DE2720143A1 - Durch verdichtungszuendung gesteuerte waermekraftmaschine - Google Patents

Description

Busse & Busse Patentanwälte 27201 A3

HARLOW BOVIER GROW Dipi.-Ing. Dr. iur. V. Busse

Dipl.-Ing. Dietrich Busse

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M. Mai 1977 VB/Kr

Durch Verdichtungszündung gesteuerte Wärmekraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine durch Verdichtungszündung gesteuerte Wäreinkraftmaschine mit einem sich in einem Zylinder hin- und herbewegenden Kolben, der einen Verdichtungshub und danach, beaufschlagt durch die Expansion von brennendem Treibstoffen dem Zylinder einen Arbeitshub ausführt.

Es sind bereits nach dem Ottoprozess und dem Dieselprozess arbeitende Verbrennungsmotore bekannt, wobei in der Theorie bei den erstgenannten das Gleichvolumenprinzip und bei den letztgenannten das Gleichdruckprinzip besteht. Das Gleichdruckprinzip ist zwar sehr wünschenswert, jedoch theoretisch nur bei-Maschinen erreichbar, die den vollen Zylinderinhalt verdichten und ein volles Maß an Brennstoff bei oder während der Bewegung des Kolbens durch die obere Totpunktstellung einspritzen. Bei dem gegenwärtigen Stand der Technik verdichten Motore mit Verdichtungszündung, also Dieselmotore, anerkanntermaßen MO? Uberschußluft zum Erreichen von Selbstentzündungstemperatur bei der obersten Stellung des Kolbenhubs, und wenngleich dies seine Vorteile im Erreichen einer mehr als ange-

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n^ssenen Förderung der Verbrennung hat, so bestehen ,iedoch große Machteile durch das Verschwenden von für die Verdichtungsfunktion aufgewandter Energie und durch die erhöhten baulichen Anforderungen an großvolumige Hochverdichtungsmotore, Nachteile die jeweils einen schlechten Wirkungsgrad ergeben und Reibungs- und Wärmeverluste zur Folge haben.

Die nach der Erfindung vorgesehene Maschine ist aus-

/ Art gehend von der eingangs genannten'dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung zwischen der oberen und der unteren Totpunktstellung des Kolbens in den Zylinder einmündet und durch die Bewegung des Kolbens in dem Zylinder geöffnet und geschlossen wird, daß eine mit der Öffnung in offener Verbindung stehende Speicherkammer vorgesehen ist, wobei die Öffnung für ein Verschließen durch den Kolben und für das Einschließen von Gasen in der Speicherkammer bei einem Verbrennung fördernden Druck angeordnet ist, daß eine Selbstzündungskammer für das Verdichtung von Gasen auf Selbstentzündungstemperatur zwischen der Öffnung und dem Zylinderkopf ausgebildet ist, und daß die Maschine ferner eine Einspritzeinrichtung für über die gesamte Dauer eines jeden effektiven Arbeitshubes des Kolbens erfolgendes Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder aufweist, wobei die Öffnung für den Wiedereintritt von Gasen aus der Speicherkammer in den Zylinder zum Fördern der fortgesetzten Verbrennung

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des Brennstoffs während eines jeden Arbeitshubes durch den Kolben geöffnet wird.

Bei dieser Anordnung wird ein wesentlicher Teil der Kompression begrenzt auf Niederdruck für das Fördern der Verbrennung und nur ein begrenzter TdI der Kompression ausgedehnt auf Hochdruck für das Erzeugen von Eigenzündung. Somit können die vorerwähnten ^l\O% Überschuß auf ein Minimum und/oder einen geringen Überschuß von je nach Wunsch, z. B. 10 bis 15 % oder weniger verringert werden, wobei der Motor eine im Vehältnis dazu stehende gewichtsmäßig leichtere Konstruktion bei entsprechend geringeren Baukosten und bei Leistungssteigerungen auf v/eisen kann.

