DE2947176A1

DE2947176A1 - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2947176A1
Application number: DE19792947176
Authority: DE
Inventors: Thomas Norman Lang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1979-11-23
Publication date: 1980-06-12
Also published as: GB2062748A; AU5006479A; GB2062748B

Description

PATENTANWÄLTE GEORG HANSMANN - DIERK HANSMANN JESSENSTRASSE 4 · 2000 HAMBURG 5O · TELEFON (0 40) 38 24 57

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Anmelder; Thomas Norman Lang,
Hampton/Australien

Brennkraftmaschine

Die Erfindiong bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Konstruktion einer Hochleistungsbrennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb dieser Maschine.

Die im folgenden beschriebene Maschine weist viele kennzeichnende Merkmale und Besonderheiten auf, von denen vier für die Leistungsfähigkeit der Maschine als besonders wichtig angesehen werden. Die erste wesentliche Besonderheit besteht aus Mitteln, mit denen die Verbrennungsperiode der Maschine wesentlich verlängert und der Wirkungsgrad der Verbrennung sehr vergrößert wirdj die zweite wesentliche Besonderheit besteht aus Mitteln, mit denen die effektive Antriebeperiode der Maschine ebenfalls verlängert und ihre Antriebsleistung sehr erhöht wird. Die beiden besagten Perioden werden noch näher definiert werden. Die dritte wesentliche Besonderheit wird darin gesehen, daß eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit additivfreiem Brennstoff betrieben werden kann, dh ihr Brennstoff ist frei von chemischen Verbindungen, die die Verbrennung in den herkömmlichen Maschinen erleichtern sol-

VERElNS- UND WESTBANK AQ 11/14230 (BLZ 200 300 00) ■ DEUTSCHE BANK AQ 65 06 224 (BLZ 200 700 00)

POSTSCHECK: UAMBJJRQ J76 65-205 (BLZ. 200100 20)

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len, aber schädliche Umweltverunreinigungen verursachen, so daß beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Maschine solche Verunreinigungen ganz vermieden werden. Die vierte Besonderheit besteht darin, daß sich der Verbrennungsvorgang bei sehr hohem Druck abspielt. Es ist weiter noch von Bedeutung, daß das Leistung-Gewichts-Verhältnis einer erfindungsgemäßen Maschine möglichst hoch sein soll, was für einen Fahrzeugantrieb von großer Bedeutung ist.

Um ihr Leistung-Gewichts-Verhältnis zu verbessern, sind viele herkömmliche Maschinen so konstruiert und eingestellt, daß sie mit einem überreichen Brennstoff-Luft-Gemisch betrieben werden, womit gemeint ist, daß das Gemisch nicht genügend Luft für die vollständige Verbrennung des Brennstoffs enthält; bei der Verwendung solcher Gemische hat man daher eine große Einbuße an Verbrennungsleistung; außerdem verursachen solche Maschinen starke Luftverunreinigungen, wenn sie den unverbrannten Brennstoff in die Atmosphäre ausstoßen. Imgegensatz dazu und um diese Luftverschmutzungen zu verringern, arbeiten viele Maschinen seit kurzem mit einem zu mageren Gemisch, was wiederum zur Folge hat, daß die Ausnutzung des Brennstoffs und daher die Antriebsleistung ebenfalls vermindert sind, wenn auch die Luftverschmutzung verringert ist.

Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine verschafft nun die Mittel, um die Luftverschmutzung zu verringern, aber die Antriebsleistung und die Brennstoffausnutzung zu steigern, wie noch gezeigt werden wird.

Die erwähnte Luftverschmutzung hat drei hauptsächliche Ursachen; sie kommt erstens vom Ausstoß der erwähnten Additive, zweitens von unverbranntem Kohlenstoff, Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid, die von der Maschine ausgestoßen werden, und drittens von Schwefel- und Stickstoffverbindungen und noch weiteren Chemikalien, die in fossilen Brennstoffen vorkommen. Weil die Erfindung darauf abzielt, Mittel zur Verringerung der Luftverschmutzung

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anzugeben, sind Maschinentypen, die die Eigenschaft haben, die Luft durch Additive zu verschmutzen, oder nicht imstande sind, den Brennstoff bei hohem Druck zu verbrennen, von der Diskussion ausgeschlossen. Es sollen aber drei Typen von Maschinen, die solche hinderlichen Eigenschaften nur im beschränkten Umfang aufweisen, zum Vergleich und zur Diskussion des Stands der Technik herangezogen werden.

Hierbei wird angenommen, daß (a) nur Kolben-Maschinen mit Kurbeltrieb die erwähnten, vier besonderen Merkmale haben können, daß (b) zur Vereinfachung der Diskussion angenommen werden soll, daß die Kurbelwelle einer jeden solchen Maschine im Uhrzeigersinn umlaufen soll, wenn nicht anderes ausdrücklich erwähnt wird; schließlich, daß (c) mit "Hub" eines Kolbens seine Bewegung vom unteren zum oberen Totpunkt oder umgekehrt gemeint ist. Weil alle Vergleichstypen viele Konstruktions- und Betriebsmerkmale gemeinsam aufweisen, wird hier in einer allgemeinen Beschreibung dieser Maschinen in ihrer einfachsten Form eine betriebsfähige Einheit verstanden, die in ihrem Gehäuse eine Kurbelwelle mit nur einer Kurbel aufweist, sowie einen zylindrischen Verbrennungsraum, in dem ein Kolben gleiten kann, und eine verbindende Pleuelstange, die derart drehbar sowohl an der Kurbel als auch am Kolben angebracht ist, daß eine axiale Bewegung des Kolbens eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle zur Folge hat. Weil die hier angeführten Maschinen im allgemeinen mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten betrieben werden, müssen Angaben über den augenblicklichen Ort des Antriebskolbens durch Angabe des entsprechenden Kurbelwinkels der mit dem jeweiligen Kolben zusammenarbeitenden Kurbel gemacht werden, und zwar derart, daß, wenn sich der Antriebskolben am unteren Totpunkt befindet, wenn der Zylinder eine Ladung Luft oder Gemisch aus Luft und Brennstoff enthält, der Kolbenort als die Null-Grad-Stellung bezeichnet werden soll, wonach die Kurbelwelle, wie erklärt, im Uhrzeigersinne weiterdjöit, während sich der Kolben nach oben bewegt,

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dh er entfernt sich von der Kurbelwelle, bis er seinen oberen Totpunkt oder seine 180°-Stellung erreicht, wonach eine weitere Drehung der Kurbelwelle den Kolben nach unten bewegt, bis er an seinen unteren Totpunkt zurückkehrt, was im Falle einer Zwei-Takt-Maschine, wie noch später erklärt werden wird, entweder die Null- oder die 360-Grad-Stellung des Kolbens ist.

