Viertaktverbrennungskraftmaschine mit Einblaseluftkompressor. Die Erfindung bezieht sich auf im Vier takt wirkende Verbrennungskraftmaschinen, welche mit Brennstoffeinblasung arbeiten und mit zur Erzeugung von Einblaseluft dienen den Kompressoren ausgestattet sind. Die Er findung zielt darauf ab, den Arbeitszylindern solcher Viertaktmaschinen eine grössere La dung zuzuführen, als dem Ansaugvolumen der Arbeitszylinder entspricht.
Die Erfindung be steht darin, dass der Einblaseluftkompressor während eines Arbeitsspiels der Maschine Einblaseluft und getrennt von dieser Ladeluft erzeugt und dass die Einblaseluft und die Ladeluft zu verschiedenen Zeiten in den Ar beitszylinder eingeführt werden. Die Vorteile eines solchen Arbeitsverfahrens bestehen darin, dass es mit Zuhilfenahme des Einblaseluft- kompressors durchgeführt. wird, welcher an der Maschine bereits vorhanden ist, und dass es nicht erforderlich ist, besondere Hilfspum pen anzuordnen, welche die Maschine ver teuern.
Die Bewegungen des Kompressor und Arbeitszylinderkolbens können leicht so miteinander in Beziehung gebracht werden, dass sich beim Laden der Arbeitszylinder der günstigste Wirkungsgrad der Ladepumpe er gibt.
Die Zeichnung veranschaulicht den Erfin dungsgegenstand in drei beispielsweisen Aus führungsformen, und zwar stellt Fig. 1 eine Einzylindermaschine mit einem einstufigen Kompressor dar, welcher nur einen Teil der Ladeluftmenge für die Arbeitszylinder liefert, Fig. 2 eine Zweizylindermaschine mit in der Mitte zwischen den Arbeitszylindern liegen dem Stufenkompressor, welcher die gesamte Ladeluftmenge für die Arbeitszylinder liefert, wobei dessen Ladehübe durch Ventile des Arbeitszylinders gesteuert werden,
und Fig. 3 eine Zweizylindermaschine mit einem am Maschinenende angeordneten StufeDkompres- sor, welcher beim Aufwärtshub einen Teil der Ladeluft und beim Abwärtshub die Ein blaseluft erzeugt.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das Kurbelgehäuse, 2 den Arbeitszylinder und 3 den Kompressor zylinder. Der Kompressor erzeugt bei jedem Druck hub abwechselnd einmal die für eine Ver brennung erforderliche Einblaseluft und das andere Mal einen Teil der für ein Arbeitsspiel notwendigen Ladeluft. Er erhält seinen An trieb durch Schwinghebel 4 und (jelenkstange 5; 6 ist das Ansaugventil des Kompressors. Die Druckluft wird über ein Druckventil durch eine besondere Leitung (in der Figur nicht gezeichnet) zur Einspritzstelle und über ein zweites Druckventil 7 in die Ladeluft leitung befördert, welche gegen den Zylinder durch ein Ventil 8 abgeschlossen ist.
Der die Einblaseluft erzeugende Druck hub des Kompressors fällt zeitlich mit dem Verdichtungshub und der die Ladeluft erzeu gende Druckhub mit dem Auspuffhub der Maschine zusammen. Der dem Ansaugvolumen des Arbeitszylinders entsprechende Teil der Ladeluft wird während der Ansaugperiode in dem Arbeitszylinder gesaugt.
Die vom Kompressor verdichtete Ladeluft wird zunächst in die Rohrleitung zwischen den Ventilen 7 und 8 übergeschoben, welche wie ein Ausgleichsbehälter wirkt. Bei Beginn des Verdichtungshubes im Arbeitszylinder strömt die Luft bei geöffnetem Ventil 8 in den Arbeitszylinder über. Der Ü berschiebungs- beginn der Ladeluft in die als Zwischenbe hälter wirkende Rohrleitung ist abhängig von der Spannung des in der Rohrleitung von der vorhergehenden Überführung zurückgebliebe nen Ladeluft. Der Fassungsraum der Rohr leitung wird zweckmässig so gross gewählt, dass während der Überschiebung im Behälter keine schädlichen Spannungsschwankungen entstehen.
