Verbrennungskraftmaschine, insbesondere für den Antrieb von Fahrzeugen. Die Erfindung betrifft eine Verbrennungs- kraftmasehine mit mindestens einem Arbeits zylinder, insbesondere für den Antrieb von Fahrzeugen.
Die bekannten Verbrennungskraftmasehi- nen für Fahrzeuge arbeiten vorwiegend nach dein Otto-Kreisprozess, Lind zwar nicht aus schliesslich mit der Nennleistung, sondern in einem grossen Drehzahl- und Füllungsgrad- bereieh, -was den thermischen Wirkungsgrad verschlechtert.
Dies ist insbesondere aus dein (,',rund der Fall, (lass bei den kleinen und mitt leren Füllungsgraden, mit welchen diese Mo toren vorwiegend arbeiten, das Verhältnis des -e -ten Gemisehes zur Restgasmenge der -iii- sau Verbrennungsprodukte klein ist. Die Verbren- nun- ist lan-sam und die Drucksteigerung c<B>C</B> -,vilii-en(1 der Verbrennung klein.
Dasselbe #n erfol-t bei der Drehzahlerhöhung, wenn sieh eine Drosselung beim Ansaugen des Gemisches <I>n</I> und beim Aussehieben der Verbrennungspro dukte im erhöhten Masse spürbar macht. Weiter ist bei Vergasermotoren der End druck der Verdichtung durch die angesa-agte Gemisehmenge bedingt, so dass er bei kleinem und mittlerem Füllungsgrad infolge der Dros selung klein wird.
Dementsprechend ist auch die Temperatur am Ende der Verdichtung durch die ange saugte ('#emisehmen---e bedingt, wobei noch zu- sätzlieh während der Verdiehtun- des Gemi- sehes Wärme mit dem stets wirkenden Kühl mittel ab-geführt, wird, Weiter kann der Luftüberschuss für ver schieden grosse Füllungen und Drehzahlen des Motors infolge der vorher erwähnten Gründe nicht konstant, gehalten werden.
Der spezifi- sehe Brennstoffverbraueh ist sehr unterschied- lieh und ist bei kleiner Füllung und niedrigen Drehzahlen sowie bei höheren Drehzahlen des Motors besonders gross.
Ein weiterer Nachteil der Kraftfahrzeug- vergasermotoren ist, dass ihr Drehmoment von der Drehzahl des Motors abhängt und unter halb 400 bis<B>600</B> Ufmin praktisch gleich Null ist. Es muss deshalb stets ein Weehselgetriebe mit allen seinen bekannten Mängeln verwen det werden, um anfahren, beschleunigen und Steigungen bewältigen zu können.
Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu vermeiden. Die Verbrennungs- kraftmasehine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im Zweitaktverfahren arbeitet, wobei die Verbrennungsluft unter Druek bei gleichzeitigem Einspritzen von Brennstoff in solcher Weise in den Verbren nungsraum des Zylinders eingeführt wird, dass eine während des ganzen Einspritzvorganges andauernde Verbrennung stattfindet.
Wenn der Motorzylinder keinen Verdiehtungsraum aufweist und der Brennstoff samt der zu seiner Verbrennung notwendigen Verbren nungsluft durch eine gemeinsame Düse in den Verbrennungsraum eingeführt wird, kann die Verbrennung in der Brennkraftmaschine stets bei gleichem bzwi bei festlegbarem Luftüber- sehluss erfolgen und das Füllen und die Ver brennung beim konstanten Druck in Ab- %vesenheit von Verbrennungsprodukten statt finden.
Die Füllmenge ist in diesem Falle nicht mehr an den Verdiehtungsraum ge bunden, wodurch der mittlere Druck und das Drehmoment des Motors grösser als bei den übliehen Ver,-asermotoren wird. Die Verbren nung erfolgt nicht so schlagartig wie beim Otto-Verfahren. Die mechanischen und ther mischen Beanspruehungen sind entsprechend kleiner. Die Grösse des Drehmomentes einer solchen Brennkraftmasehine ist nunmehr im wesentlichen nur von der Füllung abhängig, das heisst von der Menge des Brennstoffes und der Verbrennungsluft, die in den Verbren nungsraum der Brennkraftinasehine geführt wird.
Bei Verwendung einer derartigen Brennkraftmasehine für den Antrieb von Fahrzeugen erübrigt sieh ein Getriebe, so dass ein solcher Motor als Fahrzeugmotor sehr ge eignet ist.
