DE182528C

DE182528C -

Info

Publication number: DE182528C
Application number: DENDAT182528D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46«. GRUPPE

Verbrennungskraftmaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. September 1904 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher ohne besondere Luftpumpe in die verdichtete Arbeitsluft im Zylinder oder Verbrennungsraum Brennstoff oder sonst beliebige gas-, dampfförmige, auch feste Stoffe für sich allein oder mit anderen Stoffen gemischt eingeführt und verteilt werden. Bekanntlich besitzen die meisten im Zweitakt arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen mit einem, den Lufteinlaß und den Auspuff steuernden Arbeitskolben an letzterem gegenüber den Lufteinlaßschlitzen einen »Ablenker« für die Richtung der durch jene Schlitze im Expansionshubende in den Zylinder einströmenden Spül- und Ladeluft. Dieser Ablenker zieht sich quer über den Kolbenboden wie eine Sehne im Kreise, wie die Fig. 1, Ansicht des Kolbenbodens, zeigt.

Der Gegenstand der Erfindung besteht nun darin, daß jener Ablenker zu einem steuernden Organ ausgebildet ist, zum Zweck, wie eine Scheidewand wirkend, gegen Verdichtungshubende den Zylinderraum über dem Kolbenboden in zwei Räume so zu scheiden, ■ daß in dem einen Raum eine stärkere Verdichtung der Luft entsteht als in dem anderen. Der' so erzeugte Druckunterschied wird . alsdann benutzt, um z. B. Brennstoff in den Raum mit niederem Druck einzuführen.

Die Fig. 2 (Vertikallängsschnitt) und 3 veranschaulichen eine derartige Zweitaktmaschine. Es bedeuten hier: \ den Arbeitszylinder, k den Arbeitskolben mit Ablenker 7, ^¹ den geschlossenen Kurbelraum oder die Kurbelkammer mit Luftsaugeventil ^², f den von der Kurbelkammer zu dem Lufteinlaßschlitz e führenden Verbindungskanal, α den Auspuffschlitz, b den Verbrennungsraum im Zylinderdeckel y, u einen anderen Raum, der vom Verbrennungsraum b abgeschnitten wird, so-· bald der Ablenker / an der ihm parallelen Kante c kurz vor Hubende vorbeistreicht, d eine Brennstoffdüse, d^l deren Düsenhalter, s den Ausgleichkanal zwischen Raum u, Düse d und Verbrennungsraum b, r den Regler, der einen Drosselhahn h verstellt und damit auf die durch Leitung ρ der Düse d zufließende Brennstoffmenge einwirkt.

Der Arbeitsgang der Maschine ist (nun) folgender:

Beim Expansionshube des Kolbens Ic (Fig. 2), aus der gezeichneten Stellung nach rechts gehend, verdichtet derselbe wie üblich die im Kurbelraum ^¹ eingeschlossene Luft. Gegen Hubende wird der Auspuffschlitz α freigelegt, so daß hier die Verbrennungsgase auspuffen können. Gleichzeitig wird der Lufteinlaßschlitz e geöffnet und die im Kurbelraum ^¹ verdichtete Spül- und Arbeitsluft strömt durch den Kanal/ und den Einlaßschlitz e in den Arbeitszylinder \ in Richtung nach dem Zylinderdeckel^, wobei dieser Luftstrom durch den Ablenker Z geleitet wird. Die Verbrennungsgase werden hierbei vollkommen aus dem Zylinder \ und durch den Auspuffschlitz a ausgefegt.

Beim folgenden Verdichtungshube (nach links) saugt der Kolben k auf der Kurbel seite bei geöffnetem Luftsaugeventil \² frische Luft in den Kurbelraum ^¹ und verdichtet auf der Zylinderdeckelseite die im Zylinder zwischen Kolbenboden und Zylinderdeckel y _v befindliche Luft. Kurz vor Verdichtungs-

