Verbrennungskraftmaschine mit Fremdzündung. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Verbrennnugskraftmaschine mit Fremd zündung und mit einer Zündkammer von konstanten Volumen, die gegenüber dem Ar beitszylinder unbeweglich angeordnet, mit ihm über ein Ventil verbunden und au eine Luftzuteilung angeschlossen ist, welche so wohl am Eintritt als auch vor der Zünd- kammer mit Ventilen versehen ist.
Die er findungsgemässe Ausbildung besteht nun darin, dass die Luft sowohl in der Luft zuleitung als auch in der Zündkammer auf den Eompressionsenddruck verdichtet und der Brennstoff der Luft frühestens beim Ein tritt der Luft in die Zündkammer zugefügt wird, dass die Ventile am Ein- und Austritt der Luftzuleitung am Ende der Kompression vor der Zündung geschlossen werden, so dass in der Luftzuleitung komprimierte Luft auf gespeichert wird, dass ungefähr am Anfang des Expansoinskubes das Ventil zwischen,der Zündkammer und dem Arbeitszylinder ge- öffnet, und später wenn der Druck in der Zündkammer auf den Druck in der Luft zuleitung gesunken ist, das Ventil zwischen der Zündkammer und der Luftzuleitung ge öffnet wird,
so dass die Züundkammer durch die aus der Luftzuleitung einströmende kom primierte Luft gespült wird, und dass dann das Ventil zwischen der Zündkammer und dem Arbeitszylinder geschlossen wird, um das Spülen zu unterbrechen.
Als Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen zwei Explosions motoren dargestellt. - Fig. 1 zeigt in kleinerem Massstab als die übrigens Figuren, zum Teil eine Seitenansicht, zum Teil einen Schnitt des ersten Motors nach der Linie 1-1 der Fig. 2; Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 5; Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 2; Fig. 4 ist ein Grundriss; Fig. 5 ist ein.
Teil eines Vertikalschnittes nach der Linie 5-5 der Fig. 2; Fig. 6 ist ein Teileines Vertikalschnitte und zeigt die Mittel zum Betätigen der Ventile; Fig. 7 und 8 zeigen Details im Aufriss; Fig. 9 zeigt ein Indikator-D)iagramm der Maschine; Fig. 10 ist ein Querschnitt durch dien zweiten Motor; Fig. 11 zeigt Details im Aufriss und Fig. 12 ein Indikator-Diagramm dieses Motors.
In einem wassergekühlten Zylinder 2 ar beitet gemäss Fig. 1 bis 9 ein Kolben 1 der über die Kolbenstange 3, den in Führungen 5 gleitenden Kreuzkopf 4 und die Pleuelstange 6 mit der Kurbelwelle 7 verbunden ist. Im Zylinderboden sind zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 angeordnet. Die Einlass ventile stehen über eine in der Zeichnung nicht gezeigte Ansaugleitung mit der Atmo sphäre in Verbindung. Au die Auslassventile 9 schliessen sich Leitungen 10 an, die in eine Kammer 11 münden. Diese Kammer 11 steht über ein von einer schwachen Feder belaste tes Rückschlagventil 12 mit einer Zünd- kammer 13 in Verbindung.
Die Leitungen 10, die Kammer 11 und ,das Ventil 12 sind vollständig im Wassermantel des Zylinders 2 angeordnet, derart, dass sie gekühlt sind. In die Zündkammer 13 sind eine Zündkerze 14 und ein Brennstoffspritzventil 15 eingesetzt, welchem der Brennstoff, zweckmässigerweise Benzin, von der Brennstoffpumpe 70 zu geführt wird. Die Zündkammer 13 steht über ein Ventil 17 mit dem Arbeitsraum des Zy linders 2 über dem Kolben 1 in Verbindung. Der Auslass aus dem Zylinder erfolgt über ein Ventil 18.
Die Ventile 8 und 9 werden durch Nocken 20 bezw. 21 über Stossstangen 22 bezw. 23 betätigt. Die Stossstange 22 wirkt auf einen Hebel 24, der auf eine Welle 25 aufgekeilt ist, die ein Hebelpaar 26 trägt. Die Hebel 26 wirken auf die Ventilspindelnder Ventile B. Die Stossstange 23 wirkt auf einen auf die Welle 30 aufekeilten Hebel 29. Auf der Welle 30 sitzt ein Hebelpaar 31, das auf T-förmige Hebel 32 auf eine Welle 33 ein wirkt. Jeder der T-förmigen Hebel greift mit einem Arm in einen Bügel einer der Spindeln der Ventile 9. Jedes Ventil 9 wird durch eine Feder 34, die mit dem dritten Arm des Hebels 32 verbunden ist, in die Schliesslage gezogen.
