DE2525563A1

DE2525563A1 - Kolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2525563A1
Application number: DE19752525563
Authority: DE
Inventors: Richard James
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-10
Filing date: 1975-06-07
Publication date: 1975-12-18
Also published as: GB1482376A; CA1024897A; US3910238A; JPS598649B2; IT1038847B; FR2273949A1; JPS5110211A

Description

6. Juni 197:5

Gzk/goe RICHARD JAMES

Kolben-Brennkraftmas chine.

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Brennkraftmaschine mid insbesondere eine Verbesserung der Kolben-Brennkraftmaschine₄ wie sie in der US-PG 3,338,137 beschrieben ist, sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Maschine.

Man hat seit langem erkannt, daß bei Brennkraftmaschinen mit Funkenzündung die Stärke des Gemisches im Hauptteil der Verbrennungskammer wesentlich herabgesetzt werden könnte, wenn ein reicheres Gemisch in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zündkerze im Zeltpunkt der Zündung vorgesehen werden könnte. Sobald eine sich selbst fortpflanzende Flamme an der Zündstelle erzeugt wurde, breitet sie sich über den übrigen Teil der Verbrennungskammer aus, unabhängig von der Tatsache, daß die Mischungsstärke wesentlich geringer sein kann als die, die zum Erzielen einer Verbrennung in einer herkömmlichen Kolben-Brennkraftmaschine erforderlich ist. Sie Harry R. Ricardo, ein maßgebender Fachmann auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen, führt in dem Buch "High Speed Internal Combustion Engines" auf Seite 15 aus:

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"Es ist jedoch klar, daß man bei der Anwendung von Brennstoffeinspritzung oder anderen Maßnahmen, wenn man eine reichere Mischung in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zündkerze erzielen könnte, eine sehr erhebliche Verringerung der Stärke des Gemisches im Hauptteil der Verbrennungskammer zulassen könnte und somit den Gemischbereich zu der ärmeren Seite hin ausdehnen könnte, denn entscheidend ist nur die Mischlings stärke in dem kleinen Bereich der Füllung, der den Kern der Zündung bildet, sowie in dessen unmittelbarer Umgebung. Sobald eine sich selbst erhaltende Flamme ausgebildet ist, breitet sie sich über den übrigen Teil der Kammer aus, auch wenn die durchschnittliche Mischungsstärke wesentlich ärmer ist als die für den anfänglichen Zündkern erforderliche. Mit anderen V/orten, wenn man durch eine Schichtung einen kleinen Teil einer verhältnismäßig reichen Mischung im Bereich der Zündkerze abteilen könnte, könnte man den Rest der Mischung sehr viel ärmer machen als dies anderenfalls möglich wäre. Mit diesen Maßnahmen hat es sich als möglich erwiesen, eine Zweitakt-Brennkraftmasehine mit Brennstoffeinspritzung und Funkenzündung mit einer durchschnittlichen Mlschungsstärke von nur 60% von der für eine vollständige Verbrennung notwendigen Mischungsstärke zu betreiben, so daß man einen sehr hohen thermischen Wirkungsgrad erhielt."

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Wie man aus dieser Darlegung sieht, läßt sich ein geringerer Brennstoffverbrauch und ein höherer thermischer Wirkungsgrad der Maschine erreichen, wenn diese Maßnahmen erfolgreich durchgeführt werden können. Außerdem erreicht man eine viel vollständigere Verbrennung des Kraftstoffes, wodurch die Abgabe von Verunreinigungen im Abgas wesentlich verringert wird.

Dieses Ziel wird zwar schon lange angestrebtj. hat sich Jedoch bisher bei herkömmlichen Kolben-Brennkraftmaschinen als nicht ausführbar erwiesen, was insbesondere auf die Turbulenz zurückzuführen ist, die in dem Kraftstoffgemisch während des Verdichtungshubes auftritt. Diese Turbulenz hat es unmöglich gemacht, eine stabile Gaszone in dem Bereich der Zündkerze im Zündzeitpunkt aufrechtzuerhalten» Es gibt eine Anzahl von Patenten, die Kolben-Brennkraftmaschinen betreffen mit kleinen Brenn-Vorkammern, die in Verbindung mit den Zylindern der Brennkraftmaschine stehen und in denen ein reiches Kraftstoffgemisch gezündet wird. Diese Maßnahmen waren jedoch nicht erfolgreich, u.a. wegen der in den Zylindern und demzufolge auch in den Brenn-Vorkammern erzeugten Turbulenz. Wenn der Kolben die Brenn-Vorkammer im Augenblick der Zündung in dieser Kammer verschließt, hat die Verdichtung in dem Zylinder in diesem Zeitpunkt ihren höchsten Wert und deshalb fällt die Verdichtung ab, wenn der Kolben die Vorkammer freigibt. Mit anderen Worten, die Kompression wird im Zeitpunkt

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der Zündung der Kraftstoffladung in dem Hauptzylinder erheblich herabgesetzt, so daß die Ladung nicht bei der gewünschten Verdichtung gezündet wird.

