DE228997C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT,

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, bei welcher die Verbrennungsluft unmittelbar durch Verbrennungsprodukte eines früheren Hubes erhitzt wird. Es ist bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt, einen Teil der Auspuffgase im Zylinder zu belassen und zu diesen Auspuffgasen ein Gemisch von Luft und frischen Gasen hinzuzufügen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in

ίο den Arbeitszylinder zunächst frische Luft und gegen Ende des Saughubes oder zu Beginn des Verdichtungshubes Verbrennungsprodukte eines früheren Hubes eingeführt werden, worauf die Luft und die Verbrennungsprodukte durch den Arbeitskolben verdichtet werden und nach der Verdichtung Brennstoff eingespritzt wird. Hierdurch wird erreicht, daß in dem Zylinder zu Beginn der Verdichtung ein volles Zylindervolumen atmosphärischer Luft und außerdem ein gewisses Volumen heißer Auspuffgase enthalten ist. Das volle Volumen frischer Luft dient zur Sicherung einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffs, während das zusätzliche Volumen heißer Auspuffgase zur Erhitzung dieser Luft dient.

Die Erfindung ist sowohl bei Zweitakt- als auch bei Viertaktmaschinen anwendbar.

In Fig. ι der Zeichnung ist eine Ausführungsform der neuen Maschine schematisch dargestellt, und zwar handelt es sich hierbei um eine Viertaktmaschine.

Diese Maschine ist mit dem erforderlichen Zylinder und Kolben, mit einer Kurbelwelle, mit Ventilen usw. versehen. Die Luft wird bei dem ersten Auswärtshub des Kolbens c durch das Ventil b in den Zylinder α gesaugt und bei dem nächsten Einwärtshub verdichtet. Alsdann wird in diese Luft der Brennstoff durch ein geeignetes Ventil und.eine Einspritzvorrichtung, welche Teile nicht dargestellt und in üblicher Weise angeordnet sind, eingeführt und entzündet, so daß der Kolben beim nächsten Auswärtshub angetrieben wird. Während dieses Auswärtshubes,, und zwar gewöhnlich während seines letzten Teiles, wird den eine beträchtliche Spannung und Temperatur besitzenden Verbrennungsprodukten gestattet, , durch Auslaßkanäle e in einen Aufnehmer d zu entweichen, der durch diese Kanäle mit dem Z3'linder verbunden ist. Beim nächsten Einwärtshub des Kolbens c werden die Kanäle e wieder verschlossen. . Das Hauptauslaßventil f, welches gewöhnlich am Zylinderdeckel vorgesehen ist, wird dann geöffnet, so daß der Rest der Verbrennungsprodukte entweichen kann. Es wird wiederum Luft in den Zylinder gesaugt, bis die nach dem Aufnehmer d führenden Auslaßkanäle e geöffnet Werden, in welchem Falle, da der Druck im Aufnehmer d größer als im Zylinder α ist, die bei dem vorhergehenden Arbeitshub aufgenommenen heißen Produkte wieder in. den Zylinder a strömen und zu der Menge oder dem Gewicht der darin befindlichen Luft hinzugefügt werden, wobei diese Produkte gleichzeitig etwas von ihrer Hitze der Luft mitteilen und die allgemeine Temperatur des Zylinderinhalts erhöhen. Das Gasluftgemenge wird dann wie vorher während des Einwärtshubes in der Verbrennungskammer verdichtet. Dieses Gasluftgemenge wird am Ende des Verdichtungshubes eine hohe Spannung und eine Temperatur besitzen, welche

genügt, den flüssigen Brennstoff, welcher dann . eingespritzt wird, zu entzünden, um· den nächsten Arbeits-Auswärtshub herbeizuführen.

Um Druck und Temperatur dieses Gasluftgemenges zu regeln, ist ein Ventil g vorgesehen, welches am Ende eines Kanals angeordnet ist und so gesteuert wird, daß es sich an einem bestimmten Punkt des Verdichtungshubes,.

