u a r t hergestellt w o r d e n . von Verdrängermaschinen tische

P a t e n t

Kenneth W e b b , dieser

Nr.

Irwin

2 9 7 6 /19 15

Crossley

Manchester

Patentschrift

Eine stehende

mit luftloser Einspritzung

(England). schützt

die

vom

24.

und W i l f r e d Der

Ausführung

zeigt das

Februar Le

1915

P l a s t r i e i

P a t e n t a n s p r u c h

Verwendung

eines

brivon -1

Verdränger-

— 284 —

kolbens in einer Viertaktverbreniiungskraftmaschine in Verbindung mit einem wassergekühlten, annähernd eiförmigen Verbrennungsraum, an dessen schmalerem Ende sich die Einspritzdüse Befindet. (Abb. 179). Eine wenig abweichende Ausführung befindet sich in dem ebenfalls von C r o s s 1 e y und W c b b herrührenden britischen P a t e n t Nr. 1 0 3 7 4 6 vom 5. Mai 1916. Auch hier schützt A n s p r u c h 3 die V e r w e n d u n g eines Verdrängerkolbens bei einei

€

A b b . 179

Zweitaktverbrennumgskraftmaschine in Verbindung mit einem eiförmigen Verbrennungsraum, an dessen kleinerem Ende sich die Einspritzdüse befindet. (Abb. 180). Zwei Ausführungsformen, welche denjenigen der Deutzer Motorenfabrik außerordentlich nahe kommen, zeigen die britischen P a t e n t e Nr. 1 1 7 6 7 0 und 1 1 7 6 7 1 vom 25. Juli 1917 von C r o s s l e y und W e b b . Das P a t e n t 1 1 7 6 7 0 schützt in der Hauptsache die Einbringung zusätzlicher Anheizvorrichtungen, um die Zündung beim Anlassen der kalten Maschine sicher zu stellen, w ä h r e n d P a t e n t 1 1 7 6 7 1 die besondere Anordnung der Ventile (Einlaßventil Q seitlich, Auslaßventil H im Kopf des Verbrennungsraumes) und der zusätzlichen Anheiz-Vorrichtung I unter Schutz stellt. (Abb. 181). Der Verbrennungsraum besitzt bei diesen beiden letzten P a t e n t e n e t w a den halben Durchmesser der Zylinderbohrung und ist ebenso wie bei der Deutzer V e r d r ä n g e r Die Einmaschine konzentrisch zum Zylinderraum angeordnet.

— 285 — spritzung erfolgt j e d o c h bei allen C r o s s l e y - M a s c h i n e n zum

entstehenden

Ringwirbel,

sondern

entweder

nicht

aclisial

senkrecht

oder

s c h r ä g zu diesem, w a s s-ich vielleicht dadurch erklärt, daß die senkrechte

Einspritzung

P a t e n t Nr

des

Brennstoffes

2 60 1 3/ 1 9 1 1

der

durch

das

ältere

M o t o r e n f a b r i k

britische

Deutz

ge-

sperrt w a r .

B e m e r k e n s w e r t ist bei den P a t e n t e n Nr. 2976/1915, und

103746

Bestreben,

das

Brennstoffstrahlen

den V e r b r e n n u n g s r a u m

möglichst

dem Raumbild

der

anzupassen.

E s soll gleich an dieser S t e l l e darauf hingewiesen w e r d e n , daß trotz

der

sehr

wirksamen

Luftwirbelungen,

welche

sich

in

Ma-

schinen mit abgestuften V e r b r e n n u n g s r ä u m e n in Verbindung mit V e r drängerkolben

erreichen lassen, dieses A r b e i t s v e r f a h r e n

Zeit nur n o c h w e n i g in E r s c h e i n u n g tritt. stets

beschränkt

man

nunmehr

eine

besondere

Einspritzdrücke

auf kleinere

gelernt

und

E s w a r im

mittlere

den

Verbrennungsvorgang

Wirbelung,

vor

allem

beherrschen.

durch

bei

fällt

denen

auch

Anwendung

Nachteilig

neuerer

allgemeinen

Maschinen,

hat,

zu

in

ohne

höherei

beim

Ver-

d r ä n g e r - M o t o r ins G e w i c h t , daß der B e g i n n der Einspritzung mit dem Maximum

der L u f t w i r b e l u n g

zusammenfallen

muß,

was

eine

Ab-

hängigkeit des Zeitpunktes der Einspritzung von der Kolbenstellung bedingt.

O b w o h l eine derartige

Abstimmung nicht a l l z u s c h w e r

erzielen ist, s o wird doch immerhin durch diese

Gebundenheit

zu der

—

Konstrukteur

in

der

286

Freiheit

-

seiner

Entwürfe

beschränkt.

Dazu

kommt, daß durch die V e r d r ä n g e r w i r k u n g nicht nur ein L u f t w i r b e l während

des

Verdichtungshubes

hervorgerufen

wird, sondern

daß

zu B e g i n n des E x p a n s i o n s h u b e s auch ein heftiges R ü c k s t r ö m e n

der

Verbrennungsgase

und

durch

Zylinderdeckel erfolgt. geschwindigkeiten

den

Ringspalt

zwischen

Kolben

Die hierbei auftretenden hohen

bedingen einen s t a r k e n

Strömungs-

Wärmeübergang

an

die

W a n d u n g e n und damit Kühlverluste, w e l c h e bei kleineren M a s c h i n e n einheiten eine nicht unbeträchtliche Rolle spielen können.

W i e b e r e i t s bei B e s p r e c h u n g der B r a n d i s - P a t e n t e e r w ä h n t , ist die V e r d r ä n g e r m a s c h i n e

durch

m a s c h i n e mit v e r e i n f a c h t e m der E n t w i c k l u n g s p e r i o d e

Verbesserung

Verdichter

des

der

entstanden.

neuen M o t o r s

LufteinblasungsDie

während

angestellten

Versuche

haben ganz von selbst zu einer V e r b e s s e r u n g der B r e n n s t o f f d ü s e und zu einer Erhöhung des E i n s p r i t z d r u c k e s auf e t w a 75 at geführt und damit 'diejenige dem

Zerstäubung

ursprünglichen

des

Erfindungsgedanken

wirbel zugeordnet

war.

Verdrängers

einwandfreie

eine

Brennstoffes,

Auch

bewir'kti

irriger

der Umstand, Verbrennung

Weise

die dem

nach Ring-

daß bei Fortfall sich

nur

des

unter An-

wendung beträchtlich h ö h e r e r Einspritzdrücke erzielen ließ, b e w e i s t k e i n e s w e g s die B e d e u t u n g des R i n g w i r b e l s für die Zerstäubung, sondern läßt lediglich darauf schließen, daß die sonst v o m

Verdränger

— 287 — geleistete V e r w i r b e l u n g s a r b e i t nunmehr durch die Energie des Brennstoffstrahles aufgebracht w e r d e n muß. Die ersten Druckeinspritzungsmaschinen, bei welchen der Gedanke einer vollkommenen Z e r s t ä u b u n g und guten Verteilung d e s B r e n n s t o f f e s unter Ausschluß eines g a s f ö r m i g e n Mittels und unter Verzicht auf die verteilende Wirkung eines L u f t w i r b e l s lediglich durch die S t r a h l e n e r g i e s e l b s t verwirklicht w u r d e , sind im J a h r e 1911 und 1912, also e t w a zu gleicher Zeit w i e die D e u t z e r V e r d r ä n g e r maschine, von der F i r m a V i c k e r s L i m . , B a r r o w in F u r n e s s (England) zur B e t r i e b s r e i f e entwickelt worden. Als geistiger Urheber dieser Entwicklung kann der technische Direktor dieser F i r m a , J a m e s M c . K e c h n i e gelten, welcher von der durchaus zutreffenden Annahme ausging, daß eine hinreichende Z e r s t ä u b u n g nur mit sehr hohen, weit über den bisher bekannten liegenden Einspritzdrücken zu erzielen sei. E r hat fernerhin richtig erkannt, daß es erforderlich ist, diesen Einspritzdruck unabhängig v o n der eingespritzten B r e n n s t o f f m e n g e stets gleichmäßig hoch zu halten, um auf diese W e i s e einen größeren B e l a s t u n g s b e r e i c h und eine höhere Wirtschaftlichkeit auch bei niedriger B e l a s t u n g zu erzielen. Im britischen P a t e n t Nr. 2 7 5 7 9 / 1910 v o m 26. Oktober 1910 hat Mc. Kechnie zuerst b r a u c h b a r e Mittel zur E r z e u g u n g des angestrebten hohen und gleichmäßigen Einspritzdruckes angegeben. Grundsätzlich i s t dabei die Anordnung gewählt, daß der Brennstoff nicht unmittelbar durch eine P u m p e in den Zylinder gespritzt wird, sondern bis kurz v o r der Einspritzung in einem B r e n n s t o f f s a m m l e r unter hohem Druck a u f g e s p e i c h e r t wird. Im geeigneten Zeitpunkt wird die Brennstoffzufuhr nach dem Z y linder freigegeben, d a s unter dem hohen D r u c k des Akkumulators stehende Treiböl dringt mit großer Geschwindigkeit durch die engen L ö c h e r der Einspritzdüse und wird dabei w e i t g e h e n d zerstäubt. Mc. Kechnie stellte sich den Z e r s t ä u b u n g s v o r g a n g ursprünglich s o vor, daß er annahm, der Brennstoff w ü r d e durch die beim Austritt a u s der D ü s e n b o h r u n g auftretende plötzliche Entspannung sich unverzüglich in D a m p f f o r m auflösen, w o b e i die hohe T e m p e r a t u r der Zylinderluft diesen V o r g a n g unterstützen sollte. In Abb 182 ist ein Ausführungsbeispiel nach der Patentzeichnung dargestellt. D e r Arbeitszylinder besitzt einen V e r b r e n n u n g s raum, der sich aus einer flachen K r e i s s c h e i b e und einem im Kolben gelegenen Kugelabschnitt (Kalotte) z u s a m m e n s e t z t , unterscheidet sich also w e n i g oder garnicht von der bei Einblasedieselmaschinen übli-