Die Geometrie der in der US-PS 3,338,137 des Anmelders beschriebenen Brennkraftmaschine ist jedoch so, daß geeignete Abwandlungen vorgenommen werden können, um eine derartige stabile Gaszone im Zündfunk zu erreichen; dies kann geschehen, ohne das Verdichtungsverhältnis nachteilig zu beeinflussen.

Die Erfindung geht aus von einer Kolben-Brennkraftmaschine mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Zylindern, die in einem gekrümmten Zylinder so angeordnet sind, daß sie eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg um einen Mittelpunkt in Verdichtungs- bzw. Arbeitshüben ausführen können, wobei sie sich um diesen Mittelpunkt bewegen, wobei Jeder Kolben einen dem gegenüberliegenden Kolben zugekehrten Kolbenkopf an seinem einen Ende aufweist, mit einer Auslaßöffnung und einer Kraftstoff-Einlaßöffnung nahe entgegengesetzten Enden des Zylinders, die von den Kolben während deren Verdichtungshüben verschlossen werden und geöffnet werden, wenn sich die Kolben nahe den Enden ihrer Arbeitshübe befinden, sowie mit einer Kurbelwellen-Einrichtung; die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Zündkammer, die mit dem Zylinder über eine zwischen den Kolben angeordnete

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Zündöffnung in Verbindung steht, eine in der Zündkammer angeordnete Einbrichtung, um den Kraftstoff in die Zündkammer zu leiten, eine in der Zündkammer angeordnete Einrichtung, um den Kraftstoff zu zünden, und eine Verbindungseinrichtung zwischen jedem Kolben und der Kurbelwelle, wobei die Anordnung der Zündöffnung und der Verbindungseinrichtung so ist, daß der erste Kolben die Zündöffnung am Ende seines Verdichtungshubes ganz oder im wesentlichen ganz verschließt, woraufhin sich die Kolben gleichzeitig in derselben Richtung bewegen, bis der zweite Kolben das Ende seines Verdichtungshubes erreicht. Auf diese Weise wird das Verdichtungsverhältnis in dem Zylinder aufrechterhalten, bis die darin enthaltene Hauptladung gezündet ist.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist einen Zylinder auf, der in Längsrichtung um einen Mittelpunkt gekrümmt ist, erste und zweite, einander gegenüberliegende Kolben, die gleitbar in dem Zylinder passend angeordnet sind, um eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg während ihren Verdichtungs- und Arbeitshüben auszuführen, wobei jeder Kolben einen Kolbenkopf an seinem einen Ende hat, das dem gegenüberliegenden Kolben zuge~ kehrt ist, eine mit dem gegenüberliegenden Ende jedes Kolbens verbundene Einrichtung, die dem Kolben eine Bewegung um den Mittelpunkt während der Hubbewegung des Kolbens im Zylinder ermöglicht, eine Zündkammer, die mit dem Inneren de3 Zylinders durch

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eine zwischen den Kolben angeordnete Zündöffnung in Verbindung steht, eine Kraftstoff-Einspritzeinrichtung in der Zündkarnmer, eine Zündeinrichtung zum Zünden des in die Zündkammer eingespritzten Kraftstoffes, eine Auslaßöffnung und eine Kraftstoff-Einlaßöffnung auf entgegengesetzten Seiten der Zündöffnung im Zylinder, wobei die Auslaßöffnung und die Einlaßöffnung durch die Kolben freigegeben werden, wenn sich die Kolben den Enden ihrer Arbeitshübe nähern, und wobei die Auslaß- und Einlaßöffnung während der Verdichtungshübe verschlossen werden, eine Kurbelwelle-, eine Pleuelstange für jeden Kolben, wobei jede Pleuelstange an einem Ende mit dem jeweiligen Kolben und am anderen Ende mit der Kurbelwelle schwenkbar verbunden 1st, wobei die Anordnung der Zündöfi'nung und die Bewegung der Kolben so aufeinander abgestimmt sind, daß der erste Kolben die Zündöffnung am Ende seines Verdichtungshubes ganz oder im wesentlichen ganz verschließt, währe nd sich der zweite Kolben dem Ende seines Verdichtungshubes nähert, woraufhin sich die Kolben in derselben Richtung bewegen, bis der zweite Kolben das Ende seines Verdichtungshubes erreicht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Anordnung der Zündöffnung der Zündkammer und die Bewegung der beiden Kolben so aufeinander abgestellt sind, daß der erste Kolben die öffnung ganz oder im wesentlichen ganz ver-

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schließt, während sich der zweite Kolben noch in Richtung zum Ende seines Verdichtungshubes bewegt, daß die Kolben im wesentlichen im gleichen Abstand zueina n3er bleiben und sich gemeinsam bewegen, während der zweite Kolben seinen Verdichtungshub vollendet und der erste Kolben die Zündöffnung freigibt, so daß die reiche Gemischladung in der Zündkammer gezündet wird und wiederum die arme Gemischladung in der Kammer zündet. In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen so in dem Zylinder angeordnet sind und die Bewegung des ersten Kolbens so gesteuert wird, daß dieser mit der Freigabe der Auslaßöffnung beginnt, bevor der zweite Kolben mit der Freigabe der Einlaßöffnung beginnt.