Eine Maschine nach der vorliegenden Erfindung stellt insofern ein Abweichen von dem Otto-Prinzip dar, als eine zusätzliche Zündeinrichtung und ein explosiver Arbeitshub vermieden werden, und insofern ein Abweichen von dem Diesel-Prinzip dar, als eine Gesamtvolumen-Verdichtung und eine auf den Beginn des Arbeitshubes begrenzte abgemessene Brennstoffeinspritzung keine Anwendung finden. Statt dessen wird die Einspritzung von Brennstoff so gesteuert, daß sie während eines jeden gesamten wirksamen Arbeitshubes in solcher V/eise stattfindet, daß der Druck der Verbrennungsgase in dem Zylinder gesteuert ist. Die Brennstoff-Einspritzein-

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richtung kann während des gesamten wirksamen Teils eines jeden Arbeitshubes ununterbrochen Brennstoff in einem derart gesteuerten Grad einspritzen, daß Verbrennungsdrücke erzeugt werden, die geringer als der Druck der gespeicherten Gase sind, so daß die gespeicherten Gase für das Fördern der Verbrennung innerhalb des Zylinders zum Eintritt in letzteren freigegeben werden.

Die Einspritzeinrichtung kann aus einem Injektor zum Einspritzen eines gleichbleibenden Volumen an Brennstoff unterschiedlicher Brennkraft bestehen, wie z. B. in den US-PSen 3 7^9 997 oder 3 921 599 beschrieben. Mittels dieser oder ähnlicher Brennstoffeinspritz-Einrichtungen können eine gesteuerte Brennstoffverbrennung und Zylinderdrücke vorzugsweise erreicht werden, die unterhalb der Drücke des die Verbrennung fördernden, gespeicherten Gases liegen. Diese Einspritzeinrichtungen verwenden eine Konstant volumen-Pumpe, die zwei Flüssigkeiten miteinander vermischt und das Gemisch daraus hiervon getrennt mit einer gesteuerten Brennkraft in den Motorzylinder einspritzt. Die Einspritzeinrichtung für sich ist gekennzeichnet durch ihre Stufenkolbenpumpe, die vorteilhafterweise verwendet wird, um die strukturelle Kraft und die genau bemessene Brennstoffeinspritzung bei einer Maschine nach der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

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Die vorliegende Erfindung ist sowohl bei Zweitakt- als auch bei Viertakt-Motoren anwendbar, ist jedoch nachstehend aus Gründen der Klarheit zum Auseinanderhalten der Einlaßverdichtungs-, Arbeits- und Ausstoß-Hübe für den letztgenannten Typ beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer typischen Verdichtungszündungs-Maschine beim Verdichtungshub ,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung der Maschine beim Arbeitshub,

Fig. 3 ein das Arbeiten der Maschine veranschaulichendes Druck/Volumen-Diagramm und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Brennst off -Einspritzeinrichtung.

V/ie aus dem Druck/Volumen-Diagramm der Fig. 3 ersichtlich, ist die Kompressionsfunktion in dem Diagramm durch eine Volumenspeicherkurve a gekennzeichnet, wo ein verdichtetes Volumen bei einem Druck gespeichert ist, während sich die Kompressionskurve wie durch die Linie b angedeutet zum Verdichten eines verbleibenden Volumens auf

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Selbstentzündungstemperatur forsetzt. Unter Fortsetzen seiner Kraft funktion zeigt das Diagramm der Fig. 3 die Eigenzündung bzw. Verdichtungszündung von eingespritztem Brennstoff, der eine fortgesetzte Verbrennung, unterstützt durch das vorerwähnte gespeicherte Druckvolumen von Ansauggasen folgt, und zwar dargestellt durch die den Zylinderdruck veranschaulichende Kurve c und die den Speicherkammerdruck veranschaulichende Kurve d. Dabei ist festzustellen, daß der Speieherkarmnerdruck d den Zylinderdruck c stets übersteigt, so daß beim Stattfinden einer Verbrennung stets ein Fluß von der Kammer in den Zylinder vorhanden ist. Ein Merkmal dieses Maschinenkonzepts ist das gesteuerte Einspritzen durch die Verwendung von während des gesamten Arbeitshubes eingespritztem Brennstoff unterschiedlicher Brennkraft, wobei nur ein kleiner Teil des Brennstoffs in die Selbstzündungskammer und der größere Teil an Brennstoff so eingespritzt wird, wie es zum Verbrennen der gespeicherten Luft und zum Aufrechterhalten der Zylinderdruckkurve c erforderlich ist. Der Bereich innerhalb der Kurvenumgrenzung stellt die Arbeitsleistung dar. Der Zweck dieses Prinzips der gesteuerten Drücke besteht in erster Linie darin, eine VerdLchtungszündung zu erreichen, ohne die Maschine den Eigenzündungsdrücken auszusetzen, die sich bisher aus der Anwendung von Uberschußluft ergaben. Außerdem kann durch gesteuerte Brennkraft und Grad der Brennstoffeinspritzung eine

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mit verringertem Druck arbeitende Wärmekraftmaschine mit verbesserter Drehmoment-Charakteristik verwirklicht werden.