—

289 —

c h e n F o r m . Die Einspritzdüse hat die Gestalt einer B r a u s e , w e l c h e den Brennstoff als ein B ü n d e l v o n R u n d s t r a h l e n in den V e r b r e n n u n g s r a u m eintreten läßt. Auch die B r e n n s t o f f p u m p e u n t e r s c h e i d e t sich nur w e n i g v o n der bisher b e k a n n t e n F o r m . Die B r e n n s t o f f z u m e s s u n g w i r d reguliert durch das längere oder k ü r z e r e Offenhalten d e s Einlaßventils e 4 w e l c h e s v o n einer Stufenscheibe e ' g e s t e u e r t w i r d , die auf der W e l l e e 3 längsverschieblich a n g e o r d n e t ist und eine Anzahl ungleich langer H e b e f l ä c h e n besitzt. Der Brennstoff w i r d nun z u n ä c h s t v o n der P u m p e n a c h dem der E i n s p r i t z d ü s e v o r g e s c h a l t e t e n B r e n n s t o f f s a m m l e r g e f ö r d e r t ; dieser b e s t e h t im w e s e n t lichen a u s einem Zylinder c 3 , der die (höchste je Arbeitsspiel erf o r d e r l i c h e B r e n n s t o f f m e n g e a u f z u n e h m e n v e r m a g , und einem Kolb e n C, der d u r c h eine k r ä f t i g e S c h r a u b e n f e d e r D b e l a s t e t w i r d . Die F e d e r ist z w i s c h e n eine;r Scheibe c 1 und dem mit dem K o l b e n g e h ä u s e c 5 d u r c h S c h r a u b e n b o l z e n c4 v e r b u n d e n e n Q u e r s t ü c k c2 a n g e o r d n e t u n d :w)ird g e s p a n n t durch die E x z e n t e r s c h e i b e c 7 , d e r e n W e l l e c 8 mit d e r S t e u e r w e l l e des M o t o r s z w a n g s l ä u f i g g e k u p p e l t ist. D a s Spanr n e n der F e d e r D b z w . das Anheben des Kolbens C ist beendet, bevoidas U e b e r s c h i e b e n d e s B r e n n s t o f f e s v o n der P u m p e aus b e g i n n t ; l e t z t e r e f ö r d e r t also ohne jeden G e g e n d r u c k und dient im w e s e n t lichen n u r der B r e n n s t o f f z u m e s s u n g . Die B r e n n s t o f f e i n s p r i t z u n g w i r d d u r c h die E x z e n t e r s c h e i b e c 7 g e s t e u e r t , w e l c h e im beabsichtigten Zeitpunkt die Felder d auslöst. D e r d u r c h den Kolben c plötzlich auf den Brennstoff e i n w i r k e n d e hohe D r u c k , d e r in d e r P a t e n t b e s c h r e i b u n g mit e t w a 150—500 at a n g e g e b e n w i r d , v e r u r s a c h t ein r a s c h e s s c h l a g a r t i g e s Einspritzen des B r e n n s t o f f e s durch die Düse in den Z y l i n d e r r a u m und g e w ä h r l e i s t e t eine der L u f t e i n b l a s u n g gleichwertige Zerstäubung. Eine a n d e r e AusfüShrungsiorm zeigt Abb. 183. Die B r e n n s t o f f einspritzung w i r d hierbei nicht d u r c h plötzliche D r u c k e r h ö h u n g in d e r B r e n n s t o f f l e i t u n g , s o n d e r n d u r c h ein g e s t e u e r t e s Nadelventil ausgelöst. An Stelle eines A k k u m u l a t o r - K o l b e n s , d e s s e n B e l a s t u n g s f e d e r durch eine E x z e n t e r s c h e i b e a n g e h o b e n w i r d , tritt hier ein unter s t ä n d i g e m F e d e r d r u c k s t e h e n d e r Kolben, d e r durch die v o n der P u m p e g e f ö r d e r t e B r e n n s t o f f m e n g e a n g e h o b e n w i r d . Die E n t s p a n n u n g des im R ä u m e c 3 und d e r d a r a n anschließenden B r e n n s t o f f leitung unter D r u c k befindlichen Treiböles erfolgt durch A n h e b e n der Ventilnadel F v e r m i t t e l s des durch den Nocken f 2 b e t ä t i g t e n Hebel f 1 . D e r H a u p t a n s p r u c h des P a t e n t e s betrifft eine V e r b r e n n u n g s k r a f t m a s c h i n e . bei der der Brennstoff in die v e r d i c h t e t e Luftl a d u n g des Zylinders eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Hausfelder, Die kompressorlose Dieselmaschine

19

— 290 —

— 291

-

der Brennstoff o h n e L u f t z u m i s c h u n g durch den D r u c k einer k r ä f t i g e n F e d e r s c h l a g a r t i g in N e b e l f o r n i d u r c h feine D ü s e n b o h r u n g e n in den Z y l i n d e r g e s p r i t z t w i r d , w o b e i das hoch v e r d i c h t e t e Oel iniolge der plötzlichen D r u c k e n t s p a n n u n g s o f o r t v e r d a m p f t .

Abb. 184

D e r A n s p r u c h 2 s c h ü t z t die in Abb. 182 d a r g e s t e l l t e A u s f ü h r u n g s f o r m , bei w e l c h e r die B e l a s t u n g s f e d e r des A k k u m u l a t o r k o l b e n s d u r c h eine E x e n t e r s c h e i b e a n g e h o b e n und im g e e i g n e t e n Zeitpunkt ausgelöst wird. D e r A n s p r u c h 3 schließlich s c h ü t z t die in Abb. 183 d a r gestellte K o n s t r u k t i o n , bei w e l c h e r d e r B r e n n s t o f f d u r c h eine P u m p e g e g e n den h o h e n D r u c k e i n e r B e l a s t u n g s f e d e r in einen B r e n n s t o f f s a m m l e r v o r g e l a g e r t und durch O e f f n e n eines u n m i t t e l b a r an der Einspritzdüse sitzenden gesteuerten Nadelventils nach dem Zylinderr a u m hin e n t s p a n n t w i r d .

292 Im britischen Patent Nr. 2 6 2 2 7 / 1911 vom 23. November 1911 desselben Erfinders wird eine besondere Art des Akkumulators beschrieben. Hierbei ist die Feder des Brennstoffsammlers durch ein oder mehrere nachgiebige Rohre A (Abb. 184) ersetzt, deren offene Enden so in die Abschlußstücke Q eingeschraubt siind, daß alle- Rohre miteinander in Verbindung stehen; die Rohrleitung d führt zur Brennstoffpumpe, die Leitung e zur Einspritzdüse. Der Querschnitt der Roihre A (Abb. 185) ist etwa elliptisch, nimmt aber, wenn der Akkumu-

Abb. 185

lator durch den zugepumpten Brennstoff unter vollem Druck steht, eine kreisrunde Querschnittsform an. In jedes Rohr ist eine Kaliibenstange B eingesetzt, die das vollständige Zusammenziehen der Rohrwandung auf ihren freien elliptischen Querschnitt verhindert; die Rohrwandung preßt sich also, wenn der Brennstoff im Rohr nur unter Atmosphärendruck steht, mit großer Kraft an die Kaliberstange an. Durch den Druck des. von de: Pumpe in das Rohr A beförderten Brennstoffes dehnt sich dieses auf seinen vollen Kreisquerschnitt aus, die Elastizität seiner Wandungen erzeugt so das für die Einspritzung erforderliche hohe Druckgefälle. Die Einspritzung selbst erfolgt in bekannter Weise durch Entspannung des Oeles nach der Zerstäuberdüse nach Eröffnung der die Düse abschließenden Ventilnadel. Die P a t e n t a n s p r ü c h e betreffen: 1. Eine Verbrennungskraftmaschine der aus dem britischen Patent 27579/1910 bekannten Art, daidurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff, um auf den erforderlichen ho'hen Druck zu kommen, in ein oder mehrere Rohre gepumpt wird, deren Wandung im Sinne der Volumenvergrößerung nachgibt und sich in ihre freie L a g e nicht zusammenziehen kann, sodaß die Ausdehnung nur über einem bestimmten hohen Druck stattfindet. 2. Eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druc'krohr schwach elliptischen Querschnitt besitzt und durch eine den kürzeren Druckmesser des Rohres überbrückende Kali'berstange an voller Zusammenziehung behindert wird, daß jedoch eine Ausdehnung der Rohrwand zur Kreisschnittform erfolgt, sofern eine bestimmte Druckhöhe überschritten wird.

— 293 — Im britischen P a t e n t Nr. 2 4 1 2 7 / 1912 v o m 22. Oktober 1912 beschreibt Mc. Kechnie den organischen Z u s a m m e n b a u einer Brennstoffpumpe mit dem durch das P a t e n t 26227/1911 geschützten ßrenns t o f f s a m m l e r . Abb. 186 stellt die B r e n n s t o f f p u m p e nach der P a t e n t -

Abb. 186

Zeichnung dar. Hierbei deutet A d a s P u m p e n g e h a u s e , B den P u m penkolben, C d a s von der Nockenscheibe c g e s t e u e r t e Einlaßventil, E ein R ü c k s t r ö m v e n t i l und F d a s von dem Nocken f vermiittels des Hebels f l g e s t e u e r t e Auslaßventil an, w e l c h e s dem Brennstoff den W e g zur Druckleitung und damit zur Einspritzdüse öffnet. Q. stellt den oberen Teil d e s D r u c k s a m m e l r o h r e s mit elastischen W a n d u n g e n dar. Die W i r k u n g s w e i s e der P u m p e ist f o l g e n d e :

— 294 — Nach

Beendigung

des Saugliubes,

wenn

also

das

gesteuerte

Ventil C geschlossen ist, wird nach Rückgang des Kolbens B

der

Brennstoff in der Druckleitung a 1 , sowie im Brennstoffsammler aufgespeichert.

Die

wesentlich größer,

hierbei

als

geförderte

Brennstoffmenge

die je Arbeitsspiel

belastung erforderliche.

des Motors

ist

bei

G

dabei

Höchst-

Da das F a s s u n g s v e r m ö g e n des Kanales

a'

und des dazu geschalteten Brennstoffsammlers Q so bemessen ist. daß beiide

nur wenig

Brenntoffladung

mehr,

als

aufnehmen

die höchste

je Arbeitsspiel

Brennstoff abgeleitet werden. werden

kann.

Die geförderte

Der

Druck,

geförderte

Dies geschieht durch das R'ücklauf-

ventil E, dessen Belastung durch Spannen der konstant.

benötigte

können, so muß der zuviel Feder

Brennstoffmenge

unter

welchem

sich

e

bleibt der

verändert dabei

stets

Brennstoff

im

Pumpendruckraum befindet, wird bestimmt durch die Ausdehnungsfähigkeit

der

elastischen

durch die Belastung

Wände

eines gewissen Ueberdruckes Saugraum stoffes

deis JBrennstoffsamimlers,

des Ventiles E, w e l c h e s beim überschüssigen

der P u m p e übertreten läßt.

zur

Einspritzdüse

erfolgt

Brennstoff

Der Uebertritt

durch

Oeffnen

sowie

Ueberschreiten

des

nach des

dem

Brenn-

Ventiles

F.