Mit der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine der beschriebenen Art geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine magere Gemischfüllung des Kraftstoffs in den Zylinder geleitet wird, wenn sich die Kolben nahe den Enden ihrer Arbeitshübe befinden, daß die Kolben einen Verdichtungshub ausführen, daß eine reiche Kraftstoffgemischfüllung in eine Zündkammer eingespritzt wird, die mit dem Zylinder über eine Zündöffnung in Verbindung steht, die durch den ersten Kolben nahe dem Ende seines Verdichtungshubes ganz oder teilweise verschlossen wird, daß die Kolben in derselben Richtung bewegt werden, wobei sich zwischen ihnen ein Raum befindet, der das ver-

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dichtete magere Gemisch enthält, wenn sich der zweite Kolben dem Ende seines Verdichtungshubes nähert, daß die reiche Gemischfüllung in der Zündkairaner gezündet wird, so daß die reiche Gemischladung verbrennt und die verdichtete magere Gemischfüllung zwischen den Kolben entzündet, und daß das Ausschieben der Gase aus dem Zylinder beginnt, bevor das Einleiten einer magerten Gemischfüllung in den Zylinder beginnt.

Vorzugsweise wird die Kolben-Brennkraftmaschine so betrieben,
daß die Kolben in einem im wesentlichen gleich Abstand zueinander gehalten werden, während sich die Kolben in derselben Richtung
nahe dem Ende des Verdichtungshubes des zweiten Kolbens bewegen. Außerdem wird der erste Kolben so bewegt, daß er die Auslaßöffnung freigibt, bevor der zweite Kolben die Einlaßöffnung freigibt, und die Kolben werden so bewegt, daß sie die Öffnungen
im wesentlichen gleichzeitig verschließen»

■Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Kolben-Brennkraftmaschine, wobei sich die Kolben an oder nahe an den Enden ihrer Arbeits-hübe befinden,

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Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. k bis 7 Schnitte entsprechend der Fig. 1, wobei verschiedene Stellungen im Arbeitsablauf der Brennkraftmaschine dargestellt sind,

Fig. 8 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer der Fig. 1 entsprechenden Stellung, und

Fig. 9 einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer ei'findungs gemäßen Brennkraftmaschine in einer der Fig. 6 entsprechenden Stellung des Arbeitszyklus.

In den Figuren ist eine Kolben-Brennkraftmaschine 10 dargestellt. Wie man insbesondere aus den Fig» 1 und 3 erkennt, ist die Brennkraftmaschine im wesentlichen kreisförmig und hat ein Gehäuse 15, das aus einer ringförmigen Wand 16 und Seitenwänden 17 und 18 besteht,von denen eine oder beide abnehmbar mit der ringförmigen Wand verbunden sind. Die Wand 16 weist eine kreisförmige innere Fläche 20 auf, die um die Achse einer Welle 23 gekrümmt 1st, die zentrisch angeordnet 1st und sich quer durch das Gehäuse 15 erstreckt. Die Enden der Welle 23 sind in den Wänden 17 und 13 ab-

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- ίο -

Eine gekrümmte innere Wand 26 ist nach innen im Abstand zu der inneren Fläche 20 der Gehäusewand 16 und konzentrisch mit dieser und mit der Welle 23 angeordnet, wobei diese innere Wand, die innere Fläche 20 der Wand 16 und die Seitenwände IJ und 18 einen Zylinder 29 bilden, der in seiner Längsrichtung um den Mittelpunkt oder die Längsachse der Welle 23 gekrümmt ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Zylinder 29 einen Rechteck-Querschnitt, es*versteht sich aber, daß das Gehäuse 15 und die innere Wand 26 auch so gestaltet sein können, daß der Zylinder 29 jede gewünschte Querc?chnittsgestalt hat*, beispielsweioe rand, oval oder dergleichen.

V/enn gewünscht, können die Wand 16 und eine oder beide der Seiten· wände 17 und 18 des Gehäuses 15 hohl sein, um eine oder mehrere Kühlmittelkammern 32 zu bilden. Ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, wird durch die Kammer oder Kammern 32 in herkömmlicher Weise geführt (nicht gezeigt).