Maschinen dieser allgemeinen Form werden wie folgt betrieben: Wenn sich der Kolben an seinem unteren Totpunkt bzw in seiner Null-Grad-Stellung befindet, enthält der Zylinderraum eine Ladung Frischluft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch; die Kurbel dreht sich dann, wie gesagt, im Uhrzeigersinn, wonach sich der Kolben nach oben bewegt und damit die besagte Ladung im Verbrennungsraum komprimiert. Wenn die Ladung aus Frischluft besteht, wird nun Brennstoff eingespritzt, wodurch bei ungefähr 170° Selbstzündung eintritt; wenn jedoch die Ladung aus einem Brennstoff-Luft-Gemisch besteht, wird nunmehr Wärme und zwar gewöhnlich in Form eines elektrischen Funkens hinzugeführt, wodurch jedenfalls eine Zündung eintritt, die eine gezügelte Explosion auslöst, wodurch der Gasdruck in dem Zylinderraum ansteigt und die Verbrennungsperiode der Maschine eingeleitet wird. Nach Verlassen der 170°-Stellung rückt der Kolben zunächst an seinen oberen Totpunkt oder in seine 180°-Stellung und dann nach unten in seine 200°-Stellung. Es ist einsehbar, daß (a), wenn sich der Kolben an seinem oberen Totpunkt befindet, der inzwischen auf der Kolbenoberfläche lastende Gasdruck noch kein Drehmoment auf die Kurbel ausüben kann; daß (b), sobald sich der Kolben nach Verlassen des oberen Totpunkts nach unten bewegt, im wachsenden Maße ein Drehmoment auf die Kurbelwelle übertragen wird, bis es bei dem willkürlich angenommenen 200°-Punkt voll wirksam wird, womit die effektive Antriebsperiode der Maschine beginnt. Aus dem vorhergehenden ergibt sich außerdem, daß ein Kolben, der auf diese Weise montiert ist und betrieben wird, auf eine jeweilige

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Kurbelwelle kein wirksames Drehmoment mehr übertragen kann, nachdem er In seine 34O°-Stellung gelangt 1st, womit auch gezeigt 1st, daß solch ein Kolben keine größere effektive Antriebsperiode als 140° haben kann.

In der vorhergehenden Diskussion sind einige besondere Eigenschaften besprochen worden, die eine erfindungsgemäße Maschine mit herkömmlichen gemeinsam hat und die im folgenden als die allgemeine form einer Brennkraftmaschine bezeichnet werden sollen. So ist es üblich, daß das Verhältnis von Kolbenhub zu -durchmesser 1,1 beträgt und das Verhältnis der optimalen Pleuellänge zum Kolbenhub 2,5; diese Proportionen können auch bei einer erfindungsgemäßen Maschine angewendet werden; aber es versteht sich, daß alle genannten Winkel und Dimensionen nur zur Erklärung der verschiedenen Vorgänge benutzt werden und nicht notwendigerweise die besten Werte für die angeführten Zwecke darstellen.

Im folgenden sind einige Eigenheiten aufgeführt und als Fehler numeriert, die die Wirksamkeit der zum Vergleich herangezogenen Brennkraftmaschinen begrenzen: Fehler Nr. 1. Verbrennung bei niedrigem Druck ist unakzeptabel, weil sie das Leistung-Gewichts-Verhältnis der diesbezüglichen Maschine herabdrückt;

Fehler Nr. 2. Volumetrische Leistungseinbuße, wobei, insbesondere bei hohen Drehzahlen, verschiedene Typen von Maschinen nicht genügend Luft für eine vollständige Verbrennung ansaugen können. Dieser Leistungsverlust kann entweder dadurch verursacht sein, daß die diesbezüglichen Maschinen für eine wirksame Verbrennung des Brennstoffs nicht genügend Luft ansaugen können oder dadurch, daß die Maschine mit ihrem Brennstoff-Luft-Gemisch einen Brennstoff-Überschuß erhält.

Fehler Nr. 3· Zu früher Ausstoß der Verbrennungsgase, verursacht Fehler Nr. 3a, Verlust bei der Antriebsleistung; Fehler Nr. 3b, übermäßiges Auspuff-Geräusch; Fehler Nr. 3c,

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übermäßige Maschinen-Vibrationen; Fehler Nr. 3d, Brennstoff-Vergeudung, und Fehler Nr. 3e, ein unannehmbares Ausmaß von Luftverschmutzung durch übermäßigen Ausstoß von Kohlenmonoxid, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Schmierölnebeln;

Fehler Nr. 4. Durch Brennstoff-Additive verursachte Luftverschmutzung;