Diese Beschreibung erfordert das Verständnis der Druck/ Volumen-Diagramme, wie sie graphisch auf Indikatorkarten aufgezeichnet werden und in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt sind. Die Kurvenumgrenzung veranschaulicht das, was bei einem Dieselmotor allgemein als "Gleichdruck' Carnot-Prozess des Dieselmotors bezeichnet wird, und zeigt Zündverzug, gefolgt von den üblicherweise steil ansteigenden Spitzendrücken, die sich aus der Explosivcharakteristik der Selbstzündung ergeben. In Pig. 3 ist ein typisches Viertakt-Diagramm veranschaulicht und so abgewandelt, daß es das Verhältnis der Druckabnahme zv/ischen dem Zylinderdruck c und dem Druck d der Druckspeicherkammer zeigt, die sämtlich die Folge des Speicherns eines beträchtlichen Volumens an Verbrennung unterstützenden Gasen in einer als Speicherkammer mit Niedrigverdichtung bezeichneten Kammer* X sind, die während des Arbeitshubes zur Anwendung kommt, und zwar nach Selbstzündung mittels Verdichtens einer begrenzten Gasmenge in der den oberen Teil des Zylinders umfassenden Zündkammer Y.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Maschine mit Verdichtungszündung kann weitgehend variieren, umfaßt aber in jedem

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Pall einen Rahmen 10, an dem eine Kurbelwelle 11 drehbar gelagert ist und der einen durch einen Kopf 13 geschlossenen Zylinder 12 trägt,in dem sich ein Kolben Ii entsprechend den Winkelverschiebungen der durch eine Stange 15 mit dem Kolben verbundenen Kurbelwelle hin- und herbewegt. Weiter vorgesehen ist eine Einrichtung Z zum Einspritzen eines gleichbleibenden Volumens an Brennstoff von unterschiedlicher Brennkraft, die zum Einspritzen von Brennstoff in die Selbstzündungskammer Y in zeitlicher Abstimmung mit dem Umlauf des Motors arbeitet. Die Speicherkammer X mit Niedrigverdichtung mündet über öffnungen bzw. Schlitze 16 an einer Stelle in den Zylinder 12, die beträchtlich über der unteren Totpunktstellung des Kolbens l'J und auch unter dessen oberer Totpunktstellung liegt. Die Stellung der Schlitze l6 ist abhängig von dem prozentualen Volumen an zu speichernder Ansaugdruckluft im Vergleich zu dem für die Selbstzündung in der Kammer Y schließlich zu verdichtenden Volumen an Ansaugluft.

Der gesamte Inhalt bzw. das gesamte Hubvolumen des Zylinders 12 wird nicht in der üblicherweise angenommenen Art verdichtet. Allgemein nimmt man an, daß das gesamte Hubvolumen eines Dieselzylinders z. B. etwa Ü0% mehr Luft als zur Verbrennung erforderlich verdichtet, und daß deshalb bei Erreichen oder Passieren einer Zwischenstellung durch den Kolben I¹* gespeicherte Druckluft den Prozentanteil an Luftüber-

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schuß verringert. Im dem Druck/Volumen-Diagramm nach Fig. 3 ist die Stellung der Schlitze 16 derart dargestellt, daß diese bei 80 bis 90? Volumen durch den Kolben geschlossen werden, in welchem Fall 10$ der teilweise verdichteten Ansaugluft für die endgültige Verdichtung in der SeIbstZündungskammer Y verbleiben, wobei die Schlitze 16 der Speicherkammer X mit Miedrigverdichtung durch den Kolben lU geschlossen gehalten sind, um die von der Kurve a dargestellten, erwähnten 8o bis 90$ teilweise verdichteter oder niedrigverdichteter Ansaugluft einzuschließen.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daS die z. B. auf 105? minimierte, auf Selbstentzündungstemperatur verdichtete Ansaugluft den eingespritzten Brennstoff bei Passieren der oberen Totpunktstellung durch den Kolben zündet; und infolge des minimierten Volumens (10 %) an verdichteter Ansaugluft ergibt sich, daß die Verbrennung eines üblichen vollen Brennstoffmeßbetrages nicht unterstützt wird. Außerdem würde ein üblicher voller Meßbetrag an Brennstoff bei oberer Totpunktstellung des Kolbens lh beim Wiederöffnen der Schlitze 16 im Zuge des Abwärts-Arbeitshubes von Nachteil sein, da der gegenüber dem Speicherkammerdruck überschüssige Zylinderdruck den Wiedereintritt von Speicherluft verhindern würde, mit der Folge einer unzulänglichen Unterstüzung der fortgesetzten Verbrennung. Daher ist die Einrichtung