Einander gegenüberliegende, in ihrer Längsrichtung gekrümmte Kolben 36 und 37 von gleicher Querschnittsgestalt wie der Zylinder 29 sind gleitbar in dem Zylinder angeordnet und fünren eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungs- bzw. Arbeitshüben aus. Die Kolben 36 und 37 haben Kolbenköpfe 39 und 40 an ihren einander benachbarten und einander zugekehrten

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Enden. An den äußeren oder unteren Enden h5 und 46 der Kolben 36 und 37 sind Arme k2 und 4 3 befestigt. Diese Enden ragen über die Enden der inneren Wand 26 hinaus, wenn sich die Kolben 36 und 37 ungefähr in den Anfangsstellungen ihrer Arbeitshübe be~ finden (siehe Fig. 5), wobei die Kolbenköpfe 39 und 40 zu diesem Zeitpunkt in dem Zylinder 29 etwas im Abstand zueinander angeordnet sind. Die anderen Enden der Arms *i2 und 43 sind auf der Welle 23 gelagert; für jeden Arm ist ein geeignetes reibungsarmes Lager 52 vorgesehen.

Die Kolben 36 und 37 können eine hin- und hergehende Bewegung im Zylinder 29 ausführen; da der Zylinder konzentrisch zu der Welle 23 ist, bewegen sich die Kolben um die Längsachse der Welle* Da die Arme H2 und 4 3 fest mit den Kolben verbunden und drehbar mit der Welle 23 verbunden sind, führen diese Arme die Kolben auf kreisförmigen Bewegungsbahnen um die Achse der Welle, so daß keine seitliche Kraft auf die Wände des Zylinders ausgeübt wird. Die Kolben 36 und 37 sind mit einem oder mehreren Kolbenringen 47 und 48 nahe ihren jeweiligen Kolbenköpfen versehen.

Die Brennkraftmaschine 10 weist eine Kurbelwelle 62 auf, die teilweise in einem abgesetzten Kurbelgehäuse 64 angeordnet ist, das sich von dem Gehäuse 15 weg erstreckt. Die Kurbelwelle 6.2 besteht aus gleichmäßig im Abstand zueinander angeordneten Scheiben 68,

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69 und 70, die durch Kurbelzapfen : .72 und 73 miteinander verbunden sind, die sich, jeweils zwischen den Scheiben 68, 69 bzw. 69_t nahe dem Umfang der Scheiben erstrecken (siehe Fig. 3)» Miteinander fluchtende Wellenzapfen 74 und 75 ragen nach außen von den Scheiben 68 und 70 mittig heraus. Die Kurbelzapfen 72 und 73 und die Scheiben, mit denen sie verbunden sind, bilden die Kurbeln der Kurbelwellen 62. Aus Piß. 1 erkennt man, daß der Umfangsabstand der Kurbelzapfen 72 und 73 verhältnismäßig gering ist, so daß die Kurbeln oder Zapfen der Kurbelwelle 62 nahe beieinander stehen.

Eine Pleuelstange 78 ist mit einem Ende schwenkbar mittels eines Kolbenbolzens 79 mit dem Kolben 36 nahe seinem Ende H5 verbunden und das andere, große Ende 80 ist schwenkbar mit dem Kurbelzapfen 72 verbunden, wobei das große Pleuelende 80 zwischen die Kurbelscheiben 68 und 69 paßt. In gleicher Weise ist eine Pleuelstange 83 mit einem Ende schwenkbar mittels eines Kolbenbolzens 84 mit dem Kolben 37 nahe an dessen Ende 46 verbunden und ihr entgegengesetztes, großes Ende 85 ist mit dem Kurbelzapfen 73 verbunden, wobei.das Ende 85 zwischen die Kurbelscheiben 69 und 70 paßt.

Bei diesem Beispiel befindet sich der Kolbenbolzen 79 näher an der Achse der Welle 23 als der Kolbenbolzen 84; diese Abstände

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sind mit den Linien 86 und 87 In FIg₄ 1 dargestellt« Dadurch ergibt sich für den Kolben 36 ein längerer Hub als für den Kolben 37.

Wenn die Drehachse der Welle 62, der Kurbelzapfen 72 und der Kolbenbolzen 79 der Pleuelstange 78 auf einer Linie liegen, (Fig. 5)» befindet sich der Kolben 36 an seinem oberen Totpunkt, d.h. am Ende seines Verdichtungshubes« Wenn die Drehachse der Kurbelwelle 72, der Kurbelzapfen 73 und der Kolbenbolzen Sk der Pleuelstange 83 auf einer Linie liegen, befindet sich entsprechend der Kolben 37 an seinen oberen Totpunkt, d.h. am Ende seines Verdichtungshubes. Man erkennt bei der gezeigten Anordnung, daß der Kolben 36 sich etwas in einer Phasenverschiebung vordem Kolben 37 befindet, so daß sie die Enden ihrer Verdichtungshübe nicht gleichzeitig erreichen, sondern der Kolben 36 erreicht diese Stellung, während sich der Kolben 37 noch dieser Stellung nähert.