In den Zeichnungen, welche eine beispiels weise Ausführungsform der Erfindung zeigen, sind Fig. <B>1</B> eine schematische Ansieht einer Brennkraftmaschine mit den zur Aufrecht erhaltung des Betriebes erforderlichen Steuer organen, Fig. 2 ein Schnitt durch die Luft-Brenn- stoffdüse und Fig. <B>3</B> ein pi--v-Diagramm des Arbeits prozesses der erfindungsgemässen Brennkraft.- maschine.
Die Verbrennungskraftmasehine besteht aus zwei Kolbenverdiehtern <B>1,</B> 2 und zwei Motorzyl y indern C ', 4. Die Verdichter und die Motorgruppe haben eine gemeinsame Kurbel welle<B>5.</B> Die Verdichter<B>1,</B> 2 saugen die Luft durch eine Leitung<B>6</B> über die Ventile<B>7, 8</B> an.
Die verdichtete Luft wird von den Verdiehtern in eine gemeinsame Druekleitung <B>9</B> gedrückt, welche zu den Motor7vlindern <B>3,</B> 4 führt. Die Auslassöffnungen der Verdiehter sind mit den Ventilen<B>10, 11</B> versehen, wobei diese entweder als gesteuerte Ventile<B>10</B> oder als Rüelizsehla"-ventile <B>11</B> ausgebildet sein können.
Die 31otorzylinder <B>3</B> und 4 der Brennkraft- inaschine arbeiten im Zweitaktverfahren, wo bei der Brennstoff in den Verbrennungsrauni der Motorzylinder<B>3,</B> 4 eingespritzt wird.
Die zur Verbrennung des Brennstoffes im Ver- brennun-sraum der Motorzvlinder notwendige Luft wird kontinuierlich während des Ein- spritzvorg ga nges in die Motorzylinder unter Druck eingeführt, wodurch sieh die Vorsehung des üblichen Verdichtun-sraumes erübri"t. Für die gemeinsame Einführung des Brenn stoffes und der Luft sind in jedem der Motor zylinder Düsen 12,<B>13)</B> eingesetzt,
deren Auf- bau aus der FinG. 2 züi entnehmen ist.
Die Düse besteht im wesentlichen aus einem im Zyjinderkopf eingesehraubten Düsenhalter 14 Lind aus einem Einspritzventil<B>15.</B> Der Düsenhalter 14 ist innen naeh der Zylinder seite zu koniseh ausgebildet, wobei sieh sehraLi- benförmige Rippen<B>16</B> einer das Einspritz- ventil <B>15</B> umgebenden Muffe<B>17</B> an dem Konus abstützen.
Das dem Zylinder zugekehrte Ende dieser Muffe<B>17</B> ist koniseh Lind wird unter der #N,7irkun- einer Feder<B>18</B> in einer Stelhin- gehalten, in der es nahe an den Düsenhalter 14 heranreicht, so dass zwischen (liesern- und der Muffe ein kleines Spiel stets vorhanden bleibt.
Die durch die<U>Leitung,</U><B>9</B> zaströmende Druchluft kommt in den Raum zwischen der Muffe<B>17</B> und dem Düsenhalter 14 und wird vor dem Austreten in den Bremiraum des Motorzylinders mittels der sehraubenförmigen Rippen<B>16</B> in. Rotation versetzt.
Ini Einspritzventil<B>15</B> befindet "ich eine Nadel<B>19,</B> deren Spitze die Form eines abge stumpften Kegels aufweist. Der Brennstoff wird unter Druck von einer Einspritzpumpe durch die Leitun- '21. und durch Kanäle 22 gepumpt und gelangt in einen ringförinigen Kanal 23 vor den Kegel der Nadel<B>19.</B> Am -Umfang des Kegels der Nadel<B>19</B> sind sehrau- benförmige Nuten 20 ausgefrist, durch welche dem eingespritzten Brennstoff ein Drall er teilt wird, der in entgegengesetzter Richtung gerichtet ist als derjenige, welcher der Luft durch die Rippen<B>16</B> erteilt wird.