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zum Einspritzen eines gleichbleibenden Volumens an Brennstoff von unterschiedlicher Brennkraft vorgesehen, um während des gesamten Arbeitshubes ununterbrochen und derart Brennstoff einzuspritzen, daß der Zylinderdurck zu keiner Zeit den Speicherkammerdruck übersteigt, wie klar aus den vergleichbaren Kurven c und d des Diagramms ersichtlich ist. Somit ist sichergestellt, daß die verdichtete, gespeicherte Ansaugluft für das Fördern der Verbrennung wieder in den Zylinder 12 eintritt, wenn die Schlitze 16 von dem Kolben 1*1 freigegeben werden und während des gesamten restlichen Abwärtsarbeiti hubs.

In bezug auf die Speicherkammer X mit Niedrigverdichtung ist zum Abhalten eines wesentlichen Anteils der Ansaugluft von voller Verdichtung auf Eigenzündungs-Druck und/oder -temperatur der Zylinder 12 mit einem oder mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Schlitzen versehen, die zwischen der oberen und unteren Totpunktstellung des sich darin hin- und herbewegenden Kolben Ik angeordnet sind. Die Längserstreckung des bzw. der Schlitze 16 kann nach Bauart variieren, wobei dessen bzw. deren obere bzw. oberen Begrenzungen die Unterbrechungsstellung bestimmen, an der der Druck der gespeicherten Ansaugluft bestimmt wird, der bei dem dargestellten Beispiel bei 90% Volumeninhalt liegt. In der Praxis sind die Schlitze 16 in der Form eines

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"Laternenrings" vorgesehen, wobei der Kolben I¹I (nicht dargestellte) Ringe für das Abdichten oberhalb und unterhalb der Schlitze bei seinem Aufwärtshub oberhalb der erwähnten 90$ Volumen-Stellung aufweist. Wie dargestellt, handelt es sich bei der Kammer X um eine geschlossene Kammer, die den Zylinder 12 umgibt und über die Schlitze 16 nur zum Zylinder hin geöffnet wird, wenn sich der Kolben 14 auf dem Abwärtshub unterhalb der 90? Volumen-Stellung befindet. Wie ersichtlich, nimmt die Kammer X Ansaugluft durch die Schlitze 16 auf. Es versteht sich, daß eine Vielzahl von oder auch nur eine einzige Speicherkammer X seitlich an irgendeiner Stelle um den Zylinder herum und/oder entlang dessen Durchmesser für das in der gewünschten Kolbenstellung erfolgende öffnen und Schließen des bzw. der Schlitze 16 angeordnet sein kann, wobei die Schlitze z. B. auch so angeordnet sein können, daß sie durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens nacheinander geöffnet und geschlossen werden.

Hinsichtlich der Selbstzundungskammer Y mit Hochverdichtung ist für die fortgesetzte Verdichtung eines minimiertejn Anteiles der Ansaugluft auf volle Verdichtung der Zylinderkopf 13 mit herkömmlichem Ventilantrieb und einer Einspritzeinrichtung gemäß der Einrichtung Z derart vorgesehen, daß er mit dem Kolben I¹J zusammenwirkt, nachdem die Schlitze 16 beim Aufwärtshub oberhalb der 90#-Volumen-

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Stellung geschlossen sind. Die Kammer Y ist daher eine herkömmliche Verbrennungskammer, und zwar im vorliegenden Pail eine Primärverbrennungskammer, die ein auf

/minimiertes
10 % 'Hubvolumen des ZyÜnders 12 behandelt und daher verhältnismäßig geringerer Beanspruchung unterworfen ist.