Das Ventil 17 wird durch einen Nocken 40 über eine Stossstange 41 betätigt, die auf einen auf der Welle 43 aufgekeilten Hebel 42 einwirkt. Die Welle 43 trägt ihrerseits einen Hebel 44, der in einen Bügel der Ventil spindel des Ventils 17 greift. Das Ventil 18 wird durch einen Nocken 50 über die Stoss stangen 51 betätigt, die auf einen Hebel 52 einwirkt. Der Hebel 52 ist auf der Welle 43 drehbar angeordnet und trägt ein Zahn seigiuent 53, das mit einem entsprechend ge zahnten Segment 54 am Hebel 55 in Eingriff steht. Dieser sitzt auf der Welle 56 und wirkt auf die Spindel des Ventils 18.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Verbrennungskraftmaschine ist folgende: Die Luft wird beim Aufwärtsgang des Kolbens 1 über die Ventile 8 in die untere Zylinderseite angesogen und während dem Arbeitshube des Kolbens, über die Ventile 9 in die gekühlten Leitungen 10 und die Kammer 11 gedrückt. Von :der Kammer 11 gelangt die Luft über das. Ventil 12 in die Zündkammer 13.
Die Förderung der Luft in die Zündkammer 1.3 ist mit der Beendigung des Abwärtchubes des Kolbens 1 beendigt und die Luft in der Zündkammer 13 bleibt während eines grossen Teils des Aufwärts- hubes des Kolbens 1 in der Kammer 13 auf gespeichert.
Der Brennstoff kann, gegen das Ende der Kompression oder unmittelbar nach erfolgter Kompression in die Zündkammer eingespritzt werden, so dass für die Mischung in der Luft genügend Zeit bleibt, insbeson dere weil die Luft verhältnismässig heiss ist.
Die Zündung .der Ladung in der Kammer 13 erfolgt durch Zündkerze 14, bevor der Kolben 1 das Ende seines Aufwärtshubes er reicht hat, so dass sich in :der Kammer 13! ein beträehtl.icher Druck ausbildet, :der am Ende des Aufwärtshubes, wenn das Volumen im Arbeitszylinder ein Minimum ist, sobald das Ventil 17 öffnet, auf letzteren einwirkt.
Aus dem Indikator-Diagramm in Fig. 8, in welchem die Drucke in at über dem Kolbenweg aufgetragen sind, ist gensichtlich, das die Luft auf der Unterseite des Kolbens entsprechend der Linie A-B angesaugt und entsprechend der Linie B-C komprimiert wird. Im Punkte C öffnen die Ventile 9 und der Druckanstieg erfolgt im Kompresssions- raum des Zylinders, in den Kanälen 10, der Kammer 11 und der Zündkammem 13 gemein sam entsprechend der Linie C-D.
Am An- fang des nachdem Schliessen der Ventile 9 fällt der Druck im Kom pressionsraum entsprechend der Linie D-A, während beim Aufwärtshub des Kolbens der Druck in der Zündkammer 13, infolge der Wärmeverluste durch die Kühlung ent sprechend der Linie D-E leicht abfällt. Die Zwndung erfolgt im Punkts E wenig vordem Ende des Aufwärtshubes des Kolbens. Der Druck steigt rasch entsprechend der Linie E-F. Das Ventil 17 öffnet sieh ungefähr im Punkte F, worauf eine Ausdehnung ent sprechend der Linie F, G, H stattfindet. Im Punkte H ist Ventil 17 immer noch offen.
Da der Druck in der Kammer 13 nun unter denn Druck in den Räumen 10, 11 sinkt, öffnet das Ventil 12 und die Ausdehnung im Arbeitszylinder, in der Zündkammer 13 und in den Räumen, 10, 11 geht weiter entspre- c henc der Linie H-I, wobei die frische Luft aus den Räumen 10 und 11 in die Zünd- kammer 13 strömt und dort die Verbren- nungbsprodukte ausfegt. Im Punkte 1 schliesst das Ventil 17, worauf die Ausdehnung im Arbeitszylinder allein entsprechend der Linie 1-J erfolgt.
Dias Auslassventil 18 öffnet ungefähr im Punkte J und während sich der Kolben aufwärts bewegt erfolgt der Auspuff entsprechend der Linie J-K. Im Punkte K sohliesst sich das Auslassventil 18.