Fehler Nr. 5. Verzögerungserscheinungen, treten besonders bei hohen Drehzahlen auf, werden hervorgerufen durch Fehler Nr. 5a, die Trägheit der am Prozeß beteiligten Gase; Fehler Nr. 5b, die Trägheit der mechanisch angetriebenen Ventilmittel; Fehler Nr. 5c, lange und gewundene Durchgangskanäle; hinsichtlich der Leistungsfähigkeit einer Maschine ist darauf hinzuweisen, daß hohe Drehzahlen an sich für ein günstiges Leistung-Gewichts-Verhältnis erforderlich sind, aber daß hohe Kolbengeschwindigkeiten die Zeitspanne verkleinern, während der Frischluft in den Verbrennungsraum eintreten kann, wodurch es der Maschine an genügend Frischluft für die Erzielung einer vollständigen Verbrennung mangelt und daher volumetrische Verluste auftreten; Fehler Nr. 6. Ungenügende Ausspülung des Verbrennungsraumes, tritt ein, wenn, Fehler Nr. 6a, die Ventilfunktion verzögert ist durch die Massenträgheit der Ventilteile; Fehler Nr. 6b, wenn insbesondere durch die ungünstige Anordnung der zu nahe beieinander im unteren Teil des Verbrennungsraumes liegenden Auslaß- und Einlaßöffnungen eine ungenügende Ausspülung auftritt, so daß hiervon vor allem die im oberen Teil des Verbrennungsräumes verbleibenden Verbrennungsgase betroffen sind.

Als erster Vergleichstyp ist zum Stand der Technik der Zwei-Takt-Diesel zu^iennen. Eine betriebsfähige Einheit dieses Typs in ihrer einfachsten Form ist nach den bereits erwähnten allgemeinen Gesichtspunkten konstruiert. Dieser Typ ist dadurch gekennzeichnet, daß in seinem Verbrennungsraum zunächst eine Ladung Frischluft komprimiert wird, bis ungefähr in der erwähnten 17O°-Stellung des

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Kolbens Brennstoff in die heiße Luft eingespritzt wird, wodurch Selbstzündung eintritt und die Verbrennungsperiode beginnt. Die effektive Antriebsperiode beginnt bei der 200°-Stellung des Kolbens; beide Perioden enden bei der 270°-Stellung des Kolbens, weil dieser dann auf seinem Wege zum unteren Totpunkt die Auslaßschlitze aufdeckt, so daß die Verbrennungsgase entweichen. Nach der Freigabe der Verbrennungsgase deckt der Kolben eine Einlaßöffnung auf, durch die Frischluft in den Verbrennungsraum einströmen kann, wonach der Kolben in seine 360°- Stellung rückt und der Kreislauf der Maschine beendet ist.

Um die Haupt eigenheiten dieses ersten Maschinentyps zusammenzufassen, so hat er einen Betriebskreislauf von 360°, eine Verbrennungsperiode von 100° und eine effektive Antriebsperiode von 70°, muß aber, insbesondere bei hohen Drehzahlen, die Gefahr von volumetrischen Verlusten in Kauf nehmen, dh fehler Nr. 2; wegen der kurzen Verbrennungsperiode können außerdem die unter 3 genannten fehler 3a bis 3e auftreten; weiter unterliegt er den als fehler Nr. 5a bezeichneten Verzögerungserscheinungen; aber sein wahrscheinlich schlimmster fehler ist die mit Nr. 6b bezeichnete, mangelhafte Spülung des Verbrennungsraumes.

Der zweite Typ der Vergleichsmaschinen ist als Vier-Takt-Diesel bekannt, und eine betriebsfähige Einheit hiervon in ihrer einfachsten form stellt bereits die genannte allgemeine form einer Brennkraftmaschine dar; sie unterscheidet sich aber von den Maschinen des ersten Typs dadurch, daß ihre Arbeitskreisläufe erst beendet sind, wenn der Kolben vier Arbeitstakte ausgeführt hat. Indem der Kolben von seiner Null-Grad-Stellung ausgeht, wird die im Zylinderraum befindliche Ladung an frischluft sehr hoch verdichtet. Sobald der Kolben auf diese Weise seinen ersten Arbeitstakt hinter sich gebracht hat und in seiner 170°- Stellung angekommen ist, wird additivfreier Brennstoff in die zusammengepreßte Luft eingespritzt und eine Selbst-

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zündung bewirkt, womit die Verbrennungsperiode der Maschine beginnt. Wie bei der allgemeinen Form einer Maschine erreicht der Kolben, während er seinen zweiten Takt ausführt, seine 200°-Stellung, in der die effektive Antriebsperiode beginnt; danach vollendet der Kolben seinen zweiten Takt, indem er an seinen unteren Totpunkt, seine 36O°-Stellung, rückt, und ein mechanisch betätigtes Auslaßventil hebt von seinem Sitz ab, wodurch die Verbrennungsgase entweichen; der Kolben bewegt sich wieder nach oben, um den dritten Takt auszuführen, während welchem die Verbrennungsgase ausgestoßen werden und der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, der seine 54O°-Stellung ist; danach schließt das Auelaßventil wieder; das Einlaßventil öffnet und der Kolben bewegt sich abwärts, um seinen vierten Takt auszuführen, in dem er Frischluft in den Verbrennungsraum einsaugt; danach erreicht der Kolben seinen unteren Totpunktjbzw seine 720°-Stellung, an dem beide Ventile geschlossen sind und die Maschine ihren Arbeitskreislauf beendet.

Wie bereits ausgeführt, kann ein derart betriebener Kolben nach Oberschreiten seiner 34O°-Stellung kein wirksames Drehmoment mehr ausüben, wodurch unter Zusammenfassung der Eigenheiten dieses zweiten Typs klar ist, daß solche Maschinen zwar einen Arbeitskreislauf von 720° haben, aber eine Verbrennungsperiode von nur 170° und eine effektive Antriebsperiode von nur 140°, außerdem solche Maschinen in einigem Umfang den Fehlern Nr. 2, 3a bis 3e und in einem größeren Umfang den Fehlern Nr. 5b und 6a ausgesetzt sind und schließlich ihr Leistung-Gewichts-Verhältnis durch die Notwendigkeit verkleinert wird, daß sich die Kurbelwelle für einen Antriebsimpuls zweimal drehen muß.