Beginn und Dauer der Ventilöffnung können je nach Belastung d e r Maschine durch achsiale Verschiebung des Nockens f auf der W e l l e D v e r ä n d e r t werden. bleiben, wie

Die je Pumpenhub geförderten Brennstoffmengen

bereits g e s a g t ,

stets

gleich;

sie stehen während

der

ganzen Einspritzdauer unter einem annähernd konstanten Druck, der durch den Brennstoffsammler

bzw.

feder des Ventiles E bestimmt ist.

die Spannung

der

Belastungs-

Diese Unabhängigkeit von

der

Kolbengeschwindigkeit der P u m p e gewährleistet auch bei niedrigen Drehzahlen eine gute Zerstäubung. An Stelle des ventiles

F

—

diese Ventile In

diesem

an der Brennstoffpumpe

besonders

bei

auch unmittelbar

Falle

angeordneten

Mehrzylinder-Motoren an

der Düse

wird 'die Venti'lbewegung

Auslaß-

—

können

angeordnet

werden.

entweder

in

ähnlicher

W e i s e wie in Abb. 186 vermittels eines Hebels, und eines konischen, achsial

verschiebbaren

Zwischenschaltung

Nockens

von

gesteuert,

dem Ventilhebel und einem festen Nocken. veranschaulichen beruhen

sämtlich

einige auf

oder

aber

an sich bekannten Vorrichtungen

durch

zwischen

Die Abb. 187 bis. 189

dieser Ventil-Steuerungs-iMechanismen; dem Prinzip

verstellbarem Hebeldrehpunkt.

eines

Qelenkdoppelhebels

sie ¡mit

Die zeitliche Regelung des Ventiles

erfolgt, indem man den verstellbaren Drehpunkt auf einen E x z e n t e r oder

einen S c h w i n g a r m

oder

dergl. anordnet, der

die gegen

die

— 295 —

— 296 — Nockenscheibe anliegende Rolle gegen die Nockenscheibe vorrückt oder davon zurückholt, in dem Maße, wie das Hebelverhältnis infolge der Verstellung des beweglichen Drehpunktes sich ändert. Bei einem Vielzylindermotor w e r d e n zweckmäßig alle Zylinder gleichzeitig mittels eines von Hand b z w . vom Regulator aus betätigten Getriebes geregelt werden, welches in der angegebenen W e i s e auf d'ie Einspritzventile wirkt. Die P a t e n t a n s p r ü c h e beziehen sich auf: 1. Die Verbindung einer Brennstoffpumpe mit einem B r e n n stoffsammler, dadurch gekennzeichnet, daß die P u m p e eine überb e m e s s e n e Brennstoffmenge fördert, und daß dieser Ueberschuß durch ein federbelastetes Ventil bei einem bestimmten regelbaren Druck abgeleitet wird. 2. Die organische Vereinigung einer Brennstoffpumpe nach Anspruch 1, mit einem Einspritzventil, w e l c h e s diie Menge des zur Düse übertretenden Brennstoffes regelt. 3. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Eröfnung des unmittelbar an die Düse herangelegten Einspritzventiles durch einen Gelenkdoppelhebel mit verstellbarem Heibeldrehpunkt erfolgt. Von d e r eben beschriebenen Konstruktion unterscheidet sich die im britischen P a t e n t Nr. 2 4 1 5 3 / 1912 vom 22. Oktober 1912 geschützte Anordnung sehr wesentlich dadurch, daß hier auf die Anwendung eines besonderen Druckspeichers verzichtet wird. Der Brennstoff wird unmittelbar durch die Brennstoffpumpe eingespritzt, welche eine ü b e r b e m e s s e n e Brennstoffen enge a n s a u g t ; der erforderliche hohe EinspritzdruCk wird allmählich w ä h r e n d des P u m p e n d r u c k h u b e s erreicht, indem man den Ablauf des überschüssigen Brennstoffes langsam drosselt. Die Drosselung wird durch eine mechanische Steuerung des Ansaugventiles erzeugt, indem sich das Ventil langsam w ä h r e n d des ersten Teiles des P u m p e n d r u c k h u b e s schließt und dabei den Brennstoffdruck stetig erhöht; der letzte Teil des P u m p e n hubes verläuft dann bei geschlossenem Ventil so, daß eine B r e n n stoffmenge gefördert wird, die nur wenig über die erforderliche volle Ladung geht. Das allmähliche Anwachsen des Druckes bis zum Maximum schließt plötzliche Drucksteigerungen, welche der P u m p e gefährlich w e r d e n könnten, aus. W i e im P a t e n t Nr. 24127/1912 wird auch hier der von der P u m p e geförderte Brennstoffüberschuß durclh ein Rückströmventil abgeleitet, dessen F e d e r b e l a s t u n g den Höchstdruck für die Einspritzung bestimmt; der Druck bleibt sowohl beim Einspritzen

— 297 — großer wie kleiner Brennstoifmengen annähernd konstant. Die Abb. 190 der P u m p e zeigt, daß sie fast in allen Einzelheiten derjenigen des v o r h e r besprochenen P a t e n t e s entspricht; abweichend ist lediglich der Fortfall des früher an den Kanal a 1 angeschlossenen Brennstoffsammlers.

Abb. 190

Die P a t e n t a n s p r ü c h e betreffen: 1. Eine Vorrichtung zum Einspritzen des Brennstoffes in Verbrennungskraftmaschinen mittels einer Pumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die P u m p e einen großen Brennstoffüberschuß fördert und die Einspritzung nur w ä h r e n d des letzten Teiles ihres Druckhubes erfolgt, nachdem der Brennstoffdruck allmählich durch langsames Schließen eines Auslasses, beispielsweise des Ansaugventiles der Pumpe, auf ein Höchstmaß gesteigert w o r d e n ist.

— 298 — 2. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugventil der Pumpe durch eine Nockenschei'be derart gesteuert wird, daß es sich während des L e e r g a n g e s im Druckhube der Pumpe allmählich schließt. 3. Einspritzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ueberschuß des geförderten Brennstoffes durch ein federbelastetes Ueberstömventil nach dem Saugraum der P u m p e zurückgeleitet wird. 4. Vorrichtung zur Oeffnung des Einspritzventiles gemäß den im Patent Nr. 24127/1912 beschriebenen Bauarten. B e m e r k e n s w e r t ist, daß Mc. Kechnie sich in diesem Patent zum ersten Mal v o n der Einspritzung durch einen unter Druck stehenden Sammelbehälter freimacht und die Erzeugung des hohen für die Zerstäubung erforderlichen Druckes ausschließlich der Pumpe selbst zuordnet. Dieses Verfahren der unmittelbaren Einspritzung unter Ausschluß eines besonderen Brennstoffsammlers, hat sich denn auch fast allgemein für alle kompressorlosen Maschinen eingeführt. Erst in letzter Zeit sind' w i e d e r Bestrebungen vorhanden, die mittelbare Einspritzung durch federbelastete Kolben auch für moderne Maschinen zu v e r w e n d e n . Uebei derartige, besonders v o n der Firma Gebr. Sulzer A.-G., W'interthur, entwickelte Vorrichtungen soll weiter unten berichtet w e r d e n . Die Beobachtung Mc. Kechnies, daß k o m p r e s s o r l o s e Maschinen infolge Fehlens der abkühlenden Wirkung der Einblaseluft eine sichere Zündung bereits bei niedrigen Verdichtungsdrücken ergeben, gibt ihm Veranlassung, im britischen Patent Nr. 1 3 4 6 0 / 1914 v o m 2. Juni 1914 einen Schutz auf niedrige Verdichtungsgrade zu beanspruchen. Die P a t e n t a n s p r ü c h e

betreffen:

1) Eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher der Brennstoff luftlos eingespritzt und ausschließlich durch die Verdichtungswärme entzündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichtungsdruck e t w a 16 bis 20 at, jedenfalls aber w e n i g e r als 30 at beträgt. 2.

Eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 zur Ver-

w e n d u n g v o n leicht flüssigen Brennstoffen, dadurch

gekennzeichnet,

daß der Verdichtungsdruck ungefähr 7 bis 12 at beträgt. Bei seinen Untersuchungen mit luftlos eingespritzten Brennstoffen hatte Mc. Kechnie erkannt, daß die Feinheit der Zerstäubung nicht nur v o n der Höhe d e s Einspritzdruckes, sondern auch in w e i t e s t e m Maße v o n der besonderen Ausbildung der Düse abhängig ist. Im britischen Patent Nr. 1 0 5 9 / 1914 v o m 14. Januar 1914 gibt er

— 299 — einige Düsenfornnen an. w e l c h e einen b e s o n d e r s g u t e n

Zerstäubungs-

grad liefern sollen. Mc. Kechnie führt in der Einleitung zu seiner P a t e n t b e s c h r e i b u n g etwa

folgendes

aus:

Wenn

eine Flüssigkeit

unter

außerordentlich

h o h e m Druck aus einer kleinen O e f f n u n g austritt, s o erfolgt in einer b e s t i m m t e n Entfernung v o n

der Miündunig s e i n e A u f l ö s u n g

in eine

g r o ß e Anzahl kleinster F l ü s s i g k e i t s p a r t i k e l c h e n . D i e s e Entfernung, die Schlag,weite d e s Strahles, steht in e i n e m b e s t i m m t e n Verhältnis zum D u r c h m e s s e r b z w . zur Breite der Austrittsmümdung, ihrer L ä n g e und der G e s c h w i n d i g k e i t , mit w e l c h e r die F l ü s s i g k e i t aus der Mündung austritt.

Ist

die L ä n g e

des

Spritzkanales

groß

im Verhältnis

s e i n e m D u r c h m e s s e r , s o ist auch die S c h l a g w e i t e

zu

d e s S t r a h l e s be-

d e u t e n d ; der Strahl erhält auf eine l ä n g e r e S t r e c k e eine gute Führung, wobei

allerdings

auch der

Flüssigkeitsdruck

v e r h ä l t n i s m ä ß i g hoch

H i n g e g e n b e d i n g e n k u r z e S p r i t z k a n ä l e eine Auflösung d e s

s e i n muß. Strahles

kurz nach

Kechnie

angestellten

Verlassen

der

Versuchen

Mündung.

kann

der

Nach

Grad

der

den v o n

Mc.

Zerstäubung

e i n e s O e l s t r a h l e s b e d e u t e n d g e s t e i g e r t w e r d e n , w e n n m a n unter Beibehaltung e i n e s h o h e n E i n s p r i t z d r u c k e s die L ä n g e d e s im Verhältnis zu s e i n e m

Querschnitt

Spritzkanales

m ö g l i c h s t kurz hält und

den

M ü n d u n g s q u e r s c h n i t t s o ausbildet, daß der Strahl die M ü n d u n g als ebener

oder

kegelförmiger

Schleier

verläßt,

derart,

daß

die

ein-

z e l n e n B r e n n s t o f f t e i l c h e n in v e r s c h i e d e n e n R i c h t u n g e n sich b e w e g e n m ü s s e n , und ihre Zähigkeit, die Kraft, auf der ihr Aneinand'erhaften beruht, ü b e r w u n d e n w i r d . U m d i e s e Art der Z e r s t ä u b u n g durchzuführen, bildet Mc. Kechnie die D ü s e s o aus, daß die G e s c h w i n d i g k e i t d e s B r e n n s t o f f e s bis zur D ü s e n m ü n d u n g klein i s t ; der Brennstolffdruck s e t z t sich n a h e z u volls t ä n d i g in G e s c h w i n d i g k e i t um, w o b e i die B e r ü h r u n g s f l ä c h e n z w i s c h e n Brennstoff

und M ü n d u n g s w a n d u n g

so

und d a d u r c h die R e i b u n g s w i d e r s t ä n d e gesetzt werden. beschriebenen

klein

wie möglich

gehalten

Mindestmaß

herab-

Zu d i e s e m Z w e c k w i r d bei allen in d i e s e m

Patent

Düsen

die Mündung

auf ein

durch Lippen

gebildet,

welche

einen k e i l f ö r m i g e n Querschnitt b e s i t z e n und sich mit s c h a r f e n Kanten einander g e g e n ü b e r stellen.

D i e Lippen k ö n n e n eine A b s c h r ä g u n g

zu beiden S e i t e n oder nur auf der inneren o d e r ä u ß e r e n S e i t e

der

D ü s e n m ü n d u n g b e s i t z e n ; in allen Fällen aber muß der W i n k e l d e r A b s c h r ä g u n g hinreichend spitz sein, um ein Anhaften d e s B r e n n s t o f f e s an der M ü n d u n g zu v e r h i n d e r n und ein f r e i e s A u s s t r ö m e n in die v e r d i c h t e t e L u f t (hinein zu g e w ä h r l e i s t e n .