Der Druck in den Kanälen 10 und in der Kammer 11 fällt -nach der Kompression ent sprechend den Linnen D-L und r-H, worauf das Ventil 12 öffnet und der Druck mit dem Druck im Zylinder entsprechend der Linie H-I fällt. Nach den Schluss des Ven tils 17 bleibt der Druck in den Räumen 10, 11 und 13 ungefähr konstant entsprechend der Linie I-C. Wenn im Punkte C der Druck im Kompressionsraum des Zylinders den Druck in den Räumen 10 und 11 erreicht, öffnen die Ventile 9 beim Punkte C, worauf der Druck, wie beschrieben, entsprechend der Linie C-D infolge der Kompression während dies zweiten Teile der Abwärtsbewegung des des Kolbens ansteigt.
Die gezeichnete Maschine arbeitet also im Zweitakt und hat den Vorteil, dass die Ver brennungsprodukte, bei der Aufwärtsbewe gung des Kolbens aus dem Arbeitsraum praktisch vollständig ausgestossen werden. Die Maschine arbeitet vorteilhaft mit einem Kompressionsverhältnis von etwa 14 : 1.
Die Querschnittflächen der Kanäle 10 und der Kammer 11 sind genügend gross, um übermässige Reibungsverluste beim Über strömen zu vermeiden. Das gesamte Volumen der Kanäle 10 und der Kammer 11 ist un gefähr gleich dem vierfachen Volumen der Züudkammer 13.
Natürlich könnten die Ventile 8 und 9 auch als Rückschlagventile ausgebildet sein. Bei dem in den Fig. 10 biss 12 dargestell ten Explosionsmotor gleitet ein Differential kolben 110 einem Zylinder 111, der von einem Wassermantel 112 umgeben ist. Der Kolben 110 arbeitet auf eine Kurbelwelle, die sich im Sinne des Pfeils in Fig. 10 dreht. Im Zylinderkopf sind unter Wirkung von Federn 1i1, 124 stehende Aus- bezw. Einlass ventile 104 bezw. 105 vorgesehen. Der Diffe rentialkolben 110 kompromiert auf der un tern Seite im Kompressionsraum 114 Luft. Der Kompressionsraum 114 stellt über ein Eiulassventil 101 und eine Leitung 115 mit der Atmosphäre in Verbindung.
Das Ventil 1011 steht unter dem Ednflüss'einer Feder 116 und arbeitet automatisch; es, könnte jedoch auch gesteuert werden. Der Kompressions raum 114 ist mit einem Auslassventil 1,0e2 versehen,
das unter .der Wirkung einer Feder 1.'17 steht. Von der Stärke dieser Feder 117 hängt der Druck, auf welchen die Ladung im Kompressionsraum 114 komprimiert wird, ab. Hinter dem Ventil 102, wird die Luft durch eine den Wassermantel 112 durch setzende flache Leitung 118 zur Zündkammer 119 geführt. Die Leitung 18 könnte auch mit einem besonderen vom Kühlmantel 112 un abhängigen Kühlmantel versehen sein, oder sie könnte auch luftgekühlt sein.
Der Einlass von der Leitung 118 in die Zündkammer 119 wird durch ein automatisches Ventil 103 be herrscht, das mit einer schwachen Feder 120 belastet ist. Eine Zündkerze 127 ist in die Zündkammer 119 eingesetzt. Das die Verbin dung zwischen dem Arbeitsraum 113 und der Zündkammer 119 herstellende Ventil 104 wird durch die Feder 121 geschlossen und durch einen Nocken 122 und einen Hebel 12i3 (Fig. 11) geöffnet. Das Auslassventil 105 wird durch die Feder 124 geschlossen und durch einen Nocken 122 und einen Hebel 123 (Fig. 11) geöffnet.
Der Brennstoff wird der Luft entweder in der Zündkammer oder beim Eintritt in dieselbe zugeführt. Zu diesem Zwecke kann eine Einspritzdüse entweder in die Zünd- kammer oder in das obere Ende der Leitung 118 eingesetzt sein.
Die Zündkammer 119 wird während der Abwärtsbewegung des Kolbens 110 mit Luft gefüllt. Während der Aufwärtsbewegung des Kolbens 1L0 wird die Ladung in der Zünd- kammer 119 aufgespeichert. Die Zündung er folgt mittels der Zündkerze 127 zweck mässig, wenn der Kolben sich dem Ende seines Aufwärtshubes nähert. Das Ventil 104 wird geöffnet, bevor die Verbrennung beendigt ist, so dass die Verbrennung sich in den Zylinder 113 fortsetzt.