Der nach der Überführung im Behälter verbleibende Überdruck soll praktisch nicht grösser als ungefähr 0,5 Atm. sein. Es ist dann auch die höchste Spannung im Kom- pressorzylinder während des Ladedruckhubes nicht wesentlich höher als ungefähr 0,5 Atrn. Bei dem auf den Ladeluftdruckhub folgenden Einblaseluftdruckhub wird, da die zweite Ver bindungsleitung mit dem Arbeitszylinder einen nur geringen Inhalt hat und der schädliche Raum klein ist,
die Verdichtungsspannung des Kornpressors naturgemäss höher als die Verdichtungsendspannung im Arbeitszylinder. Die Überschiebung des Einblasemittels be ginnt, wenn das. Einblasemittel den höchsten Druck hat.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Zweizy- lindermaschine ist der Kompressor 1 in der Mitte zwischen den beiden Arbeitszylindern 2 und 3 angeordnet. Die Arbeitskurbeln 4 und 5 sind gleichgerichtet, während die Korn- pressorkurbel 6 um 180 gegen die Arbeits kurbeln versetzt ist.
Der Kompressorkolben ist stufenförmig ausgebildet und erzeugt durch die grössere Bodenfläche 7 die gesamte Lade luft und durch die kleinere Stufenfläche 8 die Einblaseluft. Die Ladeluft wird abwechselnd bei einem Druckhub des Kompressors in den Zylinder 2 und bei einem zweiten Druckhub in den Zylinder 3 übergeführt. Die Über schiebung beginnt in der untern Totlage des Kompressorkolbens und in der obern Totlage des Arbeitskolbens und ist in der obern Tot lage des Kompressorkolbens beendigt.
Bei Beginn der LTberschiebung herrscht im Kom- pressorzylinder atmosphärischer Druck und am Ende der Überschiebung ein dem grösseren Hubvolumen des Kompressors entsprechender höherer Druck. Da je ein Saughub der Ar beitszylinder mit einem Druckhub des Kom- pressors zusammerrfällt, können die Ventile 9 und 10 des Arbeitszylinders gleichzeitig zum Steuern der Überströmung verwendet werden. Die Ladeluft wird während der Ansaugperiode direkt in die Arbeitszylinder übergeschoben und befindet sich am Ende der Saughübe unter Überdruck.
Dieser Druck ist um so höher, je grösser das Verhältnis des Kom- pressorhubvolumens zum Ansaugvolumen der Arbeitszylinder gewählt wird.
Das Hubvolumen der Kompressorstufe 7, welche die Ladeluft erzeugt, ist so zu be stimmen, dass das Gewicht der Ladeluft grösser wird als das Gewicht der dem Ansaugvo lumen eines Arbeitszylinders entsprechenden Luft.
Die die zwei Verdichtungsstufen dar stellenden Pumpenräume können miteinander derart verbunden werden, dass die Ladeluft druckstufe gleichzeitig den Niederdruckzylin- der der Einblasedruckluftstufe bildet. Hierfür ist nur die Einschaltung eines Zwischenbe hälters erforderlich, welcher gegen die Nieder druckstufe und gegen die Hochdruckstufe durch Ventile oder dergleichen absperrbar ist, wobei das gegen die Niederdruckstufe ab schliessende Ventil beim Druckhub des Kol bens 7 geöffnet und dadurch der Behälter mit Ladeluft gefüllt wird, während das gegen die Hochdruckstufe abschliessende Ventil beim Saughub die Stufe 8 öffnet, wodurch die Hoch druckstufe die Ladeluft aus dem Zwischen behälter ansaugt.
Wenn in die Verbindungsleitung zwischen beiden Druckstufen ein entsprechendes Ab schlussorgan eingeschaltet wird, so ist es im Bedarfsfalle möglich, durch eine geeignete Verstellung dieses Organes die Verbundwir kung ausser Tätigkeit zu setzen und jede der beiden Stufen für sich allein wirken zu lassen. Der Ladeluftdruck wird dann grösser und der Einblaseluftdruck kleiner.
Bei der in Fig. 3 veranschaulichten Zwei- zylinderinaschine mit den Arbeitszylindern 1 und 2 und dem Stufenkompressor 3 wird durch die Bodenfläche des Kolbens ein Teil der Ladeluft und durch dessen Stufenfläche das Einblasedruckmittel erzeugt. Bei je zwei aufeinanderfolgenden Druckhüben tritt die Ladeluft einmal in den Arbeitszylinder 1 und das andere Mal in den Arbeitszylinder 2 über. Der Übertritt erfolgt nach dem Schliessen des Ansaugventils jenes Arbeitszylinders, welcher nach dem Ansaugen geladen wird. Die vom Kompressor gelieferte Ladeluft wird im Pum penraum 4 erzeugt und durch Ventil 5 in die Überströmleitung 6 geschoben.