Die Einrichtung Z zum Einspritzen eines gleichbleibenden Volumens an Brennstoff von unterschiedlicher Brennkraft umfaßt eine Vollhub-Brennstoffpumpe in Form einer Stufenkolbenpumpe mit gleichbleibendem Hub und gleichbleibendem Volumen, die in zweitlicher Abstimmung mit der Kurbelwellenrotation betätigt wird. Deren Funktionen sind: Niederdruck-Bemessung und homogenes Vermischen von gesonderten kleinen Mengen von zumindest zwei flüssigen Brennstoffen, und zwar einem mit maximaler

Brennkraft und einem mit veniger oder minimaler Brennkraft, wie z. B. einem Verdünner und/oder einem anderen Additiv, wie jeweils erforderlich; das Mitteln von Kraft über mehrere Arbeitshube oder Umdrehungen und die Konstantvolumen-Einspritzung, die Ganzhub-Brennstoffeinspritzung und verringerten Spitzendruck zur Folge hat - Funktionen, die sämtlich der Steuerbarkeit verhältnismäßig kleiner, gesonderter Mengen einzuspritzender Flüssigkeit zuzuschreiben sind. Der Brennstoff wird während des gesamten effektiven Arbeitshubes des Kolbens gleichmäßig eingespritzt.

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Das Prinzip des Einspritzens eines konstanten Volumens wird hierbei dazu benutzt, daß die Druck/Volumen-Kurve des Motors resteuert wird, was als Folge ermöglicht, den Druck c im Zylinder 12 niedriger zu halten als den Druck d in der Speicherkammer X. Der eingespritzte Brennstoff ist ein homogenes Gemisch aus zumindest zwei Flüssigkeiten, von denen die eine aus z. B. öl oder Fossilbrennstoff besteht, mit den vollen Ergänzungen von Bestandteilen und Eigenschaften, die ein allgemein in britischen Wärmeeinheiten gemessenes maximales Leistungspotential ergeben, und von denen die andere z. B. aus V/asser (vorzugsweise aufbereitetem, z. B. modifizierten,gereinigten oder destillierten Wasser) mit seiner hinsichtlich Verbrennbarkeit geringeren Kraft oder inerten oder teilweise inerten Eigenschaften besteht. Zusätzlich zu der Verwendung von mit Wasser vermischten Fossilbrennstoffen kann das Gemisch von Alkohol und ähnlichen Brennstoffen mit V/asser in Betracht gezogen werden, wobei das Wasser-Alkohol-Gsmisch als Leerlaufgemisch dient und Frostschutzeigenschaften hat. Die Kraft einer .jeden Kraftstoffeinspritzung wird gemittelt, wodurch plötzliche Veränderungen unmöglich gemacht werden, während der Brennkraftanstieg oder -abfall des Brennstoffs ohne unangemessene Verzögerung erfolgt, und zwar geschieht dies durch Proportionieren der Stufenkolbenpumpe in bezug auf die Zylinderverlagerung in den der Brennstoff einge-

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spritzt wird, und zwar alles zu dem Zweck, die Spitzendrücke no zu verringern, daß Motore leichterer Bauart möglich werden, während die mögliche Leistung über alle Drehzahlbereiche infolge einer näheren Realisation eines wirklicher. Konstantdruck-Dieselprozesses zunimmt.

Jede Pumpe umfaßt einen Pumpenzylinder A, eine den Zylinder in zwei Kammern aufteilende Unterteilung B, ein« in die beiden Kammern eintretenden und die Unterteilung B in dem Zylinder Λ positionierenden Stufenkolben C, eine Einrichtung D zum Hin- und Herbewegen des Kolbens in zeitlicher Abstimmung zur Motorrotation, eine Einrichtung E zum Zuführen von abgemessenem Brennstoff, eine Einrichtung P zum Zuführen von abgemessenem Brennstoff Verdünner bzw. Additiv und ein in den Motorzylinder einmündendes Einspritzventil G.

Die beiden Kammern bestehen erstens aus einer Pumpenüberleitungskammer, in der der Brennstoff und der Brennstoffzusatz gemischt werden, und zweitens einer Pumpenspeicherkammer, in der nicht eingespritztes Brennstoffgemisch neu gemischt und gespeichert wird. Das Prinzip des Neuraischens und Speicherns sorgt für ein Mitteln von Brennstoff/Zusatz-Brennkraft abhängig von dem Hutvolumen der Kammern über eine Anzahl von Arbeitsspielen des Motors. In der Praxis kann die die Flüssigkeiten aufnehmende und zuführende Pumpenüber-

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leitungskammer ein im wesentlichen komplettes Hubvolumen haben, wogegen die Pumpenspeicherkammer, die zuvor abgemessenen Brennstoff und Brennstoffzusatz speichert, ein übrigbleibendes unvollständiges Hubvolumen hat und dadurch hintereinander abgemessene Füllungen von Brennstoff/Zusatz-Gemisch oder Teilen hiervon hält und diese über eine Anzahl von Motorarbeitsspielen mischt und mittelt.