■ etwa nach einem halben Hub, öffnet, so daß

ίο eine Verbindung zwischen dem Zylinder a und einem Kanal oder, einer Kammer / hei> gestellt wird, die mit einem federbelasteten Rückschlagventil k versehen ist. Dieses Ventil k öffnet sich, wenn der Druck an dem erwähnten Punkt des Hubes höher als gewünscht ist, und läßt die Gase entweichen, bis der gewünschte Druck erreicht ist. Die Gase, welche durch das belastete Rückschlagventil k strömen, können durch ein Rohr oder einen Kanal m in das Auslaßrohr oder den Auslaßkanal η geleitet werden.

Die Endverdichtung kann dadurch geregelt werden, daß die Belastung des Rückschlagventils k mittels irgendeiner bekannten Vorrichtung verändert wird.

Bei diesem Arbeitszyklus und dieser Anordnung kann immer eine volle Menge und ein volles Gewicht kalter Luft in den Zylinder bis zu dem Punkt eingeführt werden, an welchem sich der Auslaßkanal e nach dem Aufnehmer d öffnet, und es wird zu dieser Menge so viel von den Produkten einer früheren verbrannten Ladung hinzugefügt, wie aus dem Aufnehmer d entweichen kann, bis der Gleichgewichtszustand hergestellt wird. Diese Auspuffprodukte enthalten immer etwas Luft oder Sauerstoff oder unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffverbindungen, welche zu der frischen Luftladung hinzugefügt und mit letzterer mehr oder weniger gemischt werden.

Der Aufnehmer d kann zum Anlassen, bevor die Maschine durch Verbrennung im Zylinder heiße Abgase erzeugt, mit Druckluft oder mit einem anderen, von außen kommenden Anlaßmittel gefüllt werden, das durch geeignete Mittel entweder im Aufnehmer oder vorher erhitzt wird. Diese heiße Luft wird im Aufnehmer durch einen von Hand oder mechanisch zu bewegenden Hahn oder ein Ventil zurückgehalten, durch welchen bzw. welches der Kanal e geschlossen wird. Der Aufnehmer kann auch zweckmäßig nach Art eines Kessels mit vielen Röhren eingerichtet oder innen mit einem oder mehreren Feuerzügen versehen sein, so daß die Luft im Aufnehmer durch eine ölflamme oder durch andere bekannte Mittel erhitzt werden kann. Um die Ausstrahlung zu verringern und die Hitze der Verbrennungsprodukte zurückzuhalten, kann der Aufnehmer d mit irgendeinem nichtleitenden Stoff bekleidet oder von Auspuffkanälen oder einem luftleeren Raum oder beiden umgeben sein.

Der nach dem Aufnehmer d führende Kanal e kann durch den Kolben c gesteuert werden, indem dieser Kanal an einer geeigneten Stelle des Zylinders α angeordnet wird, so daß er beispielsweise gegen Ende des Auswärtshubes des Kolbens c von diesem freigegeben wird, oder es kann der Kanal e erwünschtenfalls durch ein mechanisch angetriebenes Ventil gesteuert werden, so daß die Zeit des Austritts und Wiedereintritts der Verbrennungsprodukte geregelt werden kann. Ein mechanisch angetriebenes Ventil würde bei einer Zweitaktmaschine erforderlieh sein, wobei dieses Ventil so geregelt wird, daß es den Wiedereintritt der heißen Verbrennungsprodukt« nach dem Eintritt der frischen Luftladung gestattet. Bei Verwendung eines mechanisch angetriebenen Ventils brauchen die nach dem Aufnehmer führenden Auslaßkanäle nicht so nahe am Ende des Kolbenhubes angeordnet zu sein.