Der dritte Typ der zum Vergleich mit dem Stand der Technik herangezogenen Maschinen ist die Vier-Takt-Einspritzmaschine mit Fremdzündung. Eine betriebsfähige Einheit in ihrer einfachsten Form wird ebenfalls durch die genannte

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allgemeine form einer Brennkraftmaschine verkörpert. Sie ähnelt dem eben beschriebenen zweiten Typ darin, daß während des ersten Taktes der Kolben ebenfalls eine Ladung Luft komprimiert, bis in der Nähe der 17O°-Stellung Brennstoff in die komprimierte Luft eingespritzt wird; aber dieser dritte Typ unterscheidet sich von dem zweiten Typ dadurch, daß die mit Brennstoff beladene Luft durch Zuführung Ton Wärme, gewöhnlich in der Form eines elektrischen Funkens, gezündet wird. Eine Zusammenfassung der Eigenheiten dieses dritten Typs stimmt überein mit der Zusammenfassung, die für den zweiten Typ gegeben wurde, unterscheidet sich aber dadurch, daß Maschinen dieses dritten Typs wirtschaftlich bei niedrigeren Drücken arbeiten, als sie für Maschinen des ersten oder zweiten Typs notwendig sind.

Sie Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die die vorerwähnten Fehler nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungsfiguren, in denen die Erfindung an Ausführungsbeisplelen ausführlich erläutert und schematisch dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt auf der Mitteletane durch eine erfindungsgemäße Maschine;

Fig. 2A₉ 2B und 2C grafische Darstellungen des Durchflusses und Drucks der Gase, die in der Maschine Arbeit leisten;

Fig. 3 einen Querschnitt auf der Mittelebene durch eine

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einfachere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine;

Fig. 4 einen Querschnitt einer Teilansicht von druckentlastenden Mitteln, die bei Maschinen nach den Fig. 1 und 3 angewendet werden können.

In Fig. 1 ist die Konstruktion einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine dargestellt. Die Maschine umfaßt ein Gehäuse 1, in dem eine erste Kubelwelle 2 mit zwei Kurbeln 2A und 2B sowie eine zweite Kurbelwelle 3 mit einer Kurbel 3A drehbar gelagert sind; auf den jeweiligen Kurbelwellen 2 und 3 sind Zahnräder 4 und 5 mit gleichen Eigenschaften montiert, die in einander eingreifen, um eine Zusammenarbeit der beiden Kurbelwellen zu gewährleisten. Das Gehäuse 1 umfaßt außerdem drei Zylinder, einen ersten Zylinder 6, einen zweiten Zylinder 7 und einen dritten Zylinder 8. Die jeweiligen Kurbeln 2A, 2B und 3A sind drehbar mit Kolben 12, 13 und 14 verbunden; dadurch kann eine Drehbewegung der Kurbeln 2A, 2B und 3A in eine Axialbewegung der Kolben 12, 13 und 14 in den Zylindern 6, 7 und 8 und umgekehrt umgesetzt werden. Eine zweite Kurbelwelle 3 bringt den Vorteil mit sich, daß die Pleuel 9, 10 und 11 die bereits erwähnte, optimale Länge haben können, so daß die Antriebskräfte mit höchster Wirksamkeit auf die jeweiligen Kurbeln bzw Kolben übertragen werden. Der obere Teil der Zylinder 6 und 7 ist durch eine Ventilhalteplatte 15 und durch eine Dekkelplatte 16 derart gasdicht verschlossen, daß im Zylinder 6 ein Kompressionsraum 17, worin die angesaugte Frischluft komprimiert wird, und im Zylinder 7 ein erster oder Hochdruck-Verbrennungsraum 18 gebildet wird. Der obere Teil des Zylinders 8 wird durch einen Deckel 19 derart gasdicht verschlossen, daß ein Niederdruck- oder zweiter Verbrennungsraum 20 gebildet wird.

Im Deckel 16 ist ein Pilzventil 23 montiert, dessen Dichtungsfläche eine Öffnung 15A in der Ventilhalteplatte 15

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berührt und verschließt. Zu dem Ventil 23 gehört ein Ventilschaft 23A, auf den eine weiche Ventilfeder 23B montiert ist. Die Öffnung 15A geht über in einen in der Deckelplatte 16 befindlichen Kanal 16A, der mit dem Kompressionsraum in Verbindung steht und als zu diesem gehörig angesehen werden kann. In der Wand des Zylinders 7 befindet sich ein Überströmkanal oder eine Öffnung 7A, die die Räume 18 und 20 mit einander verbindet.

Gegen die innere Oberfläche des Deckels 16 schließt ein Plattenventil 21 an, das eine Vielzahl von Öffnungen 21A, wenigstens einen Ventilschaft 21B und auf dem Schaft eine weiche Ventilfeder 21C aufweist. Der Deckel 16 hat ebenfalls eine Vielzahl von Löchern 16B, von denen jedoch keines den Löchern 21A in der Ventilplatte 21 gegenübersteht. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist in dem Deckel 16 auch noch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 22 angebracht.

In dem Deckel 19 befindet sich ein Durchgang 19A, in dem ein Überdruckventil 24 eingebaut ist, sowie ein Ventilsitz 19B, den das Ventil 24 berührt, und ein Vorsprung 19C, an dem eine Ventilabdeckung 24A angebracht ist. In dem Vorsprung 19C "und in dem äußeren Teil der Ventilabdeckung 24A ist der Schaft des Ventils 24 geführt. Der Schaft hat einen Absatz, auf dem eine Druckplatte 25 sitzt. Zwischen der Druckplatte 25 und der Innenfläche des äußeren Teils der Ventilabdeckung 24A stützt sich eine steife Feder 26 ab, über deren Steifigkeit noch weitere Angaben gemacht werden sollen.

Auf diese Beschreibung der wichtigsten Teile einer erfindungsgemäßen Maschine sollen nun Bemerkungen über das Zusammenwirken der genannten Teile folgen, wobei auf die Fig. 2A, 2B und 20 Bezug genommen wird, in denen die jeweiligen Gasdrücke aufgezeichnet sind, die während der entsprechenden Betriebsperiode einer erfindungsgemäßen Maschine auftreten. Diese Perioden haben eine Dauer von

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jeweils 360°, während denen die Drücke auf die jeweiligen in den Räumen 17, 18 und 19 arbeitenden Kolben 12, 13 und 14 aufgebracht werden, wie jeweils in den Pig. 2A, 2B und 20 dargestellt ist.