Abb. 191 und

Abb.

192

stellen z w e i D ü s e n f o r m e n nach der P a t e n t z e i c h n u n g dar. In Abb. 191

— 300 — wird die D ü s e durch das, im G e g e n s a t z zu früheren Konstruktionen, möglichst an die Mündung herangelegte Nadelventil C g e s t e u e r t .

Die

eigentliche D ü s e wird gebildet durch den Einsatz e 3 und die Nadel e \

Abb. 191

Abb. 192

deren beiderseitige u n s y m m e t r i s c h e Schneiden einen K r e i s s p a l t A bilden. Die Größe d e s S p a l t e s kann durch Drehen der Naidel e 4 im G e w i n d e zum Z w e c k e der Einstellung eines bestimmten Z e r s t ä u b u n g s g r a d e s in geringen Grenzen g e ä n d e r t w e r d e n . In Abb. 193 w i r d die D ü s e unmittelbar durch den F l ü s s i g k e i t s druck gesteuert, und z w a r ist hierbei die Ventilnadel C selbst mit einen Kopf c 2 v e r s e h e n , d e r an seinem U e b e r g a n g e zum zylindrischen Teil hinterdreht ist und dadurch eine s c h a r f e Kante erhält, w e l c h e in Verbindung mit der keilförmigen Zuspitzung des D ü s e n e i n s a t z e s b 3 einen K r e i s s p a l t mit den die Z e r s t ä u b u n g fördernden scharfen Mündungsrändern bildet. Der Brennstoff w i r d v o r der Abb. 193 Mündung durch eine Reihe v o n L ä n g s n u t e n b \ die in die Ventilführung eingeschnitten sind, in einzelne Strahlen unterteilt. Die Ventilöffnung erfolgt beim A n w a c h s e n des B r e n n s t o f f d r u a k e s über die Schlußkraft einer M e m b r a n f e d e r c 3 . (Abb. 192). Die P a t e n t a n s p r ü c h e schützen Mittel zur E r z e u g u n g ebener oder s c h w a c h kegelförmiger Brennstoffschleier durch Düsen, deren wesentlichstes M e r k m a l darin besteht, daß ihre kreisring-

— 301

-

förmigen Austrittsquerschnitte durch die scharfen Kanten ihrer einander z u g e w a n d t e n Mündungslippen gebildet w e r d e n . Mit der Konstruktion v o n Düsen, die nicht mehr zwangsläufig durch einen Steuerungsmechanismus, sondern kraftschlüssig, durch den Brennstofidruck gesteuert werden, ferner durch seine Brennstoftpumpe nach dem Patent Nr. 2 4 1 5 3 / 1912, w e l c h e den hohen Einspritzidruck ohne Zwischenschaltung eines Brennstoffsammlers erzeugt, hat Mc. Keehnie einen Teil seiner ursprünglichen Konstrüktionsprinzipien w i e d e r verlassen. Er hat die Bedeutung einer richtigen Ausbildung der Düse erkannt und der Brennstoffpumpe die wichtige Rolle zugeteilt, nicht nur den hohen, für eine hinreichende Zerstäubung erforderlichen Druck zu erzeugen, sondern auch Beginn und Schluß des Einspritzvorganges zu bestimmen, d. h. den Verbrenn u n g s v o r g a n g selbst unmittelbar zu steuern. Damit hat er die konstruktiven Richtlinien aufgestellt, w e l c h e noch heute für den Bau der Druckzerstäubungsmotoren maßgebend sind. Die Erfolge Mc. Keehnies sind das Resultat einer jahrelangen zähen Versuchsarbeit, die allerdings nur durch den kräftigen finanziellen Rückhalt der Firma Vickers Lim. möglich war. W e n n auch die luftlose Einspritzung als solche schon von Diesel angewendet worden ist, auch die Einspritzung durch einen Akkumulatorkolben bereits bekannt war, (D. R. P. 2 3 7 1 5 7 v o m 8. Mai 1910 der M o t o r e n f a b r i k D e u t z ) so: besteht dennoch das hohe Verdienst Mc. Kechnie's darin, das Problem der luftlosen Einspritzung trotz der ihm bekannten Mißerfolge seiner Vorgänger v o n neuem aufgegriffen zu haben. W e n n man ferner berücksichtigt, daß noch im Jahre 1912 namhafte Sachverständige der Ansicht w a r e n , daß Dieselmotoren zur Erzielung der notwendigen Zerstäubung des Brennstoffes, w e n n nicht der Einblaseluft, s o doch z u m mindesten eines anderen zerstäubenden Mittels bedürften, so wird man geneigt sein, die Arbeit Mc. Keehnies umso höher zu w e r ten, der, ohne sich durch die auch in England vorhandenen warnenden Stimmen beeinflussen zu lassen, seine Ideen energisch verfochten und letzten Endes auch erfolgreich verwirklicht hat. B e m e r k e n s w e r t ist, daß Mc. Keehnie, w e l c h e r den W e r t einer w e i t gesteigerten Brennstoffzerstäubung richtig erkannt und durch geeignete Maßnahmen auch verwirklicht hat, der Verteilung des Brennstoffes eine so geringe Bedeutung geschenkt hat, obgleich die Mittel hierzu bereits seit längerer Zeit, besonders in der deutschen Patentliteratur a n g e g e b e n waren. Der Umstand, daß Mc. Keehnie auf bsondere Vorrichtungen zur Verteilung des Brennstoffes im Ver-

— 302 — brennungsraum v e r z i c h t e t hat, mag auch die U r s a c h e dafür g e w e s e n sein, daß die w ä h r e n d des Krieges nach seinen P a t e n t e n F i r m a V i c k e r s L a m . hergestellten dem

Prüfstand

den

gestellten

Anforderungen

s c h w i e r i g e r e n B e t r i e b s Verhältnissen

gewachsen waren.

U-Bootsmaschinen, voll

gen

gezwungen,

derung

der auf

genügten,

den

an B o r d nicht in demselben M a ß e

S o w a r man häufig w e g e n mannigfacher S c h w i e -

rigkeiten mit Brennstoffleitungen, P u m p e n , P a c k u n g e n zusetzen.

von

die z w a r

den

Brennstoffdruck

auf

150

bis

und Dichtun-

200

at

herab-

W e n n auch vielleicht ein derartiger Einspritzdruck der F o r -

nach

hinreichender

Zerstäubung

noch

genügte, s o w a r

er

jedenfalls doch unzureichend, um die notwendige V e r w i r b e l u n g s a r b e i t

zu l e i s t e n ; die F o l g e n ä u ß e r t e n sich d a h e r in einer s c h l e i c h e n d e n V e r b r e n n u n g , e r h ö h t e m B r e n n s t o f f v e r b r a u c h und q u a l m e n d e m Auspuff. Englische U-Boots-Besatzungen haben sich über den dichten Q u a l m s c h l e i e r b e k l a g t , den die M o t o r e n s o r g f ä l t i g e r R e g e lung, w e l c h e ja die eben a n g e d e u t e t e n F o l g e n d e s v e r m i n d e r t e n B r e n n s t o f f d r u c k e s nicht b e h e b e n k o n n t e , oft v e r u r s a c h t h ä t t e n und der ihre B a h n m e i l e n w e i t d e m F e i n d e kenntlich g e m a c h t h a b e . Abb. 194 zeigt den S c h n i t t einer 1 2 0 0 - P S - Z w ö l f z y l i n d e r m a s c h i n c . wie sie in g r ö ß e r e r Anzahl s o w o h l v o n V i c k e r s selbst, w i e v o n einer Reihe v o n L i z e n z n e h m e r n f ü r die englische M a r i n e h e r g e s t e l l t w o r d e n sind. D e r U m s t a n d , daß hier b e r e i t s bei e i n e r L e i s t u n g v o n 1200 P S zwölf Z y l i n d e r v o r g e s e h e n sind, im G e g e n s a t z zu d e u t s c h e n U - B o o t s m a s c h i n c n , w o m a n e r s t bei L e i s t u n g e n ü b e r 1800 P S zu m e h r als s e c h s Z y l i n d e r n ü b e r g i n g , l a s s e n ebenfalls d e n S c h l u ß b e r e c h t i g t e r scheinen. daß, w e n n a u c h vielleicht nicht die Z e r s t ä u b u n g d e s B r e n n stoffes, so doch seine V e r t e i l u n g in der V e r b r e n n u n g s l u f t bei g r ö -

Abb. 195

ß e r e n Z y l i n d e r d u r c h m e s s e r n und h o h e m m i t t l e r e n D r u c k S c h w i e r i g keiten b e r e i t e t e . W e i t a u s die m e i s t e n a u s g e f ü h r t e n U - B o o t s m a s c h i n e n b e s a ß e n n o c h B r e n n s t o f f p u m p e n mit A k k u m u l a t o r , s o w i e E i n s p r i t z ventile, die v o n einer n e b e n dem Zylinderkopf liegenden R e g l e r w e l l e g e s t e u e r t w e r d e n . Mit Hilfe einer s p i r a l g e n u t e t e n K u p p l u n g k o n n t e die R e g l e r w e l l e g e g e n ü b e r der S t e u e r w e l l e v e r d r e h t und d a d u r c h der Beginn d e r E i n s p r i t z u n g zeitlich v e r ä n d e r t w e r d e n . Einige D i a g r a m m e eines V i c k e r s - M o t o r s zeigt Abb. 195 und z w a r bei v e r s c h i e d e n e r B e l a s t u n g und v e r ä n d e r t e m E i n s p r i t z d r u c k . D e r V e r d i c h t u n g s d r u c k b e -

304 trägt dabei e t w a 25 at, der Verbrennungsdruck steigt bei Volllast auf e t w a 38 at. Der Verlauf der Expansionslinie deutet selbst bei niedriger Belastung auf ein starkes Nachbrennen hin. Immerhin muß der thermische Wirkungsgrad dieser Maschinen nicht schlecht g e w e s e n sein, denn während die ersten Versuchsmaschinen noch Brennstoffverbräuche v o n 210—215 g / P S e h aufweisen, wird späterhin ein Verbrauch v o n 172 g / P S e h angegeben, ein Wert, der allerdings w o h l nur in besonders günstigen Fällen auf dem Prüfstand erreicht w o r d e n ist 51 ).

Abb. 196

Die guten Erfolge der Vickers-Maschine veranlaßten zunächs in England mehrere Fabriken, den Bau insbesondere v o n Unters e e b o o t s m a s c h i n e n nach P a t e n t e n v o n Mc. Kechnie b z w . Vickers aufzunehmen. Von Bedeutung für die Weiterentwicklung de kompressorlosen Maschine sind auch die Konstruktionen v o n S i K e n n e t h I r w i n C r o s s l e y and W i l f r e d L e P i a s t r i e r W e b b. in Manchester (England), die sich hauptsächlich auf die Formgebung der Verbrennungsräume beziehen. Im britischen P a t e n t Nr. 2 9 7 4 / 1915 v o m 24. Februar 1915 der genannten Erfinder wird der Schutz auf einen Verbrennungsraum genommen, der annähernd Eiform besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- und

305 — Auslaßventil auf beiden S e i t e n und das Einspritzventil auf der kleineren Seite

a n g e o r d n e t sind,

während

die g r ö ß e r e

Seite

des

eiförmiger

R a u m e s ganz oder teilweise durch den Kolbenboden gebildet

wird.