Der Über tritt der Ladeluft in die beiden Arbeitszylin der erfolgt durch Ventile 7 oder B.
Durch an der Pumpe angebrachte Ventile 9 und 11 und durch eine zwischen diesen Ventilen angeordnete, durch einen Dreiweg hahn 12 steuerbare Rohrleitung 10 wird die Ladeluftstufe der Pumpe der Einblaseluft- stufe der Pumpe als Niederdruckstufe vorge schaltet; wenn der Dreiweghahn die gezeich nete Lage einnimmt; wird aber der Dreiweg hahn 12 aus der gezeichneten Stellung um <B>90'</B> im Sinne des Uhrzeigers verdreht und das Ventil 9 offen gehalten, so wird die Ladeluft durch Rohrstutzen 13 ein- und aus geschoben, und es wird keine Ladeluft ge fördert.
Bei einer Verdrehung des Dreiweg hahnes 13 aus der gezeichneten Stellung um 90 im entgegengesetzten Sinne des Uhr zeigers wird die Einblaseluft direkt in den Ringraum aus dem Freien angesaugt. Die Einblaseluftpumpe arbeitet dann mit einer einzigen Kolbenstufe, welche in der Regel genügt.
Die Überschiebung der erzeugten Einblase luft vom Kompressor in die Arbeitszylinder erfolgt durch eine Rohrleitung 14. Letztere ist mit der Überströmleitung 6 für die vom Kompressor erzeugte Ladeluft verbunden, und die Ventile 7 und 8 dienen nicht nur als Ladelufteinlassorgane, sondern auch als Brenn stoffeinlassorgane.
Der erforderliche Einblasedruck wird da durch erreicht, dass die Überschiebung der Ladeluft unter hohem Druck also am Ende des Verdichtungshubes erfolgt, was - durch entsprechendeKurbelversetzung erzielt werden kann. Die Leitung 6 ist dadurch nach der Überschiebungsperiode mit hochgespannter Ladeluft gefüllt, so dass bei der folgenden Überschiebung der von der Kolbenstufe er zeugten Einblaseluft ein genügend grosser Einblasedruck erreicht wird.
Four-stroke internal combustion engine with an injection air compressor. The invention relates to internal combustion engines which operate in four-stroke cycles and which operate with fuel injection and are equipped with the compressors used to generate injection air. The aim of the invention is to supply the working cylinders of such four-stroke machines with a greater charge than corresponds to the suction volume of the working cylinder.
The invention is that the injection air compressor generates injection air and separately from this charge air during a working cycle of the machine and that the injection air and the charge air are introduced into the working cylinder at different times. The advantages of such a working method are that it is carried out with the aid of the injection air compressor. which is already available on the machine, and that it is not necessary to arrange special auxiliary pumps that make the machine more expensive.
The movements of the compressor and working cylinder piston can easily be related to one another in such a way that the most favorable efficiency of the charging pump is obtained when charging the working cylinder.
The drawing illustrates the subject of the invention in three exemplary embodiments, namely Fig. 1 shows a single-cylinder machine with a single-stage compressor which supplies only part of the amount of charge air for the working cylinder, Fig. 2 is a two-cylinder machine with in the middle between the working cylinders the stage compressor, which supplies the entire amount of charge air for the working cylinder, with its loading strokes being controlled by valves of the working cylinder,
and FIG. 3 shows a two-cylinder machine with a stage compressor which is arranged at the end of the machine and which generates part of the charge air on the upstroke and the blown air on the downstroke.
In Fig. 1, 1 denotes the crankcase, 2 the working cylinder and 3 the compressor cylinder. With each pressure stroke, the compressor alternately generates the injection air required for combustion and the other time part of the charge air required for a work cycle. It is driven by rocker arm 4 and (jelenkstange 5; 6 is the intake valve of the compressor. The compressed air is conveyed via a pressure valve through a special line (not shown in the figure) to the injection point and via a second pressure valve 7 into the charge air line which is closed off from the cylinder by a valve 8.
The pressure stroke of the compressor that generates the injection air coincides with the compression stroke and the pressure stroke that generates the charge air coincides with the exhaust stroke of the machine. The portion of the charge air corresponding to the intake volume of the working cylinder is sucked into the working cylinder during the intake period.
The charge air compressed by the compressor is first pushed into the pipeline between valves 7 and 8, which acts like an expansion tank. At the beginning of the compression stroke in the working cylinder, the air flows over into the working cylinder with the valve 8 open. The start of shifting the charge air into the pipe acting as an intermediate container depends on the voltage of the charge air remaining in the pipe from the previous transfer. The capacity of the pipeline is expediently chosen to be so large that no harmful voltage fluctuations occur during the thrust in the container.