Der Pumpenzylinder A hat eine Innendurchmesserwand 25, die sich genau um eine Mittelachse erstreckt, wobei die Zylinderöffnung eine wesentliche Länge hat und an den einander gegenüberliegenden Enden durch Köpfe 26 und geschlossen ist, von denen zumindest einer zum Demontieren abnehmbar ist. Die Unterteilung B besteht vorzugsweise aus einem Kolben, der in dem Zylinder A betätigbar ist und eine Außendurchmesserwand 19 hat, die sich genau um die Mittelachse erstreckt und eine wesentlich geringere Länge als der Abstand zwischen den Köpfen des Zylinders aufweist. Der in den Zylinder A eintretende Stufenkolben C wird bei seiner Bewegung auf die Flüssigkeiten in den erwähnten beiden Kammern wirksam und hat durch die Köpfe 26 und 27 betätigbare Stempelkolben 23 und 2k unterschiedlicher Größe. Die den Stufenkolben C im Taktverhältnis zum Rotieren des Motors hin- und herbewegende Einrichtung D kann hinsichtlich Form und Konstruktion variieren und ist im

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Ausführungsbeispiel als Nocken/Stößel-Antrieb dargestellt.

Der Stufenkolben hat einen Stößel 25, der mit einem Nocke 36 diesem folgend in Eingriff kommt, wobei der Nocken 36 sich zusammen mit einer Welle 37 dreht, die bei halber Motorgeschwindigkeit (Viertrakt-Einstellung) durch (nicht dargestellte) Steuerräder angetrieben wird, wobei letztere durch die Kurbelwelle 11 angetrieben werden. Es ist ersichtlich, daß der Vorsprung des Nockens 3i den Stößel 35 derart verlagert, daß der größere Stempelkolben 23 des Stufenkolbens C in die oberste Kammer vorsteht und dadurch die Unterteilung B derart bewegt, daß die obere Kammer vergrößert wird, während die untere Kammer bei der Gesamtverschiebung verkleinert wird. Eine Rückholfeder 29 bewegt den Stößel wieder zurück, wobei ein charakteristisches Merkmal die Steuerung durch die Gestalt des Nockens 36 ist, der so konstruiert ist, daß Brennstoff in einem solchen Maß eingespritzt wird, daß sich die Zylinderdruck-Kurve c ergibt, die sich stets auf einen Druck vermindert, der unter demjenigen der Speicherkammer-Druckkurve d liegt. Der durch die Form des Nockens 36 bestimmte Einspritzgrad variiert mit jeweiliger Motorkonstruktion, um der Druckkurve c zu folgen und/oder diese zu bilden.

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Die Einrichtung E zum Zuführen von abgemessenem Brennstoff und die Einrichtung F zum Zuführen von abgemessenem Brennstoffzusatz bewirken in Zusammenarbeit das Zuführen oder Ergänzen einer vollen Einspritzfüllung zu der oberen Kammer im Anschluß an jede Konstan volumen-Einspritzung aus dieser. Hierzu weist die Einrichtung E ein Ventil 30 auf, das intermittierenden Brennstoff-Zutritt ermöglicht und die Einrichtung F hat ein Ventil 31, das intermittierenden Brennstoffzusatz-Zutritt ermöglicht. Die Ventile 30 und 31 sind im wesentlichen gleich und werden in entgegengesetzt abgestimmter Ordnung oder unterschiedlich abgestimmten Zeitintervallen geöffnet, und zwar sämtlich zum Zwecke des völligen Auffüllens der sich vergrößernden unteren Kammer. Dementsprechend führt die Einrichtung E Brennstoff, z. B. öl, von einer Konstantdruck-Zuführung 32 zu, während die Einrichtung F Zusatz, beispielsweise inerte Flüssigkeit, wie Mineralöl oder Wasser, von einer Konstantdruck-Zuführung/zuführt. Abhängig von den Flüssigkeitsviskositäten werden die konstanten Drücke auf eine geeignete Höhe eingestellt und/oder die Flüssigkeiten werden über Öffnungen bzw. Düsen mit geeignetem Durchmesser zugeführt.