(Abb. 1 % ) . E s sei an dieser S t e l l e auch noch auf die b e r e i t s bei der B e s p r e c h u n g der M a s c h i n e n

mit V e r d r ä n g e r k o l b e n

erwähnten

Ver-

b r e n n u n g s r ä u m e nach den britischen P a t e n t e n von C r o s s 1 e y und WebbNr.

1 1 7 6 7 0, 1 1 7 6 7 1, 2 9 7 6 / 1915 u n d

1 0 3 7 4 6 hin-

g e w i e s e n , die sich alle durch die c h a r a k t e r i s t i s c h e Eiform des V e r b r e n nungsraumes auszeichnen.

Abb. 197 stellt einen

Verbrennungsraum

nach d e m britischen P a t e n t Nr. 1 0 4 0 8 9 v o m 5. Mai 1916 dar, der sich v o n den v o r h e r g e n a n n t e n hauptsächlich durch die b e s o n d e r e Anordnung d e r Ventile unterscheidet. In allen F ä l l e n ist der G e d a n k e auss c h l a g g e b e n d , die F o r m des B r e n n r a u m e s s o v o l l k o m m e n w i e möglich dem Strahlenbild der eingespritzten B r e n n s t o f f m e n g e anzupassen und dadurch eine innige Mischung von B r e n n s t o f f und Luft zu erreichen.

Abb. 197

Im britischen

Patent

Nr. 2 9 7 5 / 1915 v o m

24. F e b r u a r

1915

ist die A n w e n d u n g dieses für C r o s s l e y c h a r a k t e r i s t i s c h e n , annähernd eiförmigen V e r b r e n n u n g s r a u m e s schützt.

in einer D o p p e l k o l b e n m a s c h i n e

ge-

W i e aus Abb. 198 h e r v o r g e h t , wird dadurch der V e r b r e n -

nungsraum — a b g e s e h e n von einem kurzen scheibenförmigen

Raum

— durch die einander z u g e k e h r t e n ausgehöhlten Kolbenböden Q g e bildet.

Die B o h r u n g F g e g e n ü b e r der Einspritzdüse E dient zur Auf-

nahme des Anlaßventiles, Indi>katorstutzens oder dergleichen. Hausfelder, Die kompressorlose Dieselmaschine

20

306 — Die D r u c k z e r s t ä u b u n g s m a s c h i n e ist in D e u t s c h l a n d e r s t im J a h r e 1921 in b e t r i e b s r e i f e r A u s f ü h r u n g auf den M a r k t g e k o m m e n , o b w o h l b e r e i t s v o r dem Kriege u m f a n g r e i c h e r e V e r s u c h e mit u n m i t t e l b a r e r B r e n n s t o f f e i n s p r i t z u n g a n g e s t e l l t w o r d e n sind. S o h a t beispielsweise J u n k e r s im J a h r e 1913 s y s t e m a t i s c h e U n t e r s u c h u n g e n an kleinen D o p p e l k o l b e n m a s c h i n e n e i g e n e r B a u a r t in s e i n e r V e r s u c h s a n s t a l t in A a c h e n a n g e s t e l l t und dabei a u c h die luftlose E i n s p r i t z u n g a n g e w a n d t . Kr b e d i e n t e sich h i e r b e i eines E i n -

Abb. 198

s p r i t z d r u c k e s bis zu 700 at, w e l c h e r d u r c h die K o m p r e s s i b i l i t ä t d e s in e i n e r E r w e i t e r u n g der R o h r l e i t u n g a u f g e s p e i c h e r t e n B r e n n s t o f f e s erreicht wurde. Die D ü s e w a r b e r e i t s d a m a l s n a c h d e m P r i n z i p a u f g e b a u t , den Brennstoff im D i i s e n k ö r p e r in E i n z e l s t r a h l e n zu z e r teilen, und diese v o r der M ü n d u n g g e g e n e i n a n d e r a u f p r a l l e n zu l a s s e n . M a n e r w a r t e t e v o n dieser K o n s t r u k t i o n eine: w i r k s a m e r e Z e r s t ä u b u n g , v o r allem a b e r eine b e s s e r e H e r s t e l l u n g s - und1 R e i n i g u n g s m ö g l i c h k e i t als v o n g e w ö h n l i c h e n E i n l o c h d ü s e n . Diese Versuche, die in ihrem Beginn völlig u n a b h ä n g i g v o n M c . K e c h n i e s U n t e r s u c h u n g e n w a r e n , r u h t e n w ä h r e n d d e s K r i e g e s vollständig und sind e r s t im J a h r e 1919 w i e d e r a u f g e n o m m e n w o r d e n .

— 3(17 — W i e M c . K e c h n i c , so v e r l i e ß speicherung

des

Brennstoffes

unter

auch

Junkers

hohem

spater

Druck

vor

die A u f einer

ge-

s i e u e r t e n Diise u n d g i n g z u r k u r z f ü r ü e r n d e n B r e n n s t o f i p u m p e

über,

welche den Einspritzvorgang selbst steuerte.

nach

Auf G r u n d d e r

&

d e m K r i e g e in den .1 u n k e r s - W e r k e n , D e s s a u , g e l e i s t e t e n V e r s u e h s t ä t i g k a i t w u r d e in d e r z w e i t e n H ä l f t e d e s J a h r e s 1921 v o n d e r J u n k e r s - M o t o r e n bau

(J. m . b. H. die e r s t e

betriebsbrauch-

b a r e k o m p r e s s o r l o s e D i e s e l m a s c h i n e auf den M a r k t g e b r a c h t u n d z w a r als z w e i z y l i n d r i g e Z w e i t a k t - G e g e n k o l b e n m a s c h i n e , w e l c h e b e i 130 m m B o h r u n g u n d 390 m m H u b bei n

450 e t w a 60 P S e

leistete. 20*

Der

Verdichtungsdruck betrug e t w a 40 at, der Verbrennungshöchstdruck dürfte hierbei e t w a 60 at erreicht haben. Die innige Mischung von Brennstoff und Luft erfolgte bei dieser Maschine durch die an sich bekannte kreisende B e w e g u n g der Spülluft, w e l c h e durch tangentiale Schlitze in den Zylinder eintritt. Die Junker'schen Versuche haben ergeben, daß bei luftloser Einspritzung die G ü t e der Verbrennung wesentlich gesteigert w e r d e n kann, w e n n an Stelle der sonst bei der Spülung des Arbeitszylinders üblichen Spülluftmenge von 1 Vi—1 ' B a c h e m Hubvolumen eine erheblich größere Spülluftmenge a n g e w e n d e t wird. Im D. R. P . 3 8 2 4 7 9 vom 24. Dezember 1920 von H u g o J u n k e r s , Aachen, ist daher ein Verfahren geschützt, welches die Spülung des Zylinders durch eine Luftmenge schützt, welche mindestens das zweifache des Hubvolumens beträgt. Gemäß d'er Patentschrift ist das Verfahren besonders geeignet für den J u n k e r s durch das D. R. P. 2 2 0 1 2 4 vom 27. S e p t e m b e r 1907 geschützten Dieselmotor mit gegenläufigen Kolben, welche die an den äußersten Hubenden angeordneten Schlitze für Spülluft und Auspuff steuern. Der Grund liegt sicherlich darin, daß diese Maschinen infolge ihrer günstigen Schlitzanordnung besonders geringe Spülwiderstände aufweisen, sodaß trotz erheblicher Vergrößerung der je Hub zugeführten Spülluftmenge die Zunahme des schädlichen W i d e r s t a n d e s der Maschine in kleinen Grenzen bleibt und durch den Gewinn aus der besseren Verbrennung weit überboten wird. Durch die überreichlich bemessene Spülluftmenge wird auch ein Nachteil, der sonst mit der kreisenden L u f t b e w e g u n g v e r b u n d e n ist, behoben. Es w a r nämlich durch Versuche bekannt, daß der kreisende Luttwirbel durch die Fliehkraft derart beeinflußt wird, daß er nur die äußeren Schichten des Zylinderraumes erfüllt, w ä h r e n d in der Mitte ein Abgaskern verbleibt, der die Menge des v e r b r e n n baren Brennstoffes, also auch den erzielbaren mittleren Druck herabsetzt und so den Vorteil der Spülung mit kreisender Luft wieder teilweise aufhebt. Dieser schädliche Abgaskern wird nun wesentlich verkleinert oder ganz zum Verschwinden gebracht, wenn die Spülung mit erheblich v e r m e h r t e r Luftmenge erfolgt. Das Betriebsverfahren der vorliegenden Erfindung bietet also hier den weiteren Fortschritt, daß die durch die Spülung mittels kreisender Spiilluft angestrebten Vorteile besser als bisher zur Geltung kommen. Der P a t e n t a n s p r u c h lautet: Verfahren zum Betriebe von Einspritzverbrennungskraftmaschinen. gekennzeichnet durch gleichzeitige Anwendung luftloser

— 309 — Einspritzung des B r e n n s t o f f e s und einer Spülung mit einer kreisenden L u f t m e n g e , die mindestens das Doppelte des Hubvolumens

beträgt.

Die J u n k e r s - M a s c h a n e n e u e r e r B a u a r t (Abb. 199) benutzt allerdings nicht m e h r das im D. R . P . 382479 a n g e g e b e n e

Spülverfahren,

arbeitet v i e l m e h r mit einer erheblich g e r i n g e r e n Spiilluftnienge, ohne daß der t h e r m i s c h e oder m e c h a n i s c h e W i r k u n g s g r a d der

Maschine

v e r s c h l e c h t e r t wird. Die Einspritzung erfolgt, w i e b e r e i t s g e s a g t , durch eine

Düse,

w e l c h e den B r e n n s t o f f im D ü s e n k ö r p e r in Einzelstrahlen zerteilt und diese v o r der Mündung g e g e n e i n a n d e r aufprallen läßt. zip, das an

sich

durch die deutschen

Patente

Dieses Prin-

Nr. 3 4 8 2 8 1

10. M ä r z 1920 und Nr. 3 5 2 4 3 5 v o m 4. S e p t e m b e r 1920 v o n mann

B c n k e r t ,

Harburg,

bekannt

ist, iindet eine

vom Her-

konstruktiv

fest u m r i s s e n e F o r m im J u r i k e r s - P a t e n t Nr. 3 6 9 6 7 0 vom 11. J a nuar 1921. Die Abb. 200 stellt eine Ausführungsform

dieser Düse d a r ;

sie

k e n n z e i c h n e t sich als eine offene Düse, bei w e l c h e r eine nicht

ge-

steuerte Nadel mit ihrem dem

Arbeits-

zylinder zugekehrten E n d e dichtend gegen eine e n t s p r e c h e n d e F l ä c h e des Düs e n k ö r p e r s anliegt, und bei der in diese Abdichtungsfläche

die

Einspritzkanäle

eingearbeitet sind.

Im Innern der D ü s e n -

nadel

Brennstoffzuführungs-

(d)

ist

ein

kanal (f) in G e s t a l t einer einfachen zylindrischen B o h r u n g derart angeordnet, daß dieser Kanal sich in z w e i oder m e h r e r e Bohrungen halb

(g, h) gabelt, w e l c h e

der Abdichtungsfläche

inner-

ausmünden.

Von diesen Mündungsstellen führen In di e Abdichtungsfläche der Diisennadel eingearbeitete

Kanäle

(i,

j)

die

nach

den

Spritzöffnungen führen, in der W e i s e , daß sich z w e i oder m e h r e r e S t r a h l e n im V e r -

Abb. 200

brennungsraum

kreuzen.