Der Zylinder 29 ist mit einer Austrittsöffnung 90 im unteren Bereich der Bewegungszone des Kolbens 36 versehen. Der Zylinder weist auch eine Einlaß- üder überleit-öffnung 91 aro Ende eines Überleitungskanals 92 in seiner Wand Im unteren Abschnitt der Bewegungszone des Kolbens 37 auf, wobei dieser Kanal an seinem anderen Ende mit dem Unterteil des Motors verbunden Ist. Ein Rohr

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leitet Luft oder ein Luft-Kraftstoff-Gemisch (abhängig von der Betriebsart der Brennkraftmaschine, wie später noch beschrieben wird) durch eine öffnung 96 in das Kurbelgehäuse 64. Die Abwärtsbewegung der Kolben 36 und 37 erzeugt einen Druckanstieg in dem Kurbe!gehäuse _t der die Überleitung der Luft oder des Luft-Kraftstoff-Gernisches in den Zylinder 29 durch den Überleitungskanal 92 und die Einlaßöffnung 91 bewirkt.

Ungefähr in der Mitte zwischen den Kolben, wenn sich diese an den Enden ihrer Arbeitshübe befinden, weist der Zylinder 29 eine kugelförmige Zündkammer 100 auf, die in der Wand ausgebildet ist und eine tangentiale Auslaßöffnung 101 auf v/eist, die in den Zylinder im wesentlichen an der vertikalen Mittellinie der Brennkraftmaschine mündet. Eine Zündkerze 102 und eine Kraftstoff-Einspritzdüse 103 sind dichtend in die Zündkamrcer 100 eingeführt, wobei die Kraftstoff-Einspritzdüse mit dem Auslaß 101 der Kammer fluchtet.

Fig. 1 zeigt den Kolben 37 in seiner unteren Totpunktlage, wobei die Einlaßöffnung 91 vollständig offen ist. Man erkennt, daß die Mittelpunkte des Kolbenbolzens 84, der Kurbelwelle 62 und des Kurbelzapfens 73 auf einer Linie liegen. Entsprechend befindet sich der Kolben 36 angenähert an oder gerade hinter seinem unteren Totpunkt.

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Bei der Beschreibung der Fig. k bis 7 wird davon ausgegangen, daß ein mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch durch das Rohr 95 zugeführt wird. Die Kolben 36 und 37 sind in oder fast in ihre unteren Totpunktstellungen bewegt, wobei durch diese Bewegung das Luft-Kraftstoff-Gemisch über den überleitungskanal 92 und die Öffnung 91 in den Zylinder 29 gefördert wurde. Wenn sich die Kolben aus ihren unteren Totpunktstellungen nach oben bewegen, bedeckt der Kolben 36 die Auslaßöffnung 90 (Pig. 4), nachdem die Abgase durch die Zuführung von neuem Verbrennungsgemisch herausgespült wurden, und der Kolben 37 vollendet das Abschließen der Einlaßöffnung 91»

Wenn sich die Kolben in dem Zylinder weiter nach oben bewegen, verdichten sie die magere Brennstoff-Füllung zwischen sich und ein Teil dieser Füllung tritt in die Zündkammer 100 ein. Da der Kolben 36 das Ende seines Verdichtungshubes erreicht, während sich der Kolben 37 noch in Bewegung zu dem Ende seines Verdichtungshubes befindet, hat der Kolben 36 bereits die Zündöffnung 101 verschlossen (Fig. 5). Ob\*ohl es anzustreben ist, diese öffnung vollständig zu verschließen, kann die Bewegung des Kolbens 36 auch so sein, daß die Zündöffnung nur fast verschlossen wird» Der Zweck ist, die Zündkammer vollständig oder teilweise gegenüber dem Zylinder in diesem Zeitpunkt abzuschließen. Die Kraftstoff-Einspritzdüse 103 wird jetzt betätigt, um das

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- 16 Gemisch in der Zündkammer nahe der Zündkerze 102 anzureichern.

Im günstigsten Zeitpunkt wird die Füllung in der Zündkammer durch die Zündkerze 102 gezündet* Der Kolben 36 gibt die Zündöffnung 101 im wesentlichen gleichzeitig mit dem Zündvorgang frei» Dieser Zeitpunkt liegt genau an oder etwas vor dem Zeitpunkt, in dem der Kolben 37 das Ende seines Verdichtungshubes erreicht, wie dies bei Kolben-Brennkraftmaschinen üblich ist (Fig. 6)» Man erkennt, daß der Abstand zwischen den Kolbenköpfen der beiden Kolben im wesentlichen gleich bleibt, wenn sich der Kolben 37 zu seinem oberen Totpunkt bewegt und der Kolben 3G die Öffnung 101 freigibt, so daß das Verdichtungsverhältnis nicht verändert wird, obwohl der eine Kolben sich seinem oberen Totpunkt nähert und der andere Kolben sich von seinem oberen Torpunkt weg bewegt. Die in der Zündkammer erzeugte Flamme pflanzt sich durch die Öffnung 101 in das verdichtete ärmere Gemisch zwischen den Kolbenköpfen 39 und Ί0 fort. Die Zündung des armen Gemisches erfolgt, während dessen Verdichtung am stärksten ist» Diese Zündung erzeugt einen Krafthub für beide Kolben, die sich nach unten bewegen, wie in Fig. 7 gezeigt. Durch diese Maßnahmen kann das durch die Einlaßöffnungen 91 eingeführte Gemisch viel ärmer sein, als es notwendig wäre, um eine Verbrennung in einer herkömmlichen Kolben-Brennkraftmaschine zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Durch die Tatsache, daß die