Der konstante Druck wird mittels Pumpen 3¹* und 35 geschaffen, die die Flüssigkeiten durch Druckregler 36 bzw. 37 fördern. Die in jedem einzelnen Fall zugeführte

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"Menge an Flüssigkeit kann ,je nach der Zeitspanne, während der die Ventile 30 und 31 voll geöffnet sind, variieren. Zum Zurückziehen der Nadel des Ventils 30 von dem Ventilsitz und gegen eine Rückholfeder 42 aufgebrachte elektrische Spannung öffnet jedes Ventil in entgegengesetzt variiertem Ausmaß. Die-elektrische Spannung wird steuerbar bestimmt durch einen Regelwiderstand 41, dessen entgegengesetzte Polklemmen 43 und an Ventilöffnungs-Solenoide 45 und 46 angeschlossen sind und dessen beweglicher Kontakt 47 zwischen den Polklemmen arbeitet. Ein Kontaktgeber 50 dreht sich zusammen mit der Welle 37 und dem Nocken 36 und steht während des Einlaßhubes des Stufenkolbens C und der Unter teilung B unter Strom.

Das Einspritzventil G hat eine Düse, die an der Verbren nungskammer Y in den Zylinder'des Motors einmündet und ein (nicht dargestelltes) Absperrventil aufweist, das die Rückkehr von Brennstoff/Zusatz-Gemisch in die Einspritzdüse verhindert. Polglich erfolgt die Zufuhr stets nach vorn,und zwar durch ein Rohr od. dgl, das dem Zylinder der Maschine eine geeignet starke Charge zur Verbrennung zuführt.

Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich , daß die Ansaugluft zum Fördern der Verbrennung von eingespritztem Brennstoff proportional in zwei getrennte

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Teile aufgeteilt ist, und zwar in einen Teil, der bei niedriger oder mäßiger Verdichtung gespeichert und geeignet ist zur Förderung der Verbrennung von entzündetem Brennstoff bei verringerten Drücken, und in einen
anderen Teil, der auf Selbstentzündungstemperatur hochverdichtet ist. Das Volumen der gespeicherten Luft mit niedrigerem Druck ist auf ein Höchstmaß heraufgesetzt, v/ährend das Volumen der hochverdichteten Selbstentzündungsluft auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist,
wobei das obenerwähnte Verhältnis von 90 zu \Q% lediglich ein typisches Beispiel darstellt. Hierzu ist die
Längsrichtungs- oder Höhenstellung des bzw. der
Schlitze 16 so gewählt, daß Ansaugluft eingeschlossen
wird, die auf einen Verbrennung fördernden Druck verdichtet ist, z. B. einen Druck, wie er für Explosivverbrennung bei Otto-Motoren Anwendung findet. Weiter ist die Anordnung des bzw. der Schlitze 16 so gewählt, daß Ansaugluft für fortgesetzte Verdichtung auf Selbstentzündungstemperatur eingeschlossen wird, d. h. für
Verdichtung z. B. auf einen Druck, wie er bei Eigenzündung in Diesel-Motoren Anwendung findet.

In der Praxis ist die Selbstzündungskammer Y so
ausgebildet und/oder bemessen, daß die Verbrennung am
Beginn des Arbeitshubs anfängt, während der eine
gesteuerte Brennstoffeinspritzung, unterstützt durch
das Volumen von in die Selbstzündungskammer einge-

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drückter Ansaugluft erfolgt, wobei in der Praxis ein kleiner Anteil an Brennstoff während dieses anfänglichen Teils des Arbeitshubes eingespritzt wird. Anschließend wird mit fortschreitendem Arbeitshub und öffnen des bzw. der Schlitze 16 durch den Kolben 14 die Hauptmenge der Speicherluft aus der Kammer X zum Wiedereintritt in den Zylinder 12 freigegeben, wonach eine fortgesetzte, ge steuerte Brennstoffeinspritzung erfolgt, und zwar unterstützt durch das Volumen an Ansaugluft, die zuvor in der Speicherkammer verdichtet worden ist, und zwar in der Praxis mit dem Hauptteil an Brennstoff. Der Nocken 36 der Einrichtung Z zum Einspritzen eines gleichbleibenden Volumens an Brennstoff unterschiedlicher Brennkraft bestimmt den Grad bzw. die Geschwindigkeit der Verbrennung innerhalb des Zylinders 12 und steuert dadurch den darin vorhandenen Druck, so daß dieser der fallenden Zylinderdruck-Kurve c fiigt, die unter der bzw. kleiner als die im entsprechenden Verhältnis abnehmenden Speicherdruck-Kurve d treibt. Somit wird während des gesamten Arbeitshubes der Maschine ständig Kraft aufgebracht, und zwar eingeleitet durch Zünden in der Eigenzündungskammer Y und gefolgt von und fortgesetzt bei verringertem Druck, der durch den aus der Speicherkammer X wieder in den Zylinder 12 eintretenden Speicherluftdruck bestimmt wird.