JL

hubende (Fig. 3), wenn der Ablenker / mit seiner inneren (unteren) Kante seiner ganzen Länge nach quer durch den Zylinder an der ihm parallelen Kante c des Zylinderdeckels ankommt, werden die bisher gegeneinander offenen Räume u und b durch den Ablenker / wie durch ein Schieberventil gegeneinander abgesperrt, und da sich beim weiteren Vorgange des Kolbens k bis Hubende die parallelen schrägen Flächen des Kolbens und des Zylinderdeckels, welche in der Zylinderachsenrichtung den Raum u begrenzen, bis auf einen geringen Spielraum nähern (Fig. 2), wird die in dem Raum u eingeschlossene. Luft hoch verdichtet, und zwar über den Druck der im Raum b eingeschlossenen Hauptmenge der Arbeitsluft hinaus. Ein Teil dieser hoch verdichteten Luft wird durch den Spielraum, d. h. den Spalt zwischen dem Ablenker / und dem Ansatz c des Zylinderdeckels nach dem Raum b entweichen — der Spielraum muß aus Betriebs- und Konstruktionsrücksichten bestehen —, der andere größere Teil nimmt seinen Weg durch den Ausgleichkanal s durch die Düse d, nach dem Verbrennungsraum b. Da im Expansionshubende beispielsweise durch hydrostatischen Druck von einem hoch aufgehängten Brennstoffgefäße durch die Rohrleitung ρ eine vom Regler r mittels des Drosselhahnes h zugemessene Brennstoffmenge über dem unter der Düse sichtbaren Rückschlagventil eingeführt und abgelagert worden war, reißt die aus dem' Raum u durch den Ausgleichkanal s und durch die Düse d strömende Luft diesen Brennstoff in an sich bekannter Weise mit und bläst ihn in den Verbrennungsraum b ein, wo sich je nach der Temperatur bezw. Verdichtung von selbst oder am Zünder das infolge jener Einblasung gebildete Gemisch entzündet und die gewünschte Explosion erzeugt.

Fig. 4 stellt eine Abänderung der Maschine dar. In dem Arbeitszylinder bewegt sich der Arbeitskolben k mit Ablenker /. e ist ein Lufteinlaßschlitz, α ein Auspuffschlitz, b der im Zylinderdeckel angeordnete Verbrennungsraum, u ist ein anderer Raum, der vom Raum b abgeschnitten wird, sobald der Ablenker / an der ihm parallelen Kante c kurz vor Hubende vorbeistreicht, ρ ist ein beliebig gestaltetes Einlaßorgan für den Brennstoff, unter dessen Mündung in der Verbrennungskammer b event, eine Schale 0 zur Aufnahme des Brennstoffes angeordnet sein kann.

Der Arbeitsvorgang ist im allgemeinen derselbe wie bei der ersten Maschine. Kurz vor Verdichtungshubende, wenn der Anker / mit seiner Kante seiner ganzen Länge nach quer durch den Zylinder an der ihm parallelen Kante c des Zylinderdeckels ankommt, werden die bisher gegeneinander offenen Räume b und u durch den Ablenker / wie durch ein Schieberventil gegeneinander abgesperrt. Hierdurch wird die in dem Raum u eingeschlossene Luft über den Druck der im Verbrennungsraum b eingeschlossenen Hauptmenge der Arbeitsluft hinaus verdichtet. Ein Teil dieser Luft entweicht durch den Spalt zwischen dem Ablenker / und der Kante c des Zylinderdeckels nach dem Verbrennungsraum b, während der andere Teil seinen Weg durch den Ausgleichkanal s nimmt und. dann in den Verbrennungsraum b gelangt. Die im Expansionshube durch irgend welche Mittel zugeführte Brennstoffmenge kommt durch die Rohrleitung ρ und wird event, in der Schale 0 abgelagert, so daß sich die durch den Kanal s zuströmende Luft mit diesem Brennstoff mischen kann. Liegt dieser Ausgleichkanal s so wie der punktierte Kanals¹ in Fig. 4, so kann die überströmende Luft gleichzeitig dazu dienen, den in der Schale ο abgelagerten Brennstoff herauszuwirbeln und sich mit ihm innig zu mischen. Im Verbrennungsraum b erfolgt dann je nach Temperatur bezw. Verdichtung von selbst oder durch einen Zünder die Entzündung des Gemisches.

Die Ausbildung der Erfindung kann auch in der aus Fig. 5 ersichtlichen Art und Weise geschehen. Hier liegt der Verbrennungsraum b nicht, wie in Fig. 4 seitlich zum Kolben, sondern beispielsweise in der gleichen Richtung wie dieser. Der Brennstoff, der im Expansionshubende oder während der Verdichtung oder auch erst kurz vor Verdichtungshubende durch Ventil ν mittels einer (nicht gezeichneten) Brennstoffpumpe gedrückt wird, wird hier von der aus dem Raum u durch den Ausgleichkanal s strömenden Luft nach dem Verbrennungsraum b geblasen. Die Zerstäubung kann beispielsweise noch gefördert werden durch einen zweiten Ausgleichkanals¹, der hier senkrecht zum Haupteinblasestrahl mündet.

Der den Gegenstand der Erfindung bildende »steuernde Ablenker« läßt sich auch bei Viertaktmaschinen anwenden.