Dies sichert eine gute Durehmisehung und eine vollkom- niene Verbrennung des Brennstoffes. Durch eine Feder 24 wird die Nadel.<B>19</B> in Richtung den konisehen Sitz des Einspritzventils <B>15</B> gedrückt, wobei vorgesehen ist, dass bei diesem Zustand ein kleines Spiel zwischen dem l#e#,el und der Nadel bestehen bleibt. Weiter ist ein Kanal<B>25</B> im Einspritzventil vorge sehen, durch welchen der Leckbrennstoff in einen BrennstoffbehiiIter zarückgeführt wird.
Durch die Vorsehung eines Spiels zwischen der Muffe<B>17</B> Lind dem Düsenhalter 14 sowie der Nadel<B>19</B> und dem Ventil<B>15</B> werden wäh rend des Betriebes der Brennkraftmaschine stets kleine \Mengen von Brennstoff und Luft in den Brennraum der Breinikraftmasehine austreten und mit kleinen Flammen verbren- iien. Diese bewirkt beim Beginn des Arbeits- Imbes des Motors das Entzünden des Brenn- stoff-Luft-Gemisehes.
Die BetätigLing der einzelnen Ventile der Verdieliter und der Arbeitszvlinder erfol--t durch eine Nockenwelle<B>28,</B> an der inehrere Noeken für die jeweiligen Ventile angeordnet <I>;n</I> sind.
Der Antrieb der Nockenwelle erfolgt auf bekannte Weise von der Kurbelwelle aus,<B>wo-</B> bei ihre Drehzahl der der Kurbelwelle ent spricht. Die Einlassventile <B>7, 8</B> der Verdichter <B>1,</B> 2 werden durch Noeken 430, 44 gesteuert, wobei diese derart ausgebildet sind, dass ein jeder Querschnitt durch die Nockenwelle im Bereich der Noeken eine untereinander ab weichende Länge derselben ergibt.
Hierdurch kann bei einem axialen Verschieben der Nok- kenwelle die jeweilige Zeit für das Offenhalten des Einlassventils gesteuert werden. Dies wird vorgesehen, um den Liefergrad der Verdichter entsprechend dem Bedarf ohne Verlust an zu leistender Arbeit züi regeln.
Züi diesem Zweck ist ein Druek#i#e-,lei, <B>29</B> an die Druekleitung <B>9</B> zwischen den Verdich tern und den Motorzylindern angeschlossen, wobei der Druck der sich in der Draekleitung befindenden Luft auf einen Kolben<B>30</B> ein wirkt, welcher ein Verstellen der Nockenwelle <B>28</B> über ein Gestänge .31 bewirkt.
Beim Ver stellen der Nockenwelle werden gleichzeitig die Noeken verschoben mit dein Ergebnis, dass die Dauer des Offenhaltens der Einlassventile (ler Verdiehter beispielsweise beim überhöhten Druck in der DruckleItung <B>9</B> über den äussern Totpunkt der Verdichterkolben erreicht wird und ein Teil der angesaugten Luft beim Ver- diehtungshub der besagten Kolben durch diese ins Freie ausgesehoben wird.
Die restliche Luftmenge im Verdichter wird nach dem Schliessen der Einlassventile in die Druck leitung<B>9</B> geschoben, wobei sie dem augenbliek- liehen Verbrauch an Verbrennungsluft ent spricht. Das gesteuerte Auslassventil <B>10</B> des Verdichters 2 wird darch eine Noeke 45 ge steuert, welche ebenfalls eine in Längsrich tung der Nockenwelle veränderliche Form auf weist.
Um. einen im wesentlichen stets gleich hohen Luftdruck in der Dr-aekleitung <B>9</B> zu erreichen, ist an diese ein Druckausgleieh- behälter <B>32</B> angeschlossen. Die so gespeicherte Luft kann auch beispielsweise zum Anlassen des Motors für die Luftdruckbreinsen des Fahrzeuges, zum Reifenfüllen usw. Verwen dung finden, wofür sonst besondere Verdich ter vorgesehen werden mussten.
Um eine von der Stellung des Kolbens im Arbeitszylinder sowie von der Drehzahl der Brennkraftmasehine abhängige Regelung der Brennstoff- und Luftzufuhr zu erreichen, wird die Nadel<B>19</B> sowie der Kolben<B>17</B> der Düsen 12,<B>13</B> einmal mittels eines verschieb baren Nockens<B>33</B> und das andere Mal durch einen an der Kurbelwelle angeordneten Flieh- kraftregler 34 gesteuert.