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Claims (11)

1. Ansprüche:

   \.J Durch Verdichtungszündung gesteuerte Wärmekraftmaschine mit einem sich in einem Zylinder hin- und herbewegenden Kolben, der einen Verdichtungshub und danach, beaufschlagt durch die Expansion von brennendem Treibstoff , in dem Zylinder einen Arbeitshub ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß eine öffnung (16) zwischen der oberen und der unteren Totpunktstellung des Kolbens in den Zylinder (12) einmündet und durch die Bewegung des Kolbens (1^) in dem Zylinder geöffnet und geschlossen wird, daß eine mit der Öffnung in offener Verbindung stehende Speicherkammer (X) vorgesehen ist, wobei die öffnung für ein Verschließen durch den Kolben und für das Einschließen von Gasen in der Speicherkammer bei einem Verbrennung fördernden Druck angeordnet ist, daß eine Selbstzündungskammer (Y) für das Verdichten von Gasen auf Selbstentzündungstemperatur zwischen der öffnung und dem Zylinderkopf (13) ausgebildet ist, und daß die Maschine ferner eine Einspritzeinrichtung (Z) für über die gesamte Dauer eines jeden effektiven Arbeitshubes des Kolbens erfolgendes Einspritzen von Brennstoff in den Zylinder aufweist, wobei die öffnung für den Wiedereintritt von Gasen aus der Speicherkammer in den Zylinder zum Fördern der fortgesetzten Verbrennung des Brennstoffs während eines jeden Arbeitshubes durch den Kolben geöffnet wird.

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2. 2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer ein größeres Volumen als die Selbstentzünrtungskammer aufweist.
3. 3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer ein größtmögliches und die Selbstentzündungskammer ein kleinstmögliches Volumen aufweist.
4. *t. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in der Nähe des Zylinderkopfes in den Zylinder einmündet.
5. 5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung in Form einer Laternenringöffnung ausgebildet ist.
6. 6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherkammer aus einem den Zylinder umgebenden Ringraum besteht.
7. 7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzeinrichtung eine Steuereinrichtung (36) aufweist, die die Brennstoffeinspritzung für das Erzeugen von unter den Speicherkammerdrücken liegenden Verbrennungsdrücken begrenzt.

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8. 8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung für das Erzeugen von sich verringernden Verbrennungsdrücken die niedriger als die sich verringernden Speicherkammerdrücke sind, den Grad der Brennstoffeinspritzung unterschiedlich begrenzt.
9. 9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen synchron mit dem Betrieb der Maschine betätigten und den Grad der Brennstoffeinspritzung veränderlich begrenzenden Nocken (36) umfaßt.
10. 10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoff-Einspritzeinrichtung umfaßt: einen Pumpenkörper mit einer Uberleitungskammer (Y) und einer Speicherkammer (X) mit zwischen diesen bestehender, begrenzter Strömungsverbindung, eine in die Pumpenspeicherkammer zum Verändern von deren volumetrischer Verdrängung eintretende Flüssigkeits-Verdrängungseinrichtung (23), eine letztere in zeitlicher Abstimmung mit dein Arbeitsspiel der Maschine in die Pumpenspeicherkaramer hinein- und aus dieser herausbewegende Einrichtung (36), eine Einrichtung (E) zur abgemessenen Brennstoffzufuhr und eine Einrichtung (F) zur abgemessenen Brennstoffzusatz-Zufuhr, die zum Aufladen bzw. Auffüllen der Uberleitungskammer mit

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    einander proportionalen Mengen an Brennstoff bzw. Brennstoffzusatz und in zeitlicher Abstimmung mit dem Arbeitsspiel der Maschine beide in die Uberleitungskammer einmünden, und eine aus der Überleitungskammer in die Selbstzündungskammer einmündende Düse (0).
11. 11. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits-Verdrängungseinrichtung unterschiedlich bemessen ist und in die Pumpenüberleitungskammer und die Pumpenspeicherkammer eintritt, um deren Volumenverdrängungen entgegengesetzt zu verändern.

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