Fig. 6 stellt die Anordnung für eine solche Viertaktmaschine im Horizontalschnitt beispielsweise dar. Ähnlich wie bei der eben erläuterten Zweitaktmaschine trägt auch hier der sich im Zylinder bewegende Arbeitskolben k eine Leiste /, die wie eine Kreissehne quer über die ganze Fläche des Kolbenbodens geht, die aber niedriger ist, da sie nicht mehr als Ablenker der Spülluft, sondern nur noch als steuerndes Organ ausschließlich zu dienen hat. Im. Verdichtungshubende wie in Fig. 6 dargestellt, trennt die Leiste /, indem sie in einen ihr parallelen Schlitz c im Zylinderdeckel eintritt, den Zylinderraum vor dem Kolben h in zwei Räume u

Q ?

und b^l, wobei angenommen ist, daß sich der Verbrennungsraum b^l seitlich im Zylinder befindet. Im Raum u erfolgt gleichfalls eine Überverdichtung, so daß die Luft von hier aus durch den Ausgleichkanal s in den Verbrennungsraum b¹ strömt. Hierbei ist die Brennstoffleitung ρ so gelagert, daß sie in den Ausgleichkanal s mündet, wobei an der Mündung ein nötigenfalls gesteuerter Hahn h

ίο angebracht ist. Der aus der Brennstoffleitung ρ kommende Brennstoff wird durch die überströmende Luft mitgerissen und in den Verbrennungsraum b^l getrieben, wobei sich Luft und Brennstoff innig miteinander mischen.

An Stelle des Hahnes h kann in der Brennstoffleitung auch ein Ventil liegen, so daß z. B. der Brennstoff mittels Pumpe in dem Augenblick, wo die Leiste I in die Nut c tritt, in den Ausgleichkanal s gedruckt wird und die überströmende Luft den Brennstoff mit nach dem Verbrennungsraum reißen muß.

Die Anordnung in Fig. 7 ist bezüglich der

Leiste / und der Nut c die Vertauschung von Patrize und Matrize aus Fig. 6, die Leiste / ist am Zylinderdeckel, die Nut c im Kolben k. Der Brennstoff wird bei im Viertakt arbeitenden Maschinen während des Saugehubes des Kolbens k, oder, wenn die Maschine im Zweitakt arbeitet, während der Spülperiode aus der Brennstoffleitung durch das event, gesteuerte Ventil ν in der Düse d abgelagert. Durch die vor Verdichtungshubende des Kolbens k von Raum u in den Verbrennungsraum b einströmende Luft wird der Brennstoff aus der Düse d in diesen Raum eingeblasen. An Stelle der Düse kann auch ein zweites Ventil, das durch die einströmende Luft geöffnet wird, zur Anwendung kommen. Verbreitert man die Leiste über das ganze von ihr und dem zugehörigen Kreisbogen (Teil des Kolbenumfanges) eingeschlossene Segment, dann entsteht die Anordnung der Fig. 8.

Bei dieser Anordnung ist g ein segmentartiger Stufenaufsatz des Kolbens k, der durch Vorbeistreichen seiner der Zylinderachse zugewandten Seitenwand an der Kante c dieselbe Wirkung hervorruft, wie der Ablenker oder die Leiste bei den übrigen Ausführungs formen. Hierbei mündet die mit dem Ventil ν abschließende Brennstoffleitung in den Überströmkanal s, wobei dieser Überströmkanal zur Ablagerung des Brennstoffes nötigenfalls eingerichtet ist, etwa wie dies die Zeichnung erkennen läßt. Im Verbrennungsraum b selbst kann der Brennstoffstrahl auf gekühlte, wärmeisolierende oder besonders beheizte Wände, z. B. auf die Prallwand n> treffen.

Die Fig. 9 entsteht aus der Anordnung der Fig. 8, ähnlich wie die Fig. 7 aus Fig. 6. Der segmentartige Stufenaufsatz g liegt am Zylinderdeckel, das entsprechende Gegenstück, die Matrize, mit der steuernden Kante η am Kolben k. Die Arbeitsweise ist die gleiche wie oben. Es tritt gegen Hubende eine stärkere Verdichtung im Raum u ein gegenüber der im Raum b und demnach ein Druckunterschied, der sich beispielsweise statt durch einen besonderen Ausgleichkanal durch den Spielraum zwischen dem Ansatz g des Zylinderbodens und der Fläche η des Kolbens ausgleicht. Die durch diesen Spalt von Raum u nach Verbrennungsraum b gedrückte Luft reißt Brennstoff mit, der ihr von der Leitung ρ mittels Pumpe oder auf andere Weise zugeführt wird.

