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Verfahren zur Verminderung der zur Erzielung der Selbstzündungstemperatur erforderlichen Verdichtung bei Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen und Steuerung zu dessen Durchführung.
Die Erfindung betrifft mit Selbstzündung arbeitende Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen und bezweckt die Herabsetzung der zur Erzielung der Selbstzündungstemperatur des Gemisches erforderlichen Verdichtung.
Die Erfindung fusst auf der bekannten Erscheinung, dass bei Einströmung von Aussenluft in ein mit Luft niedrigeren Druckes und von der Temperatur der Aussenluft gefülltes Gefäss nach Druckausgleich die Temperatur der im Gefäss befindlichen Luft über die Ausgangstemperatur gestiegen ist. Diese Temperatursteigerung erreicht ihren Höchstwert, wenn das Gefäss vor der Lufteinströmung vollständig luftleer war.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Arbeitsdiagrammes der Maschine gemäss der Erfindung, Fig. 2 ein Beispiel des Steuernocken des Saugventiles, Fig. 3 ist ein schematischer Aufriss, teilweise im Schnitt einer Maschine mit verstellbaren Nocken, Fig. 4 zeigt einen die Veränderung der Drosselung gestattenden Nocken im Schaubilde, Fig. 5 einen schematischen lotrechten Schnitt einer Maschine mit einem selbsttätigen und einem gesteuerten Saugventil und Fig. 6 einen lotrechten Schnitt einer Maschine mit durch den Kolben gesteuerter Einlassöffnung.
Gemäss Fig. l beginnt bei 1 der Verdichtungshub und bei 2 die Verbrennung, die bis etwa 3 dauert ; bei 4 endet die Entspannung. Der Auspuff und das Hinausschieben der Verbrennungsgase erstreckt sich auf 4-5, während 5-6-1 den Saughub darstellt. Am Anfang 5 des Saughubes ist das Einlassorgan (z. B. das Saugventil) nicht geöffnet, so dass während des Auswärtshubes des Kolbens die in dem Verdichtungsraum befindlichen Gase sich ausdehnen und der Druck unter den atmosphärischen sinkt. Im Zylinder entsteht also, wie dies der Abschnitt 5-6 der Schaulinie zeigt, ein wesentlicher Unterdruck.
Im Zeitpunkt 6 wird das Einlassorgan geöffnet und die in den Zylinder eindringende Luft bewirkt, wie eingangs beschrieben, eine Temperatursteigerung der Zylinderladung. Der weitere Verlauf des Saughubes und die übrigen Hübe sind normal.
Die Temperatur der im Zylinder befindlichen Luft erfährt also infolge des verspäteten Öffnens des Saugventils vor dem Anfang des Verdichtungshubes eine Steigerung, so dass diese Luft am Ende einer geringeren Verdichtung die für die Entzündung und Verbrennung des nunmehr eingeführten Brennstoffes erforderliche Temperatur erhalten wild. Der weitere Verlauf der Arbeitsweise dieser Verbrennungsmaschine ist die übliche.
Zur Ausführung dieses Betriebsverfahrens ist gemäss der Erfindung die Steuerung z. B. die Steuernocke des am Verdichtungsraum angeordneten Einlassorgans derart ausgefühlt, dass dieses in bezug auf den Anfang des Saughubes verspätet öffnet.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines derartigen Steuernocken für das Saugventil. d ist der Nocken, auf den der Stössel b der Ventilstange a des Saugventils mit seiner Rolle c aufliegt. Der auf der in Pfeilrichtung gedrehten Steuerwelle e sitzende Steuernocken d ist derart ausgestellt, dass der dem Anfang des Öffnens des
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Saugventils entsprechende Halbmesser 6 in bezug auf den der inneren Totpunktlage des Kolbens entsprechenden Halbmesser 5 um den Winkel x nacheilt. Infolgedessen wird das Saugventil nicht vor dem Punkte 6 der Fig. 1 geöffnet.
Da im Betriebszustande der Maschine, wenn der Zylinder bereits angewärmt ist, die durch die Verbrennung erzeugte Temperatursteigerung genügen mag, um die Entzündung selbst bei verhältnismässig geringer Verdichtung zu bewirken, so kann der das Saugventil steuernde Nocken derart umstellbar sein, dass das verspätete Öffnen des Einlassventils nur während des Anlassens verwendet wird und der Nocken auf den normalen Öffnungszeitpunkt des Saugventils eingestellt wird, sobald sich der Zylinder entsprechend angewärmt hat.