Die Noekenform zur Regelung der Brenn stoff- und Luftinenge ist gleich der Nocken- form für die Einlassventile <B>7, 8</B> und das Aus- lassventil <B>10.</B> Dieser Nocken ist ebenfalls auf der Welle<B>28</B> angeordnet. Die minimale und maximale Noekenlänge sind mit den Winkeln al und a2 bezeichnet.
Um. bei verschiedenen Geschwindigkeiten die Durchflussnienge des Arbeitsstoffes sowie die der Luft entsprechend zu regeln, ist der FliehkraTtregler 34 vorgesehen. Bei einer Drehzahlerhöhung wird durch den Fliehkraft- regler das Endgelenk<B>35</B> des Winkelhebels<B>36</B> verschoben, wodurch eine Änderung der He bellängen<B>11</B> und 12 (Fig. 2# stattfindet.
Wird beispielsweise mit Bezug auf Fig. 2 der Win- kelhebel <B>36</B> durch den Fliehkraftregler 034 nach rechts verseh-wenkt, so vergrössern sieh die<B>Ab-</B> stände<B>11</B> und<B><U>1.</U></B> und damit der Hab der Nadel<B>19</B> und der Muffe<B>17.</B> Diese Richtung ist in Fiu. 2 mit + bezeichnet.
Beim Ver- schwenken des Winkelhebels<B>36</B> nach links er folgt eine negative Änderung der genannten (-T'rössen. Diese Richtung ist. in Fig. 2 mit - bezeichnet.
Die Wirkun,-sweise der beschriebenen An lage ist folgende: Die Inbetriebnahme des Motors erfolgt durch das Öffnen eines<B>Ab-</B> sperrhahnes<B>37</B> vom Drueka-uis,-leiehbehälter ö2 (Fig. <B>1),</B> welcher die gespeicherte Druelduft aus dem Druekaus-leiehbehälter zur Düse frei- lässt. Die Druelduft betätigt den Driiekregler '19, durch welchen die Nockenwelle<B>28</B> axial verschoben wird, so dass der breiteste Quer schnitt der Nocken (a max.)
wirksam wird. Die Nadel<B>19</B> wird ebenfalls auf den grössten Hub eingestellt. Die Luft tritt neben den Kegel des Kolbens<B>17</B> in den MotorzYlinder ein und setzt den Motorkolben in Bewegung. Da bei steigt gleichzeitig der Brennstoffdruck an, und der Brennstoff gelangt durch das Ein- spritzventil <B>15</B> in den Zylinder, und zwar in der Menge, wie augenbliehlieli durch die Stellung des Noekens <B>33</B> bestimmt ist.
Es er folgt die Zündung durch ständig Tunkende Zündkerzen 40 und Verbrennung des Brenii- stoffes. Danach wird der Motor durch eine axiale Verstellung der Nockenwelle durch den Fahrer auf Leerlauf eingestellt, und die Zünd kerzen werden abgeschaltet. Die weitere Rege- lun- der Brennkraftmasehine erfolgt durch Verstellen der Nockenwelle<B>28</B> durch den Fahrer, wobei der Hub der Ein- und Auslass- -#entile der Verdieliter vergrössert bzw. ver kürzt wird.
Dadurch wird der Liefergrad der Verdichter variiert. Gleiehzeitig wird von der Nockenwelle der Hub des Einspritzventils <B>15</B> und der Muffe<B>17</B> verändert, was eine Ände rung der in den Zylinder eingeführtenMenge des Brennstoffes und der Luft zur Folge hat.
Im weiteren Verlauf füllen die Verdiehter <B>1,</B> 2 den Ausgleichbehälter <B>32</B> mit Luft. Die Zündflamme an jeder Düse, die in der Folge das, Zünden des aus der Düse heraustretenden BrennstoIfes mit der Luft bewerkstelligt, wird nicht gelöscht, sondern nur vergrössert oder verkleinert, nachdem stets Luft und Brenn stoff in kleinen -Mengen austreten und die Zündflamine während der Ausdehn-un- Lind des Aussehiebens der Verbrennungsprodukte erhalten. Das stäiidi--,#-e Austreten der Luft und des Brennstoffes vermindert weiter ein Verstopfen der Düsenöffnun.gen.
Die A.1)--ase beider ArbeitszvIiiider <B>3,</B> 4 der Brennkraftmasehine strömen über die #-e- steuerten Ventile<B>26</B> und<B>27</B> in eine Heizkani- mer 46, in welcher die A.bIgase ihre Wärine an die verdichtete Vei-1)rei-iii-iiiigsluft abgeben.