In Fig. 10 ist der segmentartige Stufenaufsatz g des Kolbens k mehrstufig oder treppenartig ausgebildet und dementsprechend auch die Kanten der Matrize im Zylinderdeckel. Die Arbeitsweise ist genau die gleiche.

Wie Fig. [ ι erkennen läßt, kann der Ausgleichganal s auch im Kolben k selbst sich befinden, während im übrigen die Ausbildung des Ablenkers bezw. der Leiste in einer der beschriebenen oder ähnlichen Ausführungsformen erfolgt. Hierbei kann der Ausgleichkanal s so in den Verbrennungsraum b münden, daß der dadurch erzeugte Luftstrahl an der Brennstoffdüse d vorbeistreicht und den hier zugeführten Brennstoff zerstäubt und im Verbrennungsraum b herumwirbelt.

Der Verbrennungsraum b kann die verschiedensten Formen und Lagen haben, wie dies schon beispielsweise in den Figuren angedeutet ist. Er kann kugelförmige, zylindrische, prismatische oder sonstige Hohlkörper darstellen. Er kann im Zylinder, Zylinderdeckel, selbst im Kolben angebracht sein, seitlich, achsial usw.; er kann ganz oder teilweise gekühlt sein durch Wasser oder Luft, er kann beheizt werden, z. B. beim Anlassen der Maschine. Es können mehrere Verbrennungsräume vorhanden sein für einen Zylinder oder mehrere Zylinder für einen Verbrennungsraum.

Der Ausgleichkanal s kann mehrfach und in verschiedenen anderen Lagen als dargestellt, angeordnet sein, in den verschiedensten Richtungen in den Verbrennungsraum b münden; sind mehrere Ausgleichkanäle vorhanden, dann braucht z. B. nur einer den Brennstoff zu führen, der andere nur Luft, dabei werden sie zweckmäßig so gelegt, daß ihre Strahlen aufeinander prallen.

In dem Ausgleichkanal s, an jeder Stelle desselben oder in der Düse d können mechanisch gesteuerte oder von der aus dem Raum u kommenden Luft aufgedrückte Ventile (Hähne, Schieber) eingebaut sein, z. B.

zum Zweck, den Brennstoff festzuhalten oder, um nach der Explosion ein Rückströmen von Luft aus Raum b nach Raum u zu verhindern, oder auch, wenn sie im Auspuffhubende des Viertaktes geschlossen gehalten werden, um ein Durchströmen von Auspuffgasen durch Kanal s zu verhindern.

Die Zeit der Einführung des Brennstoffes kann während des einzelnen Arbeitsspieles

ίο eine beliebigs sein, jedoch so, das im Augenblick, wo die Luft aus dem Raum u nach dem Verbrennungsraum b getrieben wird, der Brennstoff ihr richtig zum Mitreißen dargeboten ist.

Der Brennstoff kann in den Raum u eingeführt werden gegen Verdichtungshubende, so daß er mit der Luft des Raumes u, sei es durch Ausgleichkanäle oder den Spielraum an der Leiste, dem Ablenker u. dgl.

nach dem Verbrennungsraum mitgerissen wird, in zerstäubtem, verdampftem oder vergastem Zustande.

Der Ausgleichkanal kann gekühlt oder durch die Verpuffungswärme oder besondere Heizmittel in mannigfacher Weise erhitzt werden, so daß entweder nur die überströmende Luft oder nur der Brennstoff oder beide erwärmt werden.

Es braucht auch nicht der gesamte Brennstoff vor Hubende nach dem Verbrennungsraum b eingeblasen werden, es kann vielmehr ein Teil desselben oder aller Brennstoff erst nach Hubwechsel, wenn durch den Ausgleichkanal bezw. Spielraum eine Strömungsumkehr eintritt, nach dem Raum u getrieben werden.

Die Anordnung kann auch dazu dienen, in ein fertiges Gemisch von Luft und Brennstoff, welches nicht selbstentzündlich ist, Zu-Satzbrennstoff einzublasen, um das Gemisch anzureichern oder selbstentzündlich zu machen; dabei können gleichzeitig verschiedene Arten von Brennstoff angewandt werden.

Mittels der neuen Anordnung können auch Wasser, Wasserdampf und sonstige Stoffe eingeblasen werden zu verschiedenen Zwecken (z. B. der Regelung).