Solche umstellbare Nocken für die Steuerung des Saugventils zeigt Fig. 3 an einer einzylindrigen Verbrennungskraftmaschine im schematischen Aufriss, teilweise im Schnitt. e ist die Steuerwelle, a und v sind die Stössel des Saug-bzw. Auspuffventils. Der Nocken w steuert das Auspuffventil v, während die Nocken d und dl den Stössel a des Saugventils abwechselnd steuern. Der Nocken dl ist derart aus gefühlt, dass er das Saugventil in üblicher Weise am Anfang des Saughubes öffnet und es im üblichen Zeitpunkte schliesst. Nocken d besitzt dagegen die aus Fig. 2 ersichtliche Gestalt, um das Saugventil nach einem gewissen Zeitabschnitt hinter der inneren Totpunktlage des Kolbens zu öffnen. Das Zahnrad t sitzt mittels Keilnutführung auf der Steuerwelle e, so dass diese mittels eines Hebels und des Kragens g in Achsenrichtung verschoben werden kann.
Beim Anlassen wird die Steuerwelle e mittels des Hebels h nach rechts verschoben, so dass der Nocken d mit dem Stössel a des Saugventils in Eingriff kommt. Hat die Maschine den Betriebszustand
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das Saugventil steuert.
Zweckmässigerweise wird die Steuerung des Einlassorgans derart ausgeführt, dass der Grad der am Anfang des Saughubes zu bewirkenden Drosselung geändert werden kann, während dem sich die Maschine im Betrieb befindet, so dass sie verschiedenen Brennstoffen angepasst werden kann.
Fig. 4 zeigt einen diese Veränderung des Drosselungsgrades gestattenden Nocken im Schaubild.
Die Auflauffläche i dieses Nockens besteht aus einer Schraubenfläche mit geradliniger Erzeugenden und die in den verschiedenen Öffnungszeitpunkten entsprechende Linie i-i ist eine Schraubenlinie. Die Ablauffläche m ist eben und die Linie n-n entspricht dem Ende der Öffnungsperiode des Saugventils.
Die gebrochenen Linien zeigen verschiedene, auf die Achse des Nockens senkrechte Querschnitte. Der Nocken sitzt auf einer in Achsenrichtung verschiebbaren Steuerwelle e (vgl. Fig. 3), so dass durch eine grössere oder geringere axiale Verschiebung der Steuerwelle der Stössel des Saugventils mit einem beliebigen Querschnitt des Nockens zusammenwirken kann und die Linie j-i an verschiedenen Stellen kreuzt, die verschiedenen Verspätungen des Öffnungszeitpunktes des Saugventils in bezug auf die innere Totpunktlage entsprechen,
Der am Anfang des Saughubes bewirkte Unterdruck kann auch dadurch erzielt werden, dass sich das Saugventil am Anfang des Auswartshubes des Kolbens nur teilweise öffnen kann, aber in der Nähe der äusseren Totpunktlage ganz geöffnet wird,
damit sich der Zylinder vollständig mit Luft füllen kann.
Zu diesem Zwecke kann ein in zwei Stufen wirkendes Saugventil benutzt werden, das in der ersten Stufe selbsttätig ist, in der zweiten aber zwangläufig gesteuert wird. In der ersten Stufe öffnet sich das Ventil nur mit einem kleinen Hub, während die zwangläufige Steuerung das Saugventil am Ende des Saughubes ganz öffnet.
Die Drosselung am Angang des Saughubes kann auch durch Anordnung zweier Saugventile pi
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gesteuert, während das andere Ventil P2 selbsttätig ist. Der das Saugventil pi steuernde Nocken ist gemäss Fig. 2 derart ausgeführt, dass er das Ventil mit einer bedeutenden Verspätung hinter der inneren Totpunktlage des Kolbens öffnet. Das selbsttätige Ventil P2 wird durch eine Feder o auf seinen Sitz gedrückt, wobei im Bedarfsfalle ein Winkelhebel q zur Veränderung der Spannung der Feder vorgesehen ist.