In jeder der drei Fig. zeigt eine Gerade den normalen Luftdruck an; demgegenüber wird der in den Zylinderräumen gerade herrschende höhere oder niedrigere Gasdruck durch die Kurve angegeben. Numerierte Ordinaten beziehen sich auf die Winkel-Stellung jeder der drei Kurbeln 2A, 2B und 3A während der Betriebsperiode der Maschine, wobei sich die Null-Grad-Ordinate auf die jeweilige Stellung jeder Kurbel und jedes Kolbens in Fig. 1 bezieht. Die oberen und unteren Totpunkte jedes Kolbens sind jeweils mit ODC (outer dead center) und IDC (inner dead center) bezeichnet. Zeitabschnitte, die in den Fig. 2A, 2B und 2C als "Port 61", "Port or Passage 71" und "Port 8A^W bezeichnet sind, beziehen sich auf die in Fig. 1 dargestellten öffnungen und Durchgänge. Diese Zeitabschnitte erstrecken sich über einen Bereich von Ordinaten und beginnen bei einer mit "O" markierten Ordinate, bei welcher ein Kolben anfängt, die zugehörige Öffnung aufzudecken; diese Zeitabschnitte enden, wenn ein Kolben eine jeweilige Öffnung schließt, was an der entsprechenden Ordinate durch den Buchstaben ^NCⁿ angezeigt wird. Die Gasströmung wird durch Pfeile dargestellt und mit D D, £ E usw bezeichnet. Die Tätigkeit der Ventile 21, 23 und 24 ist in den Fig. 21, 2B und 2C nicht dargestellt, weil sie infolge der Druckunterschiede automatisch arbeiten.

Die Fig. 21 bezieht sich auf den Kolben 12, der von der im Ohrzeigersinne sich drehenden Kurbel 21 angetrieben wird, wobei sich der Kolben in der 20°-Stellung nach unten bewegt, wodurch im Zylinderraum 17 ein Unterdruck entsteht und infolge dieses Unterdrucks das Plattenventil 21 öffnet und atmosphärische Luft in den Raum eintritt, wie durch die Pfeile £ angezeigt wird. Ebenso, wenn der Kolben 12 die Öffnung 6A aufdeckt, wird der Unterdruck aufgehoben und der Raum 17 bei Atmosphärendruck mit Frisch-

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luft gefüllt, wodurch Fehler Nr. 2 vermieden wird, und das Plattenventil 21 nimmt seinen Sitz wieder ein. Der Kolben 12 beendet seine Bewegung nach unten in der 180°- Stellung und bewegt sich dann wieder nach oben, bis er in der 230°-Stellung die Öffnung 6A wieder abdeckt und fortfährt, indem er die nun eingeschlossene Luft komprimiert; diese Kompression wird solange gesteigert, bis die Luft das Ventil 23 anhebt und in den Baum 18 übertritt, wie durch die Pfeile D angedeutet. Der Kolben 12 gelangt dann an seinen oberen Totpunkt, die Null- oder 36O°-Stellung, in der der Druck in den Räumen 17 und 18 gleich groß wird und das Ventil 23 auf seinen Sitz zurückkehrt. Nachdem das Ventil 23 in der Null-Grad-Stellung wieder auf seinem Sitz ist, bewegt sich der Kolben 12 wieder nach unten, bis seine Bewegung im Raum 17 einen Druckabfall verursacht, so daß in ihm, wie schon gesagt, ein Unterdruck entsteht, durch welche Bewegung der Kreislauf des Kolbens vervollständigt wird.

Die Pig. 2B bezieht sich auf den Kolben 13» der sich derart in dem Raum 18 bewegt, daß sich die Kurbel 2B im Uhrzeigersinne dreht. Der Kolben befindet sich in seiner NuIl-Grad-Stellung, die auch sein unterer Totpunkt ist, siehe Fig. 1, wonach er sich wieder nach oben in seine 40°-Stellung bewegt, in der er die Abschließung der öffnung oder des Durchgangs 7A beendet und in dem Raum 18 ein Gasvolumen einschließt, dessen Zusammensetzung noch beschrieben werden soll.

Nach Durchgang durch die 40°-Stellung übt der Kolben bis zu der durch den Buchstaben Z in der Pig. 2B gekennzeichneten 170°-Stellung auf die eingeschlossenen Gase einen sehr hohen Druck aus. Danach wird von der Brennstoffeinspritzvorrichtung 22 additivfreier Brennstoff in die hochverdichtete Luft eingeblasen, siehe dazu Pig. 1, wodurch Selbstentzündung des Brennstoff-Luft-Gemisches eintritt und wodurch der Kolben während eines Maschinen-Arbeits-

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Kreislaufes die Kurbel 2B wirksam betätigt.

Um die Zusammensetzung der genannten Verbrennungsgase zu verstehen, muß darauf hingewiesen werden, daß, wie in Fig. 1 gezeigt, das Fassungsvermögen des Raumes 17 das des Raumes 18 übersteigt, wodurch, wenn das genannte Volumen von komprimierter Luft sich axial durch den Raum 18 von seinem oberen zu seinem unteren Ende bewegt und der Durchgang 7A offen ist, beinahe die Gesamtheit der noch brennenden Gase in den Raum 20 übertritt, wohin den Gasen eine unbestimmte Menge aus dem Raum 17 stammender, komprimierter Luft nachfolgt. Diese Bewegungen werden in der Fig. 2B durch die Pfeile F angedeutet.

Es ist augenscheinlich, daß die Verbrennungsprodukte durch die beschriebenen Gasbewegungen sehr wirksam aus dem Räume 18 heraus gespült werden.