Die Zündung kann auf verschiedene Art erfolgen. Es kann eine elektrische Kerzenzündung", Magnetzündung, Glührohrzündung usw. wie üblich benutzt werden. Auch ein Vergaser kann als Zünder wirken. Ist der Ausgleichkanal s als Röhre außerhalb des Zylinders herum von Raum u nach Raum b bezw. Düse d geführt, dann kann auch Kanal 5 durch Beheizen bezw. Glühendmachen der Zündung vermitteln; auch durch Einführen glühender Körper, durch pyrophorisch oder katalytisch wirkende Stoffe kann die Zündung besorgt werden. Ist die Verdichtung bezw. Selbsterwärmung der Maschine eine genügend hohe, dann tritt Selbstzündung auf und die obigen Arten von Zündung dienen nur zum Anlassen oder bei kalter Maschine.

In. verschiedenen Fällen empfiehlt es sich, den Brennstoff bezw. das Brennstoffluftgemisch in dem Raum b auf eine heißgehaltene Prallwand u. dgl. auftreffen zu lassen, die dann, wie in Fig. 8, gleichzeitig zur Leitung 70 ■ des Brennstoff Strahles dienen kann. Ist diese Prallwand (von übrigens beliebiger Form) zum Auswechseln, Herausnehmen eingerichtet, dann kann sie vor dem Anlassen glühend gemacht werden und zum Zünden dienen.

Die Mündung des Ausgleichkanales s nach dem Verbrennungsraum b bezw. die Düse d können als Streudüsen, injektorartige Düsen, Düsen nach Art der Zweilochbrenner, Düsen mit Prallstiften, mit versetzten Scheidewänden usw. ausgebildet werden, zum Zweck des guten Zerstäubens und Mischens des Brennstoffes mit der aus Ausgleichkanal 5 kommenden Luft wie auch mit der im Raum b enthaltenen Luft. Derartige Organe können auch außerhalb der Düse liegen.

Die Zuführung des Brennstoffes in den Verbrennungsraum, z. B. in die Düse d kann durch eine Pumpe oder sonstiges Druckmittel, durch hydrostatischen Druck eines hochgehängten Brennstoffgefäßes erfolgen; arbeitet die Maschine nach dem Viertakte, dann kann während des Saughubes der Kolben den nötigen Brennstoff ansaugen.

Die Form des steuernden Ablenkers, der Leiste, des Stufenaufsatzes, allgemein der steuernden Scheidewand, kann eine sehr verschiedene sein, obgleich für die Praxis nur die geradlinige Form der Scheidewand zweckmäßig erscheint. So wird durch die Fig. 12, 13, 14 und 15 veranschaulicht, daß die Scheidewand x, sei es in ihrer Form als Ablenker, als Leiste, als Stufenaufsatz, auch durch beliebig gekrümmte und gebrochene Flächen, oder auch als Leiste gebildet werden kann. Alle Ausführungsformen der Einzelorgane, wie sie in den Figuren im Zusammenhange dargestellt und zu denselben beschrieben sind, können in den verschiedensten Zusammenstellungen unter sich variiert und kombiniert werden. Endlich kann die Maschine liegend, stehend, einfach und doppelt wirkend, in Reihenanordnung usw. gebaut sein.

Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheidewand am Kolben- bezw. Zylinderboden, welche ein- oder beiderseitig durch die Zylinder- bezw. Kolbenmantelfläche begrenzt ist, erst kurz vor dem Verdichtungshubende an einer

ihr parallelen, gleichfalls von dem Zylinder bezw. Kolbenmantel begrenzten Fläche vorbeigeht und dabei, wie ein Steuerschieber wirkend, den Verdichtungsraum des Zylinders in zwei Räume von ungleichem Verdichtungsgrade teilt, so daß durch den so erzeugten Druckunterschied zwischen beiden Räumen in bekannter Weise das Einspritzen von Brennstoffen, Gasen, Dämpfen, Flüssigkeiten in den einen der genannten Räume erfolgt.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand als segmentartiger Stufenteil am Kolbenboden bezw. Zylinderboden ausgebildet und mit einer entsprechenden Gegenform am Zylinder- bezw. Kolbenboden versehen ist.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand als sektorartiger Stufenteil am Kolben- bezw. Zylinderboden ausgebildet ist und eine entsprechende Gegenform am Zylinderboden besitzt.
4. Verbrennungskraftmaschine nach An-Spruch I, gekennzeichnet durch eine Leiste am Kolbenboden und entsprechende Nut als Gegenform am Zylinderboden.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch I, gekennzeichnet durch eine Leiste am Zylinderboden und entsprechende Nut als Gegenform am Kolbenboden.
6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand zur Ablenkung der Gase bei steuerndem Kolben gewölbt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.