Die Einrichtung wirkt wie folgt : Wenn am Anfang des Saughubes der Unterdruck im Zylinder einen bestimmten Wert erreicht hat, öffnet sich das Ventil P2 selbsttätig und die durch dieses'Ventil eintretende Luft hält den Unterdruck auf einen gleichen Wert aufrecht, so lange bis das gesteuerte Ventil PI geöffnet wird. Die nunmehr in den Zylinder eindringende Luft bewirkt-wie eingangs beschrieben-eine Druekund Temperatursteigerung. Bei dem in Fig. 5 da ! gestellten Beispiele begünstigt die ungekühlte Stelle r des Verdichtungsraumes (der Zündkopf) die Selbstentzündung des durch die Düse s eingespritzten flüssigen Brennstoffes.
Bei Maschinen kleinerer Leistung kann man ausser dem am Verdichtungsraum angeordneten Einlassventil P2 noch am Zylindermantel Einlassöffnungen t (Fig. 6) anordnen, die vom Kolben in der Nähe seiner äusseren Totpunktlage, am Ende des Saughubes, freigelegt werden. Sowohl der durch den Kolben gesteuerte Einlasskanal, als das am Verdichtungsraum angeordnete Einlassventil stehen mit demselben Raum, hier also mit der Aussenluft, in Verbindung.
Zweckmässigerweise ist noch, ein gesteuertes Ventil pi vorgesehen, das die Verbindung der Ein- trittsöffnunge) j mit der Aussenluft beherrscht. Das am Verdichtungsraum angeordnete Saugventil P2
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kann gleichfalls gesteuert oder aber auch selbsttätig sein und es ist gemäss Fig. 6 in dessen Saugleitung eine bei Benzinmaschinen übliehe Drosselklappe u vorgesehen.
Die Wilkungsweise der in Fig. 6 dargestellten Maschine ist die folgende : Am Anfang des Saughubes entsteht im Zylinder ein Unterdruck, dessen Grösse von der Stellung der Drosselklappe u abhängt. Der Unterdruck besteht solange, bis der Kolben die Öffnungen t freilegt. Das Ventil pi wird derart gesteuert, dass es am Ende des Saughubes gänzlich geöffnet ist. Sobald also die Öffnungen t freigelegt sind, kann die Luft durch das Ventil pi eintreten und der Druck annähernd den atmosphärischen erreichen. Während des Arbeitshubes wird dagegen das Ventil pi geschlossen gehalten. Es ist vorteilhaft, das Saugventil P2 derart zu steuern, dass es kurz nach dem Freilegen der Öffnungen t geschlossen wird, um zu verhüten, dass die bei t eintretende Luft in die Saugleitung gelangen kann.
Die Grösse des am Anfang des Saughubes im Zylinder zu erzeugenden Unterdruckes kann mittels der Di osselklappe u geregelt werden. Falls im Zuströmungskanal der Öffnungen t ein besonderes gesteuertes Ventil pi angeordnet ist, so können die Öffnungen t nicht nur in der Nähe der äusseren Totpunktlage, sondern an jeder beliebigen Stelle der Zylinderwand münden, weil dann der Einlass durch die Öffnungen t durch das Ventil pi und nicht durch den Kolben gesteuert wird.
Der Umstand, dass bei der oben beschriebenen Maschine die Temperatur der im Zylinder befindlichen Luft am Anfang des Verdichtungshubes höher als die atmosphärische ist, vermindert den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine. Dieser Nachteil kann, durch die an und für sich bekannte Überladung des Zylinders mittels eines an die Saugleitung angeschlossenen Fliehkraftkompressors beseitigt werden, der den gewünschten Überdruck ohne Schwierigkeiten erzeugt. In einem solchen Falle kann der Anfangsdruck sowie der tiefste Druck des Saughubes auch unter dem atmosphärischen Druck liegen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verminderung der zur Erzielung der Selbstzündungstemperatur erforderlichen Verdichtung bei Viertaktverbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teil des Saughubes durch eine, sich gegebenenfalls bis zur vollständigen Absperrung erstreckende Drosselung der Einlasskanäle übergangsweise ein solcher Unterdruck erzeugt wird, dass am Ende der durch darauffolgende Verminderung der Drosselung erhöhten Lufteinströmung einsetzenden Drucksteigerung die Temperatur der Zylinderladung am Anfang der Verdichtung in bezug auf die Ansaugetemperatur erhöht wird.