D a die Kolben der J u n k e r s ' s c h e n Maschine flache B ö d e n besitzen, so ergibt sich ein k r e i s s c h e i b e n f ö r m i g e r V e r b r e n n u n g s r a u m , in w e l chem ¡die durch

tangential

gerichtete

Spülschlitze

eintretende

Luft

die ihr mitgeteilte D r e h b e w e g u n g w ä h r e n d des ganzen Verdichtungs-

- 310 und E x p a n s i o n s h u b e s behält. In diesen k r e i s e n d e n L u f t w i r b e l w i r d d e r B r e n n s t o f f in R i c h t u n g nach der Z y l i n d e r a c h s e h i n e i n g e s p r i t z t . Bei kleinen Z y l i n d e r - D u r c h m e s s e r n und D r e h z a h l e n g e n ü g t hierbei eine Düse zur B r e n n s t o f f v e r t e i l u n g , w a h r e n d bei g r ö ß e r e n D u r c h m e s s e r n d u r c h radial v e r t e i l t e Düsen in w a c h s e n d e r Anzahl die v e r fügbare Luft besser ausgenutzt wird. Das Schema der Brennstoffe i n s p r i t z u n g bei ainer Z w e i d i i s e n m a s c h i n e zeigt Abb. 201, w ä h r e n d die Abb. 202 bis 204 nach einem sinnreichen p h o t o g r a p h i s c l i e n V e r f a h r e n g e w o n n e n e F l a m m e n b i l d e r d a r s t e l l e n , w e l c h e deutlich die V e r w e h u n g der F l a m m e u n t e r d e m Einfluß der k r e i s e n d e n L u i t b e w e g u n g e r k e n n e n l a s s e n . Abb. 205 zeigt ein V o l l a s t - D i a g r a m m e i n e r J u n k e r s - M a s c h i n e bei n 454, w e l c h e s d u r c h seine v e r h ä l t -

n i s m ä ß i g hoch liegenden V e r d i c h t u n g s e n d - und H ö c h s t d r ü c k e b e m e r k e n s w e r t ist. Die F o r m g e b u n g des D i a g r a m m e s entspricht durchaus den Ergebnissen neuerer Forschung, welche nachgewiesen hat, d a ß h o c h v e r d i c h t e n d e M a s c h i n e n nicht n u r u n e m p f i n d l i c h e r g e g e n A e n d e r u n g e n d e r Z e r s t ä u b u n g und d e r B e l a s t u n g sind, s o n d e r n a u c h einen ü b e r r a s c h e n d g u t e n B r e n n s t o f f v e r b r a u c h a u f w e i s e n . In der T a t w u r d e n bei V e r s u c h e n mit einer Z w e i z y l i n d e r - J u n k e r s - M a s c h i n e v o n 560 m m K o l b e n h u b und 160 m m B o h r u n g , die bei n = 375 e t w a 120 P S e leistete, B r e n n s t o f f v e r b r ä u c h e bis zu 165 g / P S e h ents p r e c h e n d einem w i r t s c h a f t l i c h e n W i r k u n g s g r a d von 38.3 % gemessen" 2 ).

E s sei g l e i c h a n d i e s e r

S t e l l e b e m e r k t , dal.i d i e

Doppelkolben-

D i e s e l m a s c h i n e , die s i c h in D e u t s c h l a n d b i s h e r w e n i g e i n g e f ü h r t h a t , in E n g l a n d u n d n e u e r d i n g s worden

ist.

Patenten

in A m e r i k a

Die P a t e n t l i t e r a t u r

von

ausländischen

Abänderungen

des

gestellt

Es

sind.

Lizenznehmern

ursprünglichen sollen

an

(Großbrit.)

erwähnt

Stelle

Junkers

Karl

werden.

nur

auf,

Keller

1). R. P .

in

der

Luftmenge

dadurch

förmiger

oder

spiralförmiger

wodurch

sich s e i n e D i c h t e n a c h u n d n a c h v e r m i n d e r n

vpr

Totpunkt

Bahn

Die A n s p r ii c h e d i e s e s P a t e n t e s

von

Pallion vom

eingespritzten

Luftmenge

dal.i

ein

auf

kreis-

herumgewirbelt

wird,

1,7» vor Totpunkt

Abb. 203

in

angestrebt,

durch

Abb. 202 3,30

rotierende

Schutz

9 7 cS 3 7

flacher Brennstoffstrahl richtiger

die

von

denen

Patente

11. J a n u a r 1922 w i r d e i n e v o l l k o m m e n e V e r t e i l u n g d e r Brennstoffteilchen

in

unter

zwei

Otto

Im

entwickelt

eine A n z a h l

Arbeitsverfahrens

dieser

R o b e r t P i 1 e D o x t" o r d und Yard

mit E r f o l g w e i t e r

weist daher auch

soll.

Abb. 204

15° nach Totpunkt

lauten:

1. V e r f a h r e n z u m B e t r i e b e v o n B r e n n k r a f t m a s c h i n e n , bei d e n e n ein B r e n n s t o f f s t r a h l in e i n e n u m die Z y l i n d e r a c h s e

kreisenden

strom

daß

eingespritzt

s t o f f s t r a h l in d e r

wird,

dadurch

gekennzeichnet,

an s i c h b e k a n n t e n

der

flachen fächerartigen

LuftBrenn-

Form

so

e i n g e s p r i t z t w i r d , d a ß e r in d e n k r e i s e n d e n L u f t s t r o m n a c h A r t e i n e s Schleiers

entweder

in

einer

Radialebene

oder

in

einer

parallelen oder annähernd parallelen Ebene vorgeschoben 2.

Brennkraftmaschine

Anspruch

1,

zur

gekennzeichnet

Ausführung

durch

des

zu

dieser

wird.

Verfahrens

nach

Brennstoffeinspritzdüsen

am

Z y l i n d e r , d i e d e n B r e n n s t o f f s t r a h l f ä c h e r a r t i g in e i n e r v o n d e r A c h s e ausgehenden

Radialebene

oder

in e i n e r zu d i e s e r

parallelen

Ebene

zerstäuben. D a s I). R. P . 4 2 4 0 4 5 v o m

23. M a i

1923 d e r s e l b e n

k o m b i n i e r t m e h r e r e in d e n b i s h e r g e n a n n t e n P a t e n t e n Erfindungsgedanken:

es stellt

im w e s e n t l i c h e n

Erfinder

ausgesprochene

eine Vereinigung

an

sich bekannter Merkmale dar, nämlich der kreisenden Luftbewegung, der Brennstoffeinspritzung in F o r m flacher Schleier (D. R. P . 397837, Doxiord) und einer V e r b r e n n u n g s k a m m e r möglichst geschlossener F o r m , die durch zwei mit ihrer Höhlung einander zugekehrten Räume gebildet wird, die e n t w e d e r im Kolben und im Zylinderkopf oder — bei Dopperkolbenmotoren — in den beiden Kolben angeordnet sind. Abb. 206 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Doppelkolbenmotor, dessen beide Kolbenhöhlungen 15 und 16 sich zu einem annähernd kugelförmigen Hohlraum ergänzen, welcher mit der Zylinderwand nur durch einen schmalen äquatorialen Schnitt 17 in Verbindung steht, der dem Abstand der beiden Kolben in ihrer Endstellung entspricht. Die beiden Halbkugeln bilden an ihrem äußeren Rand eine Art Kante. W e n n sie und damit die Kanten sich nähern, so drängen sie von der Zylinderwandung her die Verbrennungsluft und den eingespritzten Brennstoff nach der Mitte der kugeligen Wölbungen hin zusammen. Es wird hierdurch eine D r e h - oder W i r b e l b e w e g u n g

Abb. 205

hervorgerufen, die sich zu tangentiale Einführung der geführt w i r d ; zugleich wird den Verbrennungsraum, bis ständig abgeschirmt.

derjenigen noch addiert, die durch die Verbrennungsluft schon ohnehin herbeidas Innere der Zylinderwandung gegen auf den e r w ä h n t e n schmalen Spalt, voll-

Die Versuche mit einer derartigen Maschine haben außerordentlich günstige Resultate ergeben, ohne jedoch klar erkennen zu lassen auf "welchen Vorgängen der günstige thermische W i r k u n g s g r a d beruht. Es ist anzunehmen, daß teils die kreisende Luftwirtielung, teils der Umstand, daß die Luft und Brennstoffteilchen der L a d u n g in dem geschlossenen V e r b r e n n u n g s r a u m dichter auseinander gedrängt werden, diese günstige W i r k u n g hervorrufen.

—

313

—

Die P a t e n t a n s p r ü c h e s c h ü t z e n die v e r s c h i e d e n e n m ö g lichen A u s f ü h r u n g s f o r m e n , deren a l l g e m e i n e s G r u n d p r i n z i p in der v o r s t e h e n d e n B e s c h r e i b u n g b e r e i t s w i e d e r g e g e b e n ist. Die D r u c k z e r s t ä u b u n g s n i a s c h i n e hat sich in D e u t s c h l a n d w e n i g e r r a s c h e i n f ü h r e n k ö n n e n als in E n g l a n d , w o b e i v o r allem e i n e r s e i t s die mit der luftlosen E i n s p r i t z u n g v e r b u n d e n e n S c h w i e r i g -

Abb. 206

.keiten d e r B e h e r r s c h u n g h o h e r E i n s p r i t z d r ü c k e m a ß g e b e n d g e w e s e n sein m ö g e n ; a n d e r e r s e i t s m ö g e n es a b e r auch vielleicht u n k o n t r o l l i e r b a r e G e f ü h l s m o m e n t e g e w e s e n sein, w e l c h e einen Teil d e r d e u t s c h e n K o n s t r u k t e u r e , die in den v o n Diesel a u f g e s t e l l t e n „ g r u n d l e g e n d e n G e s e t z e n des D i e s e l m o t o r e n b a u e s " ein unumstößliches D o g m a s a h e n , zu einer a b l e h n e n d e n H a l t u n g g e g e n ü b e r diesei neueren Maschincntype veranlaßten.