The overpressure remaining in the container after the transfer should practically not be greater than approximately 0.5 atm. his. The highest voltage in the compressor cylinder during the boost pressure stroke is then not significantly higher than approximately 0.5 Atrn. In the injection air pressure stroke following the charge air pressure stroke, since the second connection line with the working cylinder has only a small content and the harmful space is small,
the compression stress of the compressors naturally higher than the compression end stress in the working cylinder. The pushing of the blowing agent begins when the blowing agent has the highest pressure.
In the two-cylinder machine shown in FIG. 2, the compressor 1 is arranged in the middle between the two working cylinders 2 and 3. The working cranks 4 and 5 are in the same direction, while the compressor crank 6 is offset by 180 against the working cranks.
The compressor piston is step-shaped and generates the entire loading air through the larger bottom surface 7 and the injection air through the smaller step surface 8. The charge air is alternately transferred into cylinder 2 during one pressure stroke of the compressor and into cylinder 3 during a second pressure stroke. The shift begins in the lower dead position of the compressor piston and in the upper dead position of the working piston and is ended in the upper dead position of the compressor piston.
At the beginning of the displacement there is atmospheric pressure in the compressor cylinder and at the end of the displacement there is a higher pressure corresponding to the larger stroke volume of the compressor. Since each suction stroke of the working cylinder coincides with a pressure stroke of the compressor, the valves 9 and 10 of the working cylinder can be used simultaneously to control the overflow. The charge air is pushed directly into the working cylinder during the intake period and is under overpressure at the end of the intake strokes.
This pressure is higher, the greater the ratio of the compressor stroke volume to the suction volume of the working cylinder is selected.
The displacement of the compressor stage 7, which generates the charge air, is to be determined in such a way that the weight of the charge air is greater than the weight of the air corresponding to the intake volume of a working cylinder.
The pump chambers representing the two compression stages can be connected to one another in such a way that the charge air pressure stage simultaneously forms the low pressure cylinder of the injection compressed air stage. For this purpose, only the activation of an intermediate container is required, which can be shut off against the low pressure stage and against the high pressure stage by valves or the like, whereby the valve closing against the low pressure stage is opened during the pressure stroke of the piston 7 and the container is filled with charge air. while the valve closing off the high pressure stage opens stage 8 during the intake stroke, whereby the high pressure stage sucks in the charge air from the intermediate container.
If a corresponding closing organ is switched on in the connecting line between the two pressure stages, it is possible, if necessary, to deactivate the Verbundwir effect by appropriately adjusting this organ and to let each of the two stages act on its own. The charge air pressure then increases and the injection air pressure decreases.
In the two-cylinder machine illustrated in FIG. 3 with the working cylinders 1 and 2 and the stage compressor 3, part of the charge air is generated by the bottom surface of the piston and the injection pressure medium is generated by its step surface. With two successive pressure strokes, the charge air passes once into the working cylinder 1 and the other time into the working cylinder 2. The transfer takes place after the suction valve of the working cylinder that is charged after suction has been closed. The charge air supplied by the compressor is generated in the Pum pen room 4 and pushed through valve 5 into the overflow line 6.
The charge air is transferred to the two working cylinders through valves 7 or B.
Through valves 9 and 11 attached to the pump and through a pipeline 10 which is arranged between these valves and controllable by a three-way valve 12, the charge air stage of the pump is switched upstream of the injection air stage of the pump as a low pressure stage; when the three-way cock takes the gezeich designated position; but if the three-way valve 12 is rotated clockwise from the position shown and the valve 9 is kept open, the charge air is pushed in and out through pipe socket 13 and no charge air is produced ge promotes.
When the three-way valve 13 is rotated from the position shown by 90 in the opposite direction of the clock pointer, the air is sucked in directly into the annulus from the open air. The injection air pump then works with a single piston stage, which is usually sufficient.
The blown air generated from the compressor is pushed into the working cylinder through a pipe 14. The latter is connected to the overflow line 6 for the charge air generated by the compressor, and the valves 7 and 8 serve not only as charge air inlet organs, but also as fuel inlet organs.
The required injection pressure is achieved because the charge air is pushed over under high pressure, i.e. at the end of the compression stroke, which can be achieved by shifting the crank accordingly. The line 6 is thus filled with high-tension charge air after the overthrust period, so that a sufficiently high injection pressure is achieved during the subsequent overthrust of the injection air generated by the piston stage.