Als Ergebnis der genannten Gasbewegungen wird der Druck in den beiden Räumen 18 und 20 so lange aufrecht erhalten, bis der sich nach oben in seine 40°-Stellung bewegende Kolben 13 den Durchgang 7A abdeckt und dadurch im Räume 18 eine Ladung von beinahe reiner Luft unter Druck abschließt, welche durch die fortgesetzte Kolbenbewegung nach oben für die Ausführung einer zweiten Antriebsbewegung noch weiter zusammengedrückt wird, wobei diese Antriebsbewegung jedoch ein Teil des folgenden Tätigkeitskreislaufs der Maschine ist.

Mit der genannten Zündung in dem Raum 18 beginnt eine erste Verbrennungsperiode, nach der der Kolben zuerst nach oben an seinen oberen Totpunkt rückt und danach nach unten, um die Kurbel 2B mit dem Gasdruck anzutreiben, der inzwischen auf den Kolben 13 ausgeübt wird. Dieser Druck ist die Ursache für eine erste Stufe einer ersten Antriebsperiode, die bei der 200°-Stellung, siehe Fig. 2B, beginnt und die als schraffierte Fläche ausgehend von der 200°-0rdinate

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gezeichnet ist. Von seiner 200°-Stellung aus treibt der Kolben 13 die Kurbel 2B effektiv an, während der Grasdruck in dem Räume 18 etwas abfällt bis ungefähr zu der 340°- Steilung, in welchem Zeitpunkt, während die Verbrennungsgase noch brennen, die erste Stufe der ersten effektiven Antriebeperiode der Maschine endet. In der 32O°-Stellung des Kolbens 13 beginnt die Aufdeckung des Durchgangs 7A, siehe dazu Fig. 2B, wodurch die Verbrennungsgase in den Raum entweichen bis zu einer Zeit, die als die 34O°-Stellung des Kolbens angenommen wird, was, wie erklärt, die letzte Stellung ist, in der der Kolben 13 der Kurbel 2B tatsächlich noch einen Antrieb erteilen kann. Dabei ist es wichtig, daß, während der Kolben 12 einen großen Energiebetrag von der Kurbelwelle 2 für die Komprimierung der Luft entnimmt, ein anderer großer Energiebetrag, wie gezeigt, durch den Kolben 13 auf die genannte Kurbelwelle 2 übertragen wird. Diese Zusammenarbeit zwischen den genannten Kolben hat zur folge, daß bei einer erfindungsgemäßen Maschine alle Maschinenvibrationen, die bei anderen Hochdruckmaschinen, siehe Fehler Nr. 3c, auftreten, ver^mieden werden.

Die Fig. 2C bezieht sich auf den Kolben 14» der sich derart im Räume 20 bewegt, daß die Kurbel 3A im Gegenzeigersinn gedreht wird, wobei diese Drehrichtung durch das Zusammenwirken der Zahnräder 4 und 5 umgekehrt übertragen und die Zusammenarbeit der Kurbelwellen 2 und 3 beim Antrieb der Maschine gesichert wird.

Wie in Fig. 20 dargestellt, befindet sich der Kolben 14 in seiner 300°-Stellung an seinem oberen Totpunkt und unterliegt, wie noch erklärt wird, einem sehr hohen Gasdruck. In seiner 320°-Stellung ist der Kolben 14 auf dem Wege nach unten und, weil der Raum 20 durch den Kolben 13» der den Durchgang 7A abdeckt, geschlossen ist, verursacht diese Bewegung des Kolbens 14 einen plötzlichen Druck-

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abfall im Raum 20. Wenn der Kolben 13 in der 320°-Stellung, wie erklärt, den Durchgang 7A aufzudecken beginnt, bewegen sich praktisch alle Verbrennungsgase zusammen mit einem Teil der in Raum 17 komprimierten Luft in den Raum 20, wie von den Pfeilen F in Fig. 2B dargestellt.

Es ist erstens von großer Bedeutung, daß der Gasdruck in der 34O°-Stellung im Raum 18, wie gesagt, keinen Antrieb mehr ausübt und zweitens daß in diesem Augenblick die Gase in den Raum 20 übertreten, weil der Kolben 14» der sich zu diesem Zeitpunkt auf dem Wege zu seinem unteren Totpunkt um 40° jenseits seines oberen Totpunkts und damit in der idealen Stellung befindet, in der ihn die Verbrennungsgase antreiben können; und drittens, daß sich der durch die Verbrennung im Raum 18 ergebende Gasdruck durch weitere Verbrennung im Raum 20 noch sehr gesteigert wird, weil der bereits erwähnte Anteil an Frischluft, der durch den Raum 18 in den Raum 20 geleitet wird, mit den genannten Verbrennungsgasen vermischt wird und dadurch, wie aus der schraffierten Fläche in Fig. 2C zu entnehmen, eine zweite Stufe der ersten wirksamen Antriebsperiode einer erfindungsgemäßen Maschine ungefähr in ihrer 34O°-Stellung beginnt. Weitere Wirkungen, die sich aus der Anwesenheit des Extra-Anteils an Frischluft im Raum 20 ergeben, sollen im Folgenden noch ausführlicher beschrieben werden.

Indem der Kolben 14, wie in Fig. 2C dargestellt, seine Bewegung nach unten fortsetzt, beendet er die zweite Stufe der ersten effektiven Antriebsperiode der Maschine, wenn er die Auslaßöffnung 8A aufdeckt, wobei angenommen wird, daß die Verbrennungsgase, nachdem die 1OO°-Stellung erreicht worden ist, kein wirksames Drehmoment mehr erzeugen, wodurch zusammen mit der zweiten Stufe der effektiven Antriebspedode der Maschine auch ihre Verbrennungsperiode endet, wie die schraffierte Fläche in Fig. 2C zeigt, und beinahe alle Verbrennungsgase den Raum 20 verlassen, wie die Pfeile G zeigen.