314 K u r z e Zeit n a c h den J u n k e r s - W e r k e n t r a t im J a h r e 1922 die M o t o r e n f a b r i k D e u t / mit einer k o m p r e s s o r l o s e n M a s c h i n e an die Oeffcntlichkeit, ihr folgte e t w a ein J a h r s p ä t e r die M a s c h i n e n f a b r i k A u g s b u r g - N ii r n b e r g. B e i d e M a s c h i n e n sind g e k e n n z e i c h n e t durch die b e s o n d e r e A u s f ü h r u n g des A r b e i t s kolbens. d e r eine k o n k a v e A u s h ö h l u n g enthält. U e b e r die W i r k u n g d i e s e r empirisch g e f u n d e n e n K o l b e n f o r m w a r m a n sich l ä n g e r e Zeit nicht im K l a r e n und hat ihren Einfluß v e r s c h i e d e n zu d e u t e n g e s u c h t . In einer D r u c k s c h r i f t „ F o r t mit d e m K o m p r e s s o r " v e r t r a t die M o t o r e n f a b r i k D e u t z u r s p r ü n g l i c h die Ansicht, d a ß die A u s h ö h l u n g d e s K o l b e n b o d e n s als Z e r s t ä u b u n g s - und V e r g a s u n g s r e t o r t e w i r k t . D e r in den Z y l i n d e r g e s p r i t z t e B r e n n s t o f f k e g e l prallt — nur an s e i n e m M a n t e l mit Luft v e r m i s c h t und d a h e r nur d o r t b r e n n e n d — in ü b e r w i e g e n d flüssiger F o r m auf den K o l b e n b o d e n , d e r die einzelnen T r o p f e n w i e eine P r a l l p l a t t e z u r ü c k w i r f t und g l e i c h m ä ß i g über den g a n z e n V e r d i c h t u n g s r a u m v e r t e i l t . E r s t j e t z t soll d e r g r ö ß t e Teil d e r T r o p f e n den nötigen S a u e r s t o f f v o r f i n d e n und in der g e s a m t e r L u f t l a d u n g gut v e r t e i l t v o l l s t ä n d i g a b b r e n n e n , w o b e i e t w a auf d e m Kolben sich a b l a g e r n d e r B r e n n s t o f f u n m i t t e l b a r n a c h dem A u f t r e f f e n v e r d a m p f t . Die K o l b e n r e t o r t e soll d e m n a c h als z u s ä t z l i c h e r V e r d a m p f e r w i r k e n und b e s o n d e r s bei n i e d r i g e r o d e r w e c h s e l n d e r Belastung einen W ä r m e s p e i c h e r darstellen. Als B e w e i s f ü r die A n n a h m e , d a ß die M e h r z a h l der B r e n n s t o f f t r ö p f c h e n den Kolbenbod'en flüssig e r r e i c h t , w i r d in der D e u t z ' s c h e n D r u c k s c h r i f t auf das u n v e r ä n d e r t e A u s s e h e n des K o l b e n b o d e n s n a c h längerer Betriebsdauer hingewiesen. D u r c h A b d a m p f e n und V e r g a s e n d e r B r e n n s t o f f t r o p f e n w ü r d e dem v o n U e b e r h i t z u n g b e d r o h t e n K o l b e n b o d e n d a u e r n d W ä r m e e n t z o g e n , er w ü r d e r h y t h m i s c h von e i n e m feinen S p ü l r e g e n gekühlt, ehe e r w i e d e r den F e u e r a n g r i f f über sich e r g e h e n l a s s e n m u ß . Da Kühlregen und W ä r m e b e a n s p r u c h u n g bei w e c h s e l n d e r B e l a s t u n g sich u n g e f ä h r g l e i c h l a u t e n d ä n d e r n , sc w ä r e hier ein f a s t v o l l k o m m e n e s Hilfsmittel zur K o l b e n k ü h l u n g gef u n d e n , w o r a u s sich auch e r k l ä r e , daß k o m p r e s s o r l o s e Dieselm o t o r e n mit viel g r ö ß e r e n Z y l i n d e r d u r c h m e s s e r n ohne Kolbenk ü h l u n g a u s k ä m e n als L u f t e i n b l a s u n g s m a s c h i n e n . Nach d e r h e u t e g e l t e n d e n A n s c h a u u n g d ü r f t e die e b e n ang e f ü h r t e E r k l ä r u n g der W i r k u n g s w e i s e d e r D e u t z e r H o h l k o l b e n m a s c h i n e n u r z u m Teil z u t r e f f e n , ihre f r a g l o s v o r h a n d e n e hohe W ä r m e a u s n u t z u n g v i e l m e h r in der H a u p t s a c h e auf einen a n d e r e n Ablauf des A r b e i t s v e r f a h r e n s z u r ü c k z u f ü h r e n sein. Man erkannte es nämlich als v o r t e i l h a f t , eine B e r ü h r u n g des B r e n n s t o f f e s mit metal-

315 tischen ' W ä n d e n , z u m a l w e n n sie mit S c h m i e r ö l b e n e t z t sind, n a c h Möglichkeit zu v e r m e i d e n und z w a r nicht nur mit R ü c k s i c h t darauf, daß die an den g e k ü h l t e n W a n d e n sich n i e d e r s c h l a g e n d e n B r e n n s t o f f t e i l c h e n sich d e r v o l l k o m m e n e n V e r b r e n n u n g e n t z i e h e n , s o n d e r n auch weil d a s W a n d m e t a l l eine — iu ihrem U m f a n g allerdings n o c h w e n i g g e k l ä r t e — k a t a l y t i s c h u W i r k u n g auf den Brennstoff ausübt, die seine p y r o g e n e Z e r s e t z u n g b e g ü n s t i g t . Die M o t o r e n i a b r i k D e u t z hat n e u e r d i n g s einen a n d e r e n E i n d r u c k v o n den sich tatsächlich jin Inneren d e r M a s c h i n e a b s p i e l e n d e n V o r g ä n g e n g e w o n n e n ; zur E r k l ä r u n g der W i r k u n g s w e i s e i h r e r H o h l k o l b e n m a s c h i n e m a c h t sie im ö s t e r r e i c h i s c h e n P a t e n t Nr. 1 0 1 5 2 1 v o m 3. A u g u s t 1923 folgende A u s f ü h r u n g e n : Ein F l ü s s i g k e i t s s t r a h l , d e r u n t e r h o h e m 1 »ruck in einem gasg e f ü l l t e n R a u m g e s p r i t z t w i r d , m u ß einen g e w i s s e n W e g z u r ü c k legen, d a m i t sich v o n s e i n e r O b e r f l ä c h e N e b e n t e i l c h e n a b t r e n n e n können. Der Nebel weicht dann seinen räumlichen Hindernissen, ähnlich w i e ein G a s s t r a h l , u n t e r W i r b e l b i l d u n g aus. H a n d in H a n d mit der N e b e l a b s p a l t u n g findet nun eine D u r c h d r i n g u n g der Nebelteilchen mit der L u f t der U m g e b u n g s t a t t . E s k o m m t also darauf an, w e n n m a n eine v o l l s t ä n d i g e und m ö g l i c h s t schnelle V e r b r e n n u n g eines O e l s t r a h l e s erzielen will, e r s t e n s den S t r a h l iu f r e i e r L u f t einen so w e i t e n W e g z u r ü c k l e g e n zu lassen, d a ß er sich auf diesem W e g e in N e b e l a u f l ö s e n k a n n und z w e i t e n s d i e B r e n n s t o f f s t r a h l e n s o w e i t zu s t r e u e n , d a ß z w i s c h e n den S t r a h l e n m ö g l i c h s t viel Luft e n t h a l t e n ist, die v o n den S t r a h l e n bei i h r e r A u f l ö s u n g e r f a ß t w e r d e n k a n n . D a z u k o m m t n o c h die w e i t e r e B e d i n g u n g , d a ß m a n die W ä r m e a b f ü h r e n d e F l ä c h e des V e r b r e n n u n g s r a u m e s m ö g l i c h s t klein bemißt, u m den W ä r m e v e r l u s t der W a n d u n g h e r a b z u d r ü c k e n . Diese Bed i n g u n g e n w e r d e n a m v o l l k o m m e n s t e n d u r c h die g e n a n n t e F o r m g e b u n g d e s H o h l k o l b e n s b e i e b e n e m Z y l i n d e r b o d e n erfüllt. Die Ausb r e i t u n g d e r S t r a h l e n e r f o l g t in e i n e m S t r e u u n g s w i n k e l v o n e t w a 180' ; alle S t r a h l e n sind d a b e i g l e i c h w e i t e n t f e r n t v o n d e n die Verb r e n n u n g s t ö r e n d e n F l ä c h e n , s o d a ß sie u n t e r den gleichen Bed i n g u n g e n g a n z o d e r n a h e z u g a n z in Nebel a u f g e l ö s t und v e r b r a n n t w e r d e n , b e v o r sie auf F l ä c h e n a u f t r e f f e n ; gleichzeitig w i r d d u r c h den e b e n e n Z y l i n d e r d e o k e l n u r eine m ö g l i c h s t g e r i n g e W ä r m e unbenutzt abgeführt. Nun sind z w a r t i e f g e h ö h l t e Kolben b e r e i t s f ü r D i e s e l m a s c h i n e n mit L u f t e i n b l a s u n g b e k a n n t ; hier h a t a b e r die K o l b e n f o r m nicht den eben e r l ä u t e r t e n Einfluß auf die Z e r s t ä u b u n g d e s O e l e s in d e r Luft, da ja das Oel b e r e i t s mit D r u c k l u f t g e m i s c h t in den V e r b r e n n u n g s -

316 räum eingeführt wird. Die in der Motoreniabrik Deutz von H e i d e l b e r g durchgeführten Versuche haben in der T a t bestätigt, daß bei diesen Maschinen die Anwendung eines flachen oder tiefgehöhlten Kolbens keinen wesentlichen Einfluß auf den Brennstoffverbrauch hat. F ü r die F o r m g e b u n g des Kolbens bei Lufteinspritzmaschinen sind daher andere Grundsätze maßgebend, und1 es treten andere Wirkungen ein, als sie die F o r m g e b u n g des Kolbens bei Maschinen mit luftloser Einspritzung auslöst. Hingegen haben die genannten Versuche gleichzeitig einwandfrei nachgewiesen, daß unter sonst gleichen Verhältnissen mit einem V e r b r e n n u n g s r a u m der oben genannten Art wesentlich günstigere B r e n n s t o f f v e r b r a u c h s z a h l e n zu erreichen sind, als bei V e r b r e n n u n g s r ä u m e n mit flachem oder schwach gewölbtem Kolben.

Abb. 207

Auch bei Maschinen mit luftloser Einspritzung ist bereits vorgeschlagen worden, den Kolben nach einer Kugelfläche zu krümmen, deren Mittelpunkt in der Ausspritzstelle der Düse liegt. Diese bekannte Konstruktion unterscheidet sich aber dadurch wesentlich von jener des Deutzer P a t e n t e s , daß dort der V e r b r e n n u n g s r a u m gebildet wird aus einer sowohl im Zylinderdeckel, als auch im Kolbenboden vorgesehenen kugeligen Höhlung. Da die Ausspritzstelle im höchsten P u n k t e des Zylinderdeckels liegt, können die Strahlen nicht alle die gleichen Entfernungen bis zum Auftreffen auf die W a n d fläche des V e r b r e n n u n g s r a u m e s zurücklegen; es wird also bei den