Nach dem Indikator-Diagramm gemäss Fig. 12 wird die Luft in den Raum 114 ent sprechend der Linie 130, 131 eingesaugt und dort entsprechend der Linie 1'31, 132 kompri miert. Im Punkte 132 öffnet sich das Ventil 102 und der Druck im Raum 114, der Lei tung 118 und Kammer 119 folgt der Linie 13.2, 133. Am Anfang des Aufwärtshubes fällt der Druck im Raum 114 entsprechend der Linie 133, 130 während beim Aufwärts- hube des Kolbens der Druck in der Kammer 119 entsprechend der Linie 133, 134 leicht fällt. Die Zündung erfolgt im Punkte 134 kurz vor dem Ende des Aufwärtshubes des Kolbens.
Der Druck steigt rasch entspre chend der Linie 134, 135 und das Ventil 104 öffnet angenähert im Punkte 135, worauf die Expansion entsprechend der Linie 135, 136, 1k37 erfolgt. Im Punkte 137 ist Ventil 104 immer noch, offen und der Druck in der Kammer 119 wird nun geringer als der Druck in der Leitung 118, so dass sich das Ventil 103 öffnet und die Expansion sich im Arbeitsraum 113, in der Zündkammer 119 und der Leitung 118 entsprechend der Linie 137, 138 weiter fortsetzt. Die aus der Leitung 118 ausströmende Luft spült die in der Zündkammer verbleibenden Verbrennungs produkte heraus. Im Punkte 138 schliesst sich das Ventil 10d, worauf im Arbeitsraum 113 allein die Expansion sich entsprechend der Linie 138, 139 weiter fortsetzt.
Das Auslass ventil 105 öffnet annähernd im Punkte 139 und wenn sich der Kolben aufwärts bewegt. erfolgt der Auspuff entsprechend der Linie 139, 140 in welch letzterem Punkte das Ventil 105 geschlossen wird und die Kompression im Arbeitszylinder entsprechend der Linien 140, 135 erfolgt.
In der Leitung 118 fällt der Druck all mählich nach dem Ende der Kompressions- periodeder Kühlung wegen entsprechend der Linie 133, 134 während dem Aufwärtshube des Kolbens 110 und während das ersten Teils der Abwärtsbewegung des Kolbens 110, entsprechend der Linie 141, 137, worauf der Druck mit der Exparn@sion im Zylinder 110 entsprechend der Linie 137, 138 fällt, bis das Ventil 1,04 schliesst. Der Druck in der Lei tung- 118 bleibt dann entsprechend der Linie 13,8, 132 ungefähr konstant,
bis das Ventil 1.021 öffnet, worauf der Druck entsprechend der Linie 132, 1.3,3 entsprechend .der Küm- pression während des letzten Teils der Ab- wärtsbewegung .des Kolbens 110 ansteigt.
Bei einer mehrzylindrigen Maschine kann die Luftladung für einen Zylinder durch den Kolbeneines andern Zylinders verdichtet werden und es kann eine gemeinsame Lei tung zwischen zwei benachbarten Zylindern über gesteuerte Ventile zu den Zündkammern der beiden Zylinder führen. Die Maschine gemäss der Erfindung kann mit Gas oder mit Leichtöl, z. B. Benzin, oder mit Paraffin oder mit Schweröl laufen. Die zur Zünd- kammer führende Leitung wird zweckmässig gekühlt, damit ohne Vorzündungen ein ver hältnismässig hoher Kompressionsdruck er reicht werden kann.
Bei der Maschine gemäss Fig. 1 bis 9, wo die Kompression der Luftladung auf der Kolbenunterseite bewirkt wird, wird erreicht, dass, obwohl die Maschine als Zweitakt maschine arbeitet, doch wie bei einer Viertakt maschine die Verbrennungsprodukte vom Kolben aus dem Arbeitszylinder heraus geschoben werden.
Bei den beschriebenen Maschinen wird die Ladung zum Beispiel während eines halben Kolbenhubes in der Zündkammer auf gespeichert, was eine gute Mischung zwi schen Brennstoff und Luft ergibt.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Maschiuen besteht darin, dass wenn das Ven til zwischen der Zündkammer und dem Ar beitszylinder geschlossen gehalten wird, die Zündung in der Zündkammer viel früher er folgen kann, als dies sonst möglich wäre. Es bildet sich in der Zündkammer ein hoher Ver brennungsdruck, der am Ende des Aufwärts hubes sofort in den Arbeitszylinder über führt werden kaum.