Fig. 2 ist- eine ähnliche schematische Darstellung wie Fig. ι und veranschaulicht eine andere Ausführungsform, bei welcher der Aufnehmer in Fortfall gekommen ist und die Auspuffgase aus einem Zylinder α unmittelbar in einen anderen Zylinder a¹ strömen, in welchen bereits eine Luftladung eingesaugt worden ist. Die Kolben c der beiden Zylinder bewegen . sich in gleicher Richtung. In einem Zylinder, beispielsweise im Zylinder a, findet ein Arbeitshub statt, während in den anderen, beispielsweise in dem Zylinder a¹, Luft eingesaugt wird. Am Ende jedes Arbeitshubes strömen die Auspuffgase durch einen Kanal e¹ unmittelbar aus einem in den anderen Zylinder.

Die auf diese Weise verbundenen Zylinder brauchen nicht nebeneinander zu liegen, sondern es können zwei beliebige, ein Paar bildende Zylinder von einer Anzahl von Zylindern miteinander verbunden sein, wie beispielsweise im Falle einer Sechszylindermaschine mit um 120 Grad versetzten Kurbeln oder einer Achtzylindermaschine mit um 90 Grad versetzten Kurbeln.

Die Maschine kann mittels Preßluft angelassen werden, wie bei dem Dieselmotor und anderen Maschinen, wobei das erforderliche Anlaßventil an einer geeigneten Stelle der Maschine angeordnet ist und durch einen Daumen angetrieben wird, der zu diesem Zweck in Wirkung gesetzt wird, oder es kann die Maschine durch andere Mittel angelassen werden.

Wenn eine gemäß der Erfindung eingerichtete Maschine gewöhnlich, mit schwereren Brennstoffen, wie Petroleumrückständen (bekannt als Brennstoff öl), betrieben wird, welche einen hohen Zündungspunkt, etwa bei 93⁰C, und ein hohes spezifisches Gewicht, etwa 0,9, besitzen, so kann es, um die ersten wenigen

Zündungen beim Anlassen zu erhalten und die . Maschinenteile anzuwärmen, wünschenswert sein, Brennstoff von leichterer und flüchtigerer Beschaffenheit, und zwar beispielsweise Petroleum, Paraffin oder Alkohol, zu verwenden, gleichgültig, ob eine äußere Zündvorrichtung, wie eine elektrische Zündvorrichtung, angeordnet ist oder die Hitze der Verdichtung benutzt wird, um die Zündung zu bewirken.

ίο Bei Anwendung eines Aufnehmers d kann dieser entweder aus einer Karnmer von unveränderlicher Aufnahmefähigkeit oder aus einem Zylinder d (Fig. 3) bestehen, der mit einem Kolben r versehen ist, so daß. die Aufnahmefähigkeit dieses Zylinders durch Änderung der Stellung seines Kolbens verändert werden kann. Ferner kann ein derartiger Kolben gegen ein Luftkissen oder gegen eine Feder s, wie in Fig. 3 dargestellt, wirken, so

ao daß sich der Rauminhalt des Aufnehmers selbsttätig vergrößern oder verringern kann, um sich der Menge und dem Druck der in . den Aufnehmer entweichenden Verbrennungsprodukte anzupassen.

Ist kein mechanisch angetriebenes Ventil zwischen dem Zylinder und dem Aufnehmer angeordnet, so muß der beim Arbeitszylinder einer einfachwirkenden . Maschine verwendete Kolben c den nach dem Aufnehmer führenden Kanal e während des Einwärtshubes geschlossen halten, um die heißen Gase in dem Aufnehmer zurückzuhalten.

Bei doppeltwirkenden Maschinen kann der Kolben solche Proportionen erhalten und die Kanäle. können so ausgebildet und angeordnet sein, daß der Aufnehmer an jeder Seite des Kolbens zur richtigen Zeit geöffnet wird.