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Wie aus Fig. 20 weiter ersichtlich, erreicht der Kolben seinen unteren Totpunkt in der 120°-Stellung und bewegt sich von dort nach oben; wenn der Kolben 13 in der 160°- Stellung den Durchgang 7A abdeckt, schließt der Kolben 14 die Auslaßöffnung 8A und komprimiert durch seine Aufwärtsbewegung die im Raum 20 noch enthaltenen Gase, bis der Kolben 14 seinen oberen Totpunkt erreicht, was in der 300°-Stellung eintritt, in der der Verbrennungsraum 20 am kleinsten und der Gasdruck darin sehr hoch ist, jedenfalls hoch genug, um das Ventil 24 unter Zusammendrücken der steifen Feder 26 vom Sitz abzuheben, wodurch die komprimierten Verbrennungsgase durch den Kanal 19A entweichen, wonach das Ventil 24 wieder auf seinen Sitz zurückkehrt. Sie Steifigkeit der Feder 26 muß dabei so groß sein, daß das Ventil 24 nicht schon durch den betriebsmäßig im Raum 20 auftretenden Gasdruck abgehoben wird, sondern erst durch die höheren Brücke, die, wie erklärt, auftreten, wenn die restlichen Verbrennungsgase durch den Kanal 19A ausgestoßen werden sollen.

Nun soll dargelegt werden, wie die Steuerung des Brennstoffanteils im Gemisch, ob fett oder mager, die Leistung der Maschine beeinflußt.

Die Maschine ist so konstruiert,daß sie erstens durch die Verbrennung eines überfetten Brennstoff-Luft-Gemisches im Räume 18 und zweitens dadurch bewegt wird, daß das ursprünglich fette Gemisch dadurch im Raum 20 zu einem mageren Gemisch wird, daß zu den ursprünglichen Verbrennungsgasen, wie erklärt, zur weiteren Verbrennung noch weitere Luft hinzukommt, so daß nur noch ein Minimum an verunreinigenden Substanzen in die Atmosphäre ausgestoßen wird und der Kolben 14 der Kurbelwelle 3 zusätzliche Bewegungsenergie erteilt.

Venn die Maschine nur wenig belastet ist, ist das Brennstoff-Luft-Gemisch im Raum 18 manchmal auch etwas magerer;

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aber solche Abmagerung ermöglicht nach wie vor eine wirksame Tätigkeit des Kolbens 13, und die wirtschaftliche Ausnutzung des Brennstoffes ist dadurch nicht sehr beeinträchtigt. Wenn im Gegensatz dazu im Notfall von der Maschine eine besondere Leistung verlangt wird, wird weiterer Brennstoff zu dem schon fetten Gemisch in den Raum 18 gebracht, der nun zusammen mit der zusätzlichen Frischluft, wie erklärt, in den Raum 20 übertritt, wo die zusätzliche Frischluft hilft, das überfette Gemisch wirksam zu verbrennen, wodurch von der Maschine zusätzliche Leistung hervorgebracht wird, ohne die Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauchs zu beeinträchtigen und die von der Maschine verursachte Luftverschmutzung ernsthaft zu erhöhen.

Diese Fähigkeit, sowohl im Überlast- als auch im Leerlauf-Zustand wirtschaftlich zu arbeiten, zeigt die Elastizität einer erfindungsgemäßen Maschine. Sie ist bei herkömmlichen Maschinen nicht zu finden, weil diese in einer betriebsfähigen Einheit nur einen antriebserzeugenden Raum und keine zweite Luftversorgung haben und bei ihnen eine Verringerung der Brennstoffzufuhr einen sehr deutlichen oder sogar vollständigen Leistungsabfall hervorruft, während eine vermehrte Brennstoffzufuhr erstens nur einen kleinen Leistungsanstieg zur Folge hat, aber zweitens eine deutliche Zunahme der Luftverschmutzung und eine Brennstoffvergeudung, wie sie als Fehler Nr. 3d und 3e bereits erwähnt wurden.

In der nachfolgenden Diskussion werden die wichtigsten Eigenschaften der Vergleichsmaschinen mit den entsprechenden Eigenschaften einer erfindungsgemäßen Maschine verziehen.

Fehler Nr. 1 wird vermieden, weil in einer erfindungsgemäßen Maschine die Verbrennung bei hohem Druck bewirkt wird. Dank der Wirkungsweise des Ventils 21, der Einlaßöffnung 6A und einer angemessenen Größe des Raumes 17

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kann in einer erfindungsgemäßen Maschine der volumetrische Wirkungsgrad nicht abfallen, wodurch der Fehler Nr. 2 vermieden wird. Während die Vergleichsmaschinen eine Verbrennungsperiode von höchstens 170° und eine effektive Antriebsperiode von höchstens 140° haben, hat eine erfindungsgemäße Maschine entsprechende Perioden von 290° und 260°, wobei noch die Fehler Nr. 3 und 3a bis 3e vermieden werden. Wegen ihrer erweiterten Verbrennungsperiode verbrennt eine erfindungsgemäße Maschine additiv-freien Brennstoff unter Vermeidung von Fehler Nr. 4 mit hohem Wirkungsgrad. Während in vielen bekannten Maschinen gekrümmte Kanäle für die Oberführung der im Verfahren benutzten Gase dienen, werden bei der Konstruktion einer erfindungsgemäßen Maschine hierfür nur glatte Kanäle verwendet und damit auch die Fehler Nr. 5 und 5a bis 5c vermieden. Dadurch, daß bei einer erfindungsgemäßen Maschine die Verbrennungsgase aus dem Hochdruckraum 18 durch einen aus dem Raum 17 kommenden Druckluftstrahl in den Raum 20 geblasen und die restlichen Verbrennungsgase aus dem Raum 20 zwangsweise durch den Kanal 19A herausbefördert werden, ist die Spülung einer erfindungsgemäßen Maschine sehr wirkungsvoll und werden die Fehler Nr. 6, 6a und 6b vermieden·

Die in Fig. 1 gezeigte Zündeinrichtung 27 hat im Zylinderkopf des Raumes 20 den für die Entzündung der Gase am besten geeigneten Platz. Sie dient dazu, um (a) die Maschine starten zu können, wenn sich das im Räume 18 enthaltene Luft-Brennstoff-Gemisch noch nicht von selbst entzünden will; das Gasgemisch tritt dann in den Raum 20 über, wo es von der Zündkerze 27 elektrisch gezündet und die Maschine dadurch in Gang gesetzt wird, und (b) um im Betrieb ein Hilfezündmittel zur weiteren Verbesserung des Verbrennungsprozesses zur Verfügung zu haben.