— 317 unter dem weitesten Streuwinkel austretenden Strahlen ein frühzeitiges Auftreffen auf die Wandfläehe stattfinden und dadurch der Vernebelungsvorgang frühzeitig unterbrochen w e r d e n . Demgegenüber gehört es zu den wesentlichen Merkmalen der Erfindung, nicht nur den Kolben kugelig zu höhlen, sondern auch den Zylinderdeckelboden flach auszubilden, sodaß der ganze Verbrennungsraum in den Kolben verlegt ist, und somit alle Brennstoffstrahlen bei weitestem Streuwinkel gleiche und möglichst lange W e g e vor dem Auftreffen auf die W a n d u n g zurückzulegen haben. Abb. 207 zeigt eine Ausfüh'rungsform nach idem «genannten P a t e n t . Der Kolben a ist nach der Oberfläche einer Kugel mit dem Radius r, deren Mittelpunkt in der Düsenmündung liegt, gehöhlt, b stellt das Zylindergußstück mit dem Zylinderdeckel dar, der innen eine ebene Ausschlußfläche besitzt und in welchen der Düsenkörper eingesetzt ist. Der Steuerstempel e drückt mit seinem unteren Ende gegen das Nadelventil f, Steuerstempel und Nadelventil gleiten in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in den beiden getrennten Führungen g und h. Damit das Nadelventil f der Hubbewegung des S t e u e r s t e m p e l s e sofort folgt, wird es gegen diese durch die schwache Schraubenfeder i gepreßt. Der P a t e n t a n s p r u c h lautet: V e r b r e n n u n g s r a u m für Dieselmaschinen mit luftloser Einspritzung des Brennstoffes dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsraum von der ebenen Abschlußfläche des Zylinderdeckels und dem nach einer Kugel g e k r ü m m t e n Kolbenboden gebildet wird, wobei der Kugelmittelpunkt in der Ausspritzstelle der Diise oder deren unmittelbaren Nähe liegt. Der Deutzer Hohlkolbenmotor stellte bereits in seinen ersteil Ausführungsformen nicht nur eine betriebsbrauchbare Maschine dar, sondern zeigte ganz ausgezeichnete Betriebseigenschaften. Insbesondere w a r er in Bezug auf B r e n n s t o f f v e r b r a u c h dem der KomiPiressor-Dieselmaschine gleicher L e i s t u n g nicht unerhebliah überlegen. Abb. 208 zeigt den Verlauf des Brennstoffverbrauchs und des mechanischen W i r k u n g s g r a d e s einer Vierzylindermaschine, die bei einer ZyLinderbohrung von 360 mm und einem Kolbenhub von 580 mm bei n = 250 e t w a 380 P S leistete. Besonders bemerkensw e r t ist der günstige Verlauf des B r e n n s t o f f v e r b r a u c h e s bei mittlerer und niedriger Belastung. Wie aus Abb. zu ersehen ist, verläuft die Kurve zwischen % bis ",/' Last beinahe w a g e r e c h t und erreicht ihr Minimum mit 166 s / P S e Ii bei e t w a 320 P S , w a s einem wirtschaftlichen W i r k u n g s g r a d von e t w a 38% entspricht. Von Be-

ü e u t u n g .ist f e r n e r die g r o ß e U e b e r l a s t b a r k e i t um 40 bis 45% (gegenü b e r ¿0% d e r K o m p r e s s o r - D i e s e l m a s c h i n e ) , w o b e i m a n o h n e U e b e r l a d u n g der Z y l i n d e r m i t t l e r e e f f e k t i v e K o l b e n d r ü c k e v o n 7,5 bis 7,8 at e r r e i c h t . Die V e r m i n d e r u n g d e r D r e h z a h l v o n 300 auf 30 bis 40 Uml/min. bei s i c h e r e n Z ü n d u n g e n auch noch im Leerlauf ist ebenfalls eine L e i s t u n g , die d e r K o m p r e s s o r m o t o r selbst -bei N a d e l h u b und E i n s p r i t z d r u c k - R e g e l u n g nicht a u f w e i s t . Abb. 209 u n d 210 v e r a n s c h a u l i c h e n d a s Vollast- und L e e r l a u f - D i a g r a m m einer I l o h l k o l b e n n i a s c h i n e und l a s s e n e r k e n n e n , daß a'ie V e r b r e n n u n g s h ö c h s t d r ü c k e hierbei sich in m ä ß i g e n G r e n z e n halten. k o r n p f e ö s o f / c s

Y r e w / -

W i e s e / n j o t p r

? 09

oi 0.7 ot, 0.5 0t O.i

oi o.*

2M

JW

A b b . 208

D a ß die g e n a n n t e n B r e n n s t o f f v e r b r a u c h s z a h l e n bei s t e i g e n d e n M a s c h i n e n g r ö ß e n noch w e i t e r u n t e r s c h r i t t e n w e r d e n k ö n n e n , b e w e i s e n n e u e r e U n t e r s u c h u n g e n v o n L a n g e r an einer D e u t z e r S e c h s Z y l i n d e r - H o h l ' k o l b e n m a s c h i n e v o n 460 m m B o h r u n g und 740 m m Hub, die bei n ^ 215 e t w a 900 P S leistete. L a n g e r e r m i t t e l t e d e n B r e n n s t o f f v e r b r a u c h bei n 179 u n d Vollast zu 161 g / P S e h und bei 10% U e b e r l a s t zu 163,7 P ^ e ' 1 ; bei s p ä t e r e r E i n s p r i t z u n g und n ^ 182 b e t r u g d e r V e r b r a u c h s o w o h l bei Vollast w i e bei % B e l a s t u n g e t w a 164,5 g / P S e h . Aehnlich in B e z u g nungsraumes ist die fabrik A u g s b u r g scheinlich auf G r u n d

auf den k o n s t r u k t i v e n A u f b a u d e s V e r b r e n Hohlkolbenmaschine der Maschinen- N ü r n b e r g Abb. 211), w e l c h e wahrähnlicher E r w ä g u n g e n w i e die M o t o r e n -

319 fabrik für

Deutz

diese

kann.

Der

beseht

zu

der

Form

Konstruktion wesentliche

darin,

belasteten,

daß

düse arbeitet.

A.

Das

Hohlkolbens zwischen

Motorenfabrik

N.

gelaust

Vorbenutzungsrecht

Unterschied

die

die V.

des

ein

hingegen

Hauptbedenken

beiden

Deutz

mit

mit

einer

gegen

und

machen Maschinen

einer

offenen

die o f f e n e

b e s t e h t d a r i n , d a ß sie sich v o n d e r S e i t e d e s

ist

gclLnd

feder-

Einspritz-

Einspritzdüse

Verbrennungsraumes

a u s d u r c h Oel o d e r K o k s ä b l a g e r u n g e n l e i c h t e r v e r s t o p f e n k a n n , als die g e s c h l o s s e n e

D ü s e , bei w e l c h e r

durch

die B r e n n s t o f f n a d e l , be-

s o n d e r s w e n n d i e s e mit e i n e m Z a p f e n a n s a t z v e r s e h e n i s t , e t w a a u f t r e t e n d e V e r k r u s t u n g e n leicht b e s e i t i g t w e r d e n .

Nun hat z w a r

das

Z u w a c h s e n d e r D ü s e in d e r P r a x i s n i c h t in d e m M a ß e zu

Störungen

geführt, wie man

ist

ursprünglich

wohl

befürchtet

hat;

es

anzu-

n e h m e n , d a ß die w i r k s a m e K ü h l u n g d e r D ü s e d u r c h die bis z u r Miin-

100%

Leenlauf Abb. 210

Abb. 209

dung d e r Leitung ausfüllende B r e n n s t o f f s ä u l e den Ansatz

von

lagerungen verhindert.

Möglich-

Im ü b r i g e n m u ß m a n a b e r m i t d e r

k e i t e i n e s l e i c h t e r e n Z u w a c h s e n s bei d e r o f f e n e n D ü s e r e c h n e n ; R ü c k s i c h t h i e r a u f w i r d m a n sie im a l l g e m e i n e n leicht anordnen

daß

sie die

V o r t e i l e d e r o f f e n e n D ü s e d a r i n , d a ß sie eine ü b e r a u s e i n f a c h e

und

und

bei

einfachster

mühelos gereinigt

billige B a u a r t

gestattet,

daß

Formgebung werden ferner

so

mit

auswechselbar liegen

schnell

und

Ab-

kann.

durch

ausbilden, Hingegen

Wegfall

des

Abschluß-

o r g a n e s eine Störungsquelle ausgeschaltet wird, und daß d i e a u s d e m B r e n n s t o f f a u s g e s c h i e d e n e L u f t u n t e r allen selbsttätig abgeführt wird.

schließlich Umständen

D i e V e r h ä l t n i s s e , u n t e r d e n e n die o f f e n e

D ü s e a r b e i t e t , sind v o n d e n e n d e r g e s c h l o s s e n e n D ü s e

grundsätzlich

v e r s c h i e d e n , da d e r bis z u r D ü s e n m ü n d u n g in d e r L e i t u n g b e f i n d l i c h e Brennstoff

unter

dem

schwankungen steht. scheinungen

eintreten,

Einfluß

stärkster

Druck-

und

Temperatur-

Es w e r d e n also zunächst einmal ähnliche Erwie

sie

Steinbec'ker

287 039 (vgl. S e i t e 204) r i c h t i g e r k a n n t h a t . d a m p f u n g d e s B r e n n s t o f f e s in d e r

bereits

'im

D. R . P .

W e n n a u c h eiine V e r -

D ü s e n m ü n d u n g sich hierbei

nur

— .320 - -

in sehr engen Grenzen halten wird, so wird doch immerhin die Kompressibilität des Brennstoffes, sowie die elastische Ausdehnung dei Rohrleitung eine meßbare Verschiebung des Einspritzzeitpunktes hervorrufen. Diese V e r z ö g e r u n g des Einspritzbeginnes kann zwar durch entsprechende Berücksichtigung bei der Einstellung der P u m p e völlig eliminiert w e r d e n ; weniger leicht ist es jedoch, die Einspritzung so präzis zu beenden, daß ein Nachtropfen aus der Düse — h e r v o r g e r u f e n durch die bereits genannten elastischen Nachwirkungen, sowie durch die M a s s e n w i r k u n g der in B e w e g u n g befindlichen und am Schluß der Einspritzung plötzlich abgebremster, Flüssigkeitssäule — nicht eintritt.

Die M. A. N. vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß sie durch kurze und enge Rohrleitungen die dem Druckwechsel unterworfene Oelmenge möglichst gering bemißt. Der Einfluß der Reibung an den R o h r w ä n d e n ist dann wahrscheinlich so groß, daß nur ein -verhältnismäßig dünner Flüssigkeitsfaden von sehr geringem Maße mit größerer Geschwindigkeit an der B e w e g u n g teilnimmt, der entsprechend schnell v e r z ö g e r t w e r d e n kann. Daß Motoren mit offener Düse in Bezug auf W ä r m e a u s n u t z u n g Motoren mit geschlossener Düse nicht nachstehen, beweist Abb. 212 deren Schaulinien den B r e n n s t o f f v e r b r a u c h eines 300 PS-M.-A.-N.Motors bei verschiedenen Belastungen und Drehzahlen zeigen; der bei Vollast g e m e s s e n e günstige 'Brennstoffverbrauch von 167.5 g / P S e h

— 321 — entspricht einem mittleren Druck von 6,27 at. Abb. 213 und 214 stellt ein Vollast- und ein Leerlauf-Diagram,m desselben Motors dar. Ein besonderer Vorzug, der den Hohlikolbenmaschinen, wenigs t e n s bei stehender B a u a r t eigen ist, ist ihre Unempfindlichkeit gegen ein Nachtropfen der Düse und eine mangelhafte Zerstäubung, welch letztere besonders bei s c h w a c h e r Belastung und geringerer Drehzahl, s o w i e bei S t ö r u n g e n in der P u m p e eintreten kann. Es darf a n g e n o m m e n werden, daß die W e g e , welche die in den B r e n n r a u m gespritzten Tröpfchen zurückzulegen haben, weit genug sind, um ihre sichere Zündung und einwandfreie V e r b r e n n u n g herbeizuführen, Sie treffen d'aher nicht mehr in Flüssigkeitsform auf den Kolbenboden auf und haben somit keine Gelegenheit, die hieraus resultierenden schädlichen W i r k u n g e n zu äußern. 230

g/PSeK

220 210

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