Fig. 4 ist eine ähnliche schematische Darstellung wie Fig. ι und veranschaulicht eine gemäß der Erfindung ausgebildete Zweitaktmaschine. ■

Die Zylinderwandung ist mit einem Kanal 1 versehen, während der Kolben einen Kanal 2 besitzt, welcher während des Kolbenhubes mit dem Austrittsende des Kanals 1 .in Verbindung gebracht werden kann, so daß die beiden Endteile des Zylinders in Verbindung gebracht werden. Der Kolben ist auch mit einem Kanal 3 versehen, durch den während des Kolbenhubes das obere Ende des Zylinders mittels des Kanals e mit dem Aufnehmer d in Verbindung gebracht werden kann.

Die Anordnung der verschiedenen Kanäle ist so getroffen, daß gegen Ende des Arbeitshubes durch die Kanäle 1 und 2 Luft unter Druck aus dem Zylinderraum unter dem Kolben in den Zylinderraum über dem Kolben geleitet wird, nachdem der nach dem Aufnehmer d führende Kanal e durch den Kolbenkanal 3 geöffnet und wieder geschlossen ist und auch nachdem die nicht in dem Aufnehmer aufgefangenen Verbrennungsgase durch das Auslaßventil f. entwichen sind, wobei die Verbrennungsgase durch die eintretende frische Luft ausgefegt werden. Der nach dem Aufnehmer führende Kanal β wird dann wieder geöffnet, so daß durch den Kolbenkanal 3 ein Teil der vorher in dem Aufnehmer aufgefangenen, erhitzten Verbrennungsgase in den Zylinder geleitet wird. Anstatt wie bei der dargestellten Anordnung kann der Auslaßkanal nach dem Boden des Zylinders hin verlegt werden, und es kann am Oberteil des Zylinders eine mit einer Pumpe, verbundene Luftleitung münden.

Eine gemäß der Erfindung eingerichtete Maschine kann natürlich mit jedem Grad von Verdichtung betrieben werden, beispielsweise mit 30 bis 35 Atm. am Ende des Verdichtungshubes, wie bei dem bekannten Dieselmotor. Unter gewissen Bedingungen kann jedoch auch eine genügend hohe Temperatur, um eine Entzündung des eingeführten Brennstoffs herbeizuführen, bei einem niedrigeren Druck erzielt werden, beispielsweise bei 15 Atm. oder bei noch geringerem Druck, so daß es möglich ist, die Maschine leichter und unter geringeren Kosten herzustellen.

Die.Maschine wird durch die Menge des eingespritzten Brennstoffs geregelt, so daß die Verbrennung bei jedem Arbeitshub stattfindet.

Anstatt daß man die Gase durch das belastete Rückschlagventil k in die Atmosphäre strömen läßt, kann die Einrichtung getroffen sein, daß die Gase durch dieses Ventil in einen Behälter strömen, in welchem die Gase unter Druck aufgespeichert werden können, um beim Anlassen oder zu anderen Zwecken verwendet werden zu können.

Die Zeit des öffnens des mechanisch angetriebenen Ventils g und die Dauer des öffnens dieses Ventils kann von Hand oder durch einen Regler oder durch beide Mittel verändert werden, so daß der Druck und die Menge der Gase, welchen das Entweichen in den.Behälter oder in die Atmosphäre gestattet wird, geändert werden kann.

Am Aufnehmer d kann ein Rückschlagventil 5 (Fig. 1) angeordnet sein.

In Fig. 5 ist eine Maschine schematisch dargestellt, welche mit zwei Zylindern α und a¹ und einem gemeinsamen Aufnehmer d versehen ist, in welchen die Verbrennungsprodukte aus beiden Zylindern strömen. Durch jedes mechanisch angetriebene Ventil g strömen die Gase in den Aufnehmer i, nachdem sie ein am oberen Teil des Aufnehmers d angeordnetes, gemeinsames, belastetes Rückschlagventil k durchströmt haben. Dieser Aufnehmer d ist, wie bei den anderen Ausführungsformen, mit einem besonderen Rückschlagventil 5 versehen.