In der Fig. <B>3</B> ist die Abwieklun- eines Ar beitsprozesses dieses Motors iiii pi-t,-Diagramni dargestellt. Bei einer kleinsten Füllung des Motors stellt die Fläche 1-2-3-4-5-1 die negative Arbeit dar, das heisst die Arbeit, die der Kompressor<B>für</B> die Luftverdielitung braucht, wenn das Einlassventil während des Verdieht-Liii,
-shubes der Kolbenverdiehter einen Teil der angvesauigten Luftmen-e vom Punkt 2 bis Punkt<B>3</B> wieder ins Freie auslässt. In folge der Drosselung in der Druekleitung <B>9</B> erfährt die verdichtete Luft bis zur Düse einen gewissen Druekverlust, so dass der Druck im Motor vom Punkt 4' auf Punkt 4" fällt.
Von diesem Punkt setzt im -.#lotoi#Vliiider die Fül lung und Verbrennung unter konstantem Druck ein, wobei der durch die Verbrennung des Brennstoffes und durch die Ausdehnung der Verbremiungsprodukte infolge der Tem peraturerhöhung becliii-te Volumenzu-,vaehs dem durch die Kolbenbe#ve#-#iiii--- bedingten Vo- lumenzuwaehs entspricht.
Vom Punkt<B>6</B> setzt die Ausdehnung der Verbrennungsprodukte nach der Polvtrope bis züm Punkt<B>7</B> ein, und von da stösst der Kolben im zweiten Takt die -v <B>, ,</B> erbrennungsproduhte nach der Linie<B>7-8</B> hinaus, und der Prozess wiederholt sieh.
Die Fläche Y' <B>- 6 - 7 - 8 - 5"</B> stellt eine positive Arbeit dar, das heisst die Arbeit des -Motorzylinders. Die Arbeitsfläehe 1-2-ä-4-5-1 des Verdieh- tersdeel-,t,siehinitderFläeliel'-2'-3'-4'-5'-1' des Motors, wobei im wesentlichen die Fläche 4"-6-7-'c'-4" den Überschuss an positiver Arbeit der Brennkraftmasehine darstellte Wenn man die Füllung der Brennkraft- masehine über die kleinste hinaus vergrössert,
so arbeitet der Kompressor mit voller Kapazi- 1 ät, und die Fläche<B>1 -</B> 2<B>- 9 - 5 - 1</B> stellt die nega tive Arbeit dar. Dagegen stellt die Fläche <B>5" - W- T- 7 - 8 -</B> Y' die positive Arbeit des Mo- torzylinders dar und die Fläche 9"-6'-7'-7- 2"-9"' den positiven Arbeitsübersehuss der Brennkraftmasehine. Diese Fläche ist viel -rösser als die vorherige der kleinsten Füllung
entspreehende, so dass der mittlere indizierte Druck sowie das Drelimoment des Motors ent- spreehend <U>grösser</U> sind.
Bei grossvolumigen oder sehnellaufenden Motoren kann neben der Düse noch eine Vor- rielitung für die Zuführung von zusätzlicher Driiehluft in den Motor7ylinder vorgesehen sein, damit die Durehflussgeschwindigkeit der Luft durch die Düse nicht über eine bestimmte Luftgesehwindigkeit steigt.
Diese Vorrieh- tun- kann weiter so ausgebildet sein, dass der LuTtzusatz unmittelbar am Ende des Aus puffhubes vergrössert und dadurch die Spü- hin-# des Brennraunies von den Restgaseii voll kommen wird.
Für den Fall eines zu starken Druck anstieges in den Motorzylindern<B>13)</B> und 4 aus ir-endeinein Grunde sind Sieherheitsventile 41, 42 angebracht, die die Verbrennungspro- n <B>kn</B> dukte in diesem Fall in den Auspuff leiten.
UM Verdiehtungsarbeit, zu sparen, ist des wei teren, eine intensivere Kühlung der Verdiellter als der Zylinder der Brennkraftmaschine vor- Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte <B>C kn</B> Ausführungsbeispiel eingeschränkt, so können beispielsweise die Verdiehter als niehrstufige Kompressoren ausgebildet sein und das Ar beitsmittel für die Brennkraftmaschine flüssig oder gasförmig sein.