Da es so aussieht, als ob von allen drei Vergleichsmaschinen die Yfer-Takt-Brennkraftmaschine mit Fremdzündung die wirkungsvollste ist, soll nun ein Vergleich zwischen einer Maschine dieses Typs und einer erfindungsgemäßen Maschine

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angestellt werden. Jede Maschine soll dabei vier Antriebszylinder umfassen und während einer Umdrehung der jeweiligen Kurbelwelle betrieben werden. Es ist nun von größter Bedeutung, daß eine erfindungsgemäße Maschine zwei Ladungen Brennstoff verbrennt, während die Vergleichsmaschine zwar auch zwei Ladungen Brennstoff verbrennt, aber nur über einen Gesamtwinkel von 280° angetrieben wird, wobei jede Ladung Brennstoff während eines Winkels von 170° verbrannt wird, während eine erfindungsgemäße Maschine über einen Gesamtwinkel von jedoch 520° angetrieben und wobei jede Ladung Brennstoff während eines Winkels von 290° verbrannt wird. Hierdurch sind die Verbesserungen in Bezug auf Verbrennung und Antrieb bei einer erfindungsgemäßen Maschine klar erwiesen.

In Fig. 3 ist eine wahlweise Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine dargestellt, die nur eine Kurbelwelle 101 mit den Kurbeln 101A, 101B und 101C umfaßt, die wiederum jeweils mit verbindenden Pleueln 102, 103 und 104 sowie mit Kolben 105, 106 und 107 zusammenwirken, wodurch, wie in Zusammenhang mit den ähnlichen in Fig. 1 dargestellten Kolben 12, 13 und 14 erklärt, der Antrieb dieser Maschine bewirkt wird. Dieses Merkmal, daß sie nur eine Kurbelwelle umfaßt, ist für die wahlweise Ausführungsform dadurch vorteilhaft, daß die Konstruktion vereinfacht wird; leider ist dabei jedoch ungünstig, daß entweder die Pleuel 102 und 103 außergewöhnlich lang sein müssen oder das Pleuel 104 außergewöhnlich kurz sein muß, wodurch der Antriebswirkungsgrad dieser Form etwas vermindert wird.

Falls das Anlassen einer Maschine bei hohem Druck Schwierigkeiten machen sollte, ist in Fig. 4 ein Mittel gezeigt, durch das jede Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Maschine auch bei niedrigerem Druck angelassen und dann auf Hochdruckbetrieb umgeschaltet werden kann. Der Teilausschnitt der Fig. 4 ähnelt im allgemeinen den in Fig. 1 und 3 dargestellten Maschinen. Die Ausführungsform weist

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ein Gehäuse 301 auf, das einen Kompressionsraum 302 und einen Hochdruck-Antriebsraum 303 umfaßt, wobei beide Räume an ihren oberen Enden durch eine Ventilanbringungsplatte 304 und eine Deckelplatte 305 gasdicht abgeschlossen werden· Eine Vertiefung 3O5A in der Deckelplatte 305 stellt eine Verbindung zum Kompressionsraum 302 und gleichzeitig einen Teil von ihm dar. Ein Kolben 306, der sich an seinem oberen Totpunkt befindet, hat damit den Inhalt des Raumes 302 so klein wie möglich gemacht und eine Ladung Frischluft so hoch wie möglich komprimiert, die danach durch die kanalartige Vertiefung 3O5A und nach Abheben eines Ventils 307 in den Raum 303 überströmen kann. Die hier beschriebene Konstruktion wird in ähnlicher Weise betrieben wie die Konstruktionen der Pig. 1 und 3· Die fig. 4 zeigt jedoch in Verbindung mit der Deckelplatte 305 einen Vorsprung 308 mit einem inneren Durchgang 308A, welcher mit seinem inneren Ende mit der Vertiefung 3O5A verbunden ist und an seinem äußeren Ende mit einem Raum 308B in Verbindung steht, der einen Ventilsitz 308C aufweist, wobei der Durchgang 308A durch ein Absperrventil 309 unterbrochen werden kann. An dem Vorsprung 308 ist ein Ventilgehäuse 310 angebracht, dessen äußeres Ende mit einem drehbaren Deckel 311 verschlossen werden kann.

Innerhalb des Ventilgehäuses 310 ist ein Ventil mit einer kugelförmigen Ventildichtfläche 312 untergebracht, die den Ventilsitz 308C berührt, während der Ventilschaft in dem Ventildeckel 311 gleiten kann. Auf dem Ventilschaft ist eine feder 313 montiert, die sich einerseits an der Ventilkugel 312 und andererseits an dem Deckel 311 abstützt, wodurch die Dichtfläche 312 auf den Sitz 308C gedrückt wird. Außerdem umfaßt das Ventilgehäuse 310 wenigstens ein seitlioh gelegenes Auslaßloch 310A.

Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Ventils 312 und der zugehörigen Teile beschrieben.

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Wenn das drehbare Absperrventil 309 geschlossen ist, sind die mit dem Vorsprung 308 in Fig.4 zusammenhängenden Elemente wirkungslos, so daß eine damit ausgerüstete Maschine genau so arbeitet wie die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Maschine. Wenn das drehbare Ventil 309 jedoch geöffnet ist, dann hebt die aus dem Raum 302 austretende Preßluft das Ventil 312 an und ein Teil der Luft entweicht durch die Löcher 310A, so daß die dann noch in den Raum 303 übertretende Luft zur Selbstzündung des Gemisches nicht mehr ausreicht. Die aus dem Raum in