Eine gemäß der Erfindung eingerichtete Maschine kann in manchen Fällen mit einem nach Art eines Dieselmotors wirkenden Zylinder von kleinem Durchmesser und einem anderen Zylinder von größerem Durchmesser, in welchen die Verbrennungsprodukte aus dem kleinen Zylinder überströmen, versehen sein. Bei einer solchen Einrichtung muß die Brennstoffladung in dem kleineren Zylinder etwas

ίο groß sein, damit ein hoher Enddruck erzielt werden und eine genügende Menge heißer Gase zur Verfügung stehen kann, um zu den gewünschten Zeiten in den großen Zylinder zu. strömen.

Mit Rücksicht auf die Geschwindigkeit, mit welcher die Verbrennungsprodukte ihre Hitze

■ verlieren, wobei eine Kontraktion der Gase und eine Kondensation des Dampfes eintritt, ist es erforderlich, einen Behälter, in welchem diese Verbrennungsprodukte zeitweilig aufgespeichert werden, auf einer genügend hohen Temperatur zu erhalten, um diese Neigung zu verhindern oder zu verringern. Aus diesem Grunde ist die in Fig. 2 dargestellte Anordnung der Maschinenzylinder vorzuziehen, bei welcher keine Aufspeicherungsperiode vorkommt, da die heißen Produkte beim Ausströmen aus dem einen Zylinder unmittelbar in den anderen Zylinder gelangen.

Von den durch die Erfindung erzielten Vorteilen seien die folgenden erwähnt: Die erforderliche Temperatur wird erreicht, ohne daß eine so hohe Verdichtung hervorgerufen wird, daß der freie Raum zwischen dem KoI-ben und dem Zylinderdeckel einen verhältnismäßig größeren Prozentsatz des ganzen Hubraumes des Kolbens bildet, und es wird, wenn der freie Raum oder die Verbrennungskammer denselben Durchmesser wie der Zylinder besitzt, die. Tiefe der heißen Luftmenge größer sein, wodurch die richtige Verteilung des Brennstoffs durch die heiße Luft erleichtert wird. Ferner wird die frische Luftladung in den Zylinder eingesaugt oder eingeführt, bevor den Auspuffgasen gestattet ist, einzutreten oder wiedereinzutreten, so daß der Druck der Luft ein wenig gesteigert wird, bevor die Hauptverdichtung durch den Kolben stattfindet. Der Hauptzweck der Einführung der Verbrennungsgase besteht jedoch darin, die Temperatur der Luft vor der Verdichtung zu steigern.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Verbrennungskraftmaschine, bei weleher die Verbrennungsluft unmittelbar durch Verbrennungsprodukte eines früheren Hubes erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in den Arbeitszylinder zunächst frische Luft und gegen Ende des Saughubes oder zu Beginn des Verdichtungshubes Verbrennungsprodukte eines früheren Hubes eingeführt werden, worauf die Luft und die Verbrennungsprodukte durch den Arbeitskolben verdichtet werden und nach der Verdichtung Brennstoff eingespritzt wird.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Arbeitshubes die Verbrennungsprodukte in einen Aufnehmer (d) entweichen, aus welchem sie am Ende des Saughubes oder am Anfang des Verdichtungshubes in den Zylinder strömen.

3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck und die Temperatur des Zylinderinhalts am Ende des Verdichtungshubes durch ein einstellbares, belastetes Rückschlagventil (k) geregelt werden, und daß zur Verhinderung des Entweichens von Verbrennungsgasen während des Explosionshubes zwischen diesem Rückschlagventil (k) und dem Zylinder ein gesteuertes Auslaßventil (g) angeordnet ist, welches nur während eines bestimmten Teiles des Verdichtungshubes geöffnet wird, so daß zeitweilig eine Verbindung zwischen dem Zylinder und dem Rückschlagventil (k) hergestellt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.