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Zündöffnung 101 ganz oder fast ganz geschlossen lot, wenn die angereicherte Mischung in die Kammer 100 geleitet wird, wird die Mischung in dieser Kammer von dem Hauptzylinder getrennt gehalten, bis sie gezündet wurde. Mit dieser Maßnahme erreicht man einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad, wobei das Verdichtungsverhältnis nicht beeinflußt wird, eine erhebliche Kraftstoff-Einsparung und eine vollständigere Verbrennung, so daß die Abgase sauberer sind.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Brennkraftmaschine liegt darin, daß die Auslaßöffnung .90 so angeordnet werden kann, daß der Kolben 36 die Freigabe dieser öffnung beginnt, be vox¹ der Kolben 37 beginnt, die Einlaßöffnung 91 freizugeben (Fig. 7). Somit werden nie Gase auf dem Zylinder durch die öffnung 90 abgelassen, wenn die Einlaßöffnung 91 geöffnet ist. Da sich die beiden öffnungen an gegenüberliegenden Seiten der vertikalen Mittellinie der Brennkraftmaschine befinden, drückt die hereinströrnende Kraftstoff-Füllung die Abgase ohne Vermischung vor sich her und aus dem Zylinder hinaus. Die Kurbelzapfen 72 und 73 der Kurbelwelle 62 sind so angeordnet, daß die Bewegung der Kolben so erfolgt, daß die Kolben die Auslaß- und Einlaß-Öffnungen im wesentlichen gleichzeitig verschließen. Dies ermöglicht eine Steuerung der Kraftstoff-Füllung, so daß diese nicht durch die offene Austrittsöffnung herausströmt, wooei jedoch praktisch das gesamte Abgas aus aar. Zylinder her a ^- ^ :rr:..:-:t wird,

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Der gegenüber dent Hub des Kolbens 37 verhältnismäßig längere Hub des Kalfcenis 3& kann in verschiedenen Weisen erreicht werden« Vie oben dargelegt, kann der Kolbenbolzen 79 näher zur Achse der Welle 73 angeordnet sein als der Kolbenbolzen 8¹J (wie gezeigt). Stattdessen kann auch der Abstand zwischen dem Kopf des Kolbens 39 und dem Kolbenbolzen 79a» in unterbrochenen Linien in Pig. I dargestellt, größer sein als der Abstand zwischen dem Kopf des Kolbens 40 und ctem Kolbenbolzen 8t. Eine andere Möglichkeit, um dieses Ziel au erreichen, ist es, die Kurbellänge der mit dem. Kolben 36 verbundenen Kurbel größer zu machen als die der mit dem Kolben 37 verbundenen Kurbel. In Fig. 1 ist ein Kurbelzapfen 72a mit unterbrochenen Linien gezeigt, um diese Maßnahme darzustellen.

Die oben beschriebene Brennkraftmaschine kann auch in etwas anderer Weise betrieben werden, wobei nur Luft durch das Rohr 95 zugeführt wird. Diese Luft könnte auch unmittelbar zur Einlaßöffnung 91 durch ein Gebläse gefördert werden. In diesem Fall werden die Abgase durch diese Luft aus dem Zylinder herausgespült. Nachdem die Auslaß- und Einlaß-Öffnungen 90 und 91 durch die Aufwärtsbewegung der Kolben verschlossen sind, wird die Einspritz-Düse 103 betätigt, um Kraftstoff durch den Auslaß 101 in den Zylinder 29 einzuspritzen, um dort ein mageres Kraftstoff-Gemisch zu erzeugen. Der Arbeitszyklus setzt sich dann wie beschrieben ,

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fort, wobei die Einspritzdüse 103 ein zweites Mal betätigt wird, um das Gemisch in der Zündkammer 100 anzureichern, wenn der Kolben 36 seine obere Totpunktstellung erreicht hat. Diese Betriebsweise hat den Vorteil, daß ein Kraftstoffverlust während des Spülens vermieden wird, weil der Kraftstoff nicht in den Zylinder eingeführt wird, bevor die Auslaßöffnung 90 verschlossen ist.

In Fig. 8 wird eine zweite Ausführungsform gezeigt, die in ihrem Aufbau im wesentlichen der Ausführung nach Pig. I gleicht, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform haben die beiden Kolben 36 und 37 jedoch die gleiche axiale Länge von ihren Kolbenbolzen bis zu ihren Stirnflächen, wobei sich die Kolbenbolzen 79 und 84 auf derselben gekrümmten Mittellinie befinden, die Kurbelzapfen 72 und 73 in gleichem Abstand von der Achse der Kurbelwelle 62 angeordnet sind und die Verbrennungskammer 100 längs der Zylinderbohrung nach links versetzt ist bei der Ansicht entsprechend dieser Figur. Die Arbeitsweise dieser Brennkraftmaschine ist dieselbe wie bei der Ausfürhungsform nach Fig» I.

Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform, die in ihrem Aufbau am oberen Ende im wesentlichen der Ausführung nach Fig. 1 gleicht, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen versehen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch das Kurbelgehäuse 64 vergrößert zur Aufnahme von zwei Kurbelwellen 110 und 111. Die

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110 und 111 tragen jeweils miteinander kämmende Zahnräder 112 und 113, so daß ein gemeinsamer Abtrieb von einer der beiden Kurbelwellen durch das Kurbelgehäuse 64 hindurch möglich ist. Die Kurbelwellen 110 und 111 tragen Kurbelzapfen 11Ί bzw. 115* mit denen die unteren Enden der Pleuelstangen und 83 schwenkbar verbunden sind. Die Bewegung des Kolbens 36 relativ zu dem Kolben 37 wird in der gleichen Weise gesteuert wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1. Der einzige Unterschied besteht darin, daß die Kurbeln der beiden Kolben nach Fig. 9 an zwei gesonderten Kurbelwellen angebracht sind, die miteinander durch Zahnräder 112 und 113 in Wirkverbindung stehen, während in Fig. 1 die Kurbeln an einer einzigen Kurbelwelle vorgesehen sind* Der Arbeitszyklus ist der gleiche wie mit Bezug auf die Fig. k bis 7 beschriebene. Wenn gewünscht, kann der Kurbelradius der Kurbel 11*! größer gewählt werden als der der Kurbel 115, um den Kolben 36 vor dem Kolben 37 zu bewegen.

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Claims

Patentansprüche

,1 .N Eine Kolben-Brennkraftmaschine mit einander gegenüberliegenden ersten und zweiten Kolben (36, 37), die in einem gekrümmten Zylinder (26) so angeordnet sind, daß sie eine Bewegung aufeinander au und voneinander weg urn einen Mittelpunkt (23) in Yerdichtimgs- bzw. Arbeitohübon ausführen können, wobei sie sich um diesen Mittelpunkt bewegen, wobei jeder Kolben einen dem gegenüberliegenden Kolben zugekehrten Kolbenkopf (39» 40) an seinem einen Ende auf v/eist, mit einer Auslaßöffnung (90) und einer Kraftstoff-Uinlaßöffmmg (91), die von den Kolben während deren Verdichtungshuben verschlossen v/erden und geöffnet v/erden, wenn sich die Kolben nahe den Enden ihrer Arbeitshübe befinden, sowie mit einer Kurbelwellen-Einrichtung (62, 110, 111), gekennzeichnet durch eine Zündkammer (100), die mit den Zylinder über eine zwischen den Kolben angeordnete ZündÖffnung (101) in Verbindung steht, eine Verbindungseinrichtung (78, 83, 72, 73, 79, 84, 114, 115) zwischen jedem Kolben und der Kurbelwelle, wobei die Anordnung der ZundÖffnung und der Verbindungseinrichtung so ist, daß der erste Kolben (36) die ZundÖffnung (101) am Ende seines Verdichtungshubs ganz oder im wesentlichen ganz verschließt, worauf hin sich die Kolben gleichzeitig in derselben Richtung bewegen, bis der zweite Kolben (37) das Ende seines Verdichtungshubs erreicht, eine in der Zündkamrner angeordnete Einrichtung (103), um den Kraftstoff in die Zündkammer zu leiten, während die Öffnung ganz oder teilweise bedeckt ist durch den ersten Kolben nahe am Ende seines Verdichtungshubes, eine in der Zündkammer angeordnete Einrichtung (102), um den Kraftstoff zu zünden.

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2. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung so beschaffcn ist, daß der erste Kolben (36) während seines Arbeitshubs die Au3laßöffmmg (90) zu verdecken beginnt, bevor der zweite Kolben (37) die Einlaßöffnung (91) freigibt.

3» Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelleneinrichtung aus einer Kurbelwelle (62) besteht, die zwei Kurbeln (72, 73) enthält;, und die Verbindungseinrichtung enthält für jeden Kolben eine Pleuelstange (78, 83), wobei jede Pleuelstange an einem Ende ία it dem jeweiligen Kolben und am anderen Ende mit der Kurbelwelle schwenkbar verbunden ist, jede Pleuelstange ist mit einer verschiedenen Kurbel verbunden.

4« Kolben-Brennkraftinaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pleuelstange (73, 83) mittels eines Kolbenbolzens (79, 84) mit dem zugehörigen Kolben (36, 37) verbunden ist, der Kolbenbolzen (79) des ersten Kolbens (36) ist weiter vom Kopf (39) dos ersten Kolbens entfernt als der Kolbenbolzen (84) des zweiten Kolbens (37) vom Kopf (40) des zweiten Kolbens (37).

5. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Pleuelstange (78, 83) mittels eines Kolbenbolzens (79, 84) mit dem entsprechenden Kolben (36, 37) verbunden ist, der Kolbenbolzen (79) des ersten Kolbens (36) liegt dem Zentrum (23) näher als der Kolbenbolzen (84) des zweiten'Kolbens (37)·

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6. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub der Kurbel (72), mit der die Pleuelstange (78) des ersten Kolbens (36) verbunden ist, größer ist als der Hub der Kurbel (73), mit der der zweite Kolben (37) verbunden ist.

7. Kclben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (dOO) im wesentlichen kugelförmig ist, die Zündöffmmg (lOl) ist ein tangentialer Auslaß zu dem Zylinder (26), konvergent zur Zylinderachse in Richtung der Bewegung des ersten Kolbens (36) -während des Verdichtungshubes.

8. Kolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch geken— zeichnet, daß die Brennstoff einspritzeinrichtung (103) axial ausgerichtet ist mit dem tangential en Auslaß (j.Oi).

9. Kolb&n-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (102) eine Zündkerze enthält.

10. Kolben-Brennkraf !-maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (lOO) zwischen den Enden des Zylinders (26) angebracht ist, die Pleuelstange (78₅ 83) mittels eines Kolbenbolzens (79, 64) mit dem Kolben (36, 37) verbunden ist, der Kolbenbolzen (79) des ersten Kolbens (36) ist vom Kopf (39) des ersten Kolbens weiter entfernt als der Kolbenbolzen {8h) des zweiten Kolbens (37) vom Kopf (^iO) des Kolbens (37) ₅ wenn der zweite Kolben seinen Verdichtungshub abgeschlossen hat befinden sich die Kolbenköpfe im wesentlichen gleich weit von dem Punkt, bei dem die Zündkamraer mit dem Zylinder in Verbindung, steht.

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11. Kolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (iOO) mit dem Zylinder (26) an einem Punkt in Verbindung steht, der von der Zylindermitte entfernt in Richtung des ersten Kolbens (36) liegt, der erste und der zweite Kolben (36, 37) sind gleich lang.

12. Kolben—Brennkraftmaschine nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein verschlossenes Kurbelgebärce (64), das die Kurbelwellen-Einrichtungen (62, IiO, 111) enthält, das Kurbelgehäuse besitzt einen Einlaß (96) für dampfförmigen Brennstoff und eine Durchlaß-Einrichtung (92). die mit der Einlaßöffnung verbunden ist, wodurch dampfförmigHr Brennstoff aus dem Kurbelgehäuse in den Zylinder gepumpt wird, wenn bei der Abwärtsbewegung der Kolben der Druck im Kurbelgehäuse steigt.

13. Verfahren zum Betrieb einer Kolben-Brennkraftmaschine mit ersten und zweiten Kolben (36, 37), die mit der Kurbelwellen-Einrichtung (62, 110, 111) verbunden sind und in einem gekrümmten Zylinder (26) so angeordnet sind, daß sie eine Bewegung aufeinander zu und voneinander weg in Verdichtungsund Arbeitshüben ausführen, dadurch gekennzeichnet, daß eine magere Gemisenfiillung des Brennstoffes in den Zylinder (26) geleitet wird, wenn sich die Kolben nahe den Enden ihrer Arbeitshiibe befinden, daß die Kolben einen Verdichtungshub ausführen, daß eine reiche Kraftstoffgemischfüllung in eine Zündkammer (IOO) eingespritzt wird, die mit dem Zylinder über eine Zündöffnung (lOl) in Verbindung steht, die durch den erstaa Kolben (36) nahe dem Ende seines Verdichtungshubes ganz oder teilweise verschlossen wird, daß die Kolben (36,37)

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in derselben Richtung bewegt werden, wobei sich zwischen ihnen ein Raum befindet, der das verdichtete, magere Gemisch enthält, wenn eich der zweite Kolben (37) dem,Ende seines Verdichtiingshu b3s nähert, daß die reiche Gemischfüllung in der Zuηdkammer (lOO) gezündet wird, so daß die reiche Gemisch— ladling verbrenntand die verdichtete magere Geinischfüllung zwischen den Kolben entzündet, und daß das Auschieben der Gase aus dem Zylinder nahe dem Ende des Arbeitshubes des ersten Kolbens beginnt.

Ik. Verfahren nach Anspruch 13., dadurch gekennzeichnet, drß die Kolben (36_}37) in einem im wesentlichen gleichen Abstand zueinander gehalten v/erden, während sich die Kolben in derselben Richtung nahe dem Ende des Verdiclitimgshixbes dos zweiten Kolbens bewegen.

15. Verfahren nach Anspx-uch 13 und l'>, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase aus dem Zylinder ausgestoßen werden, bevor eine magere Füllung in den Zylinder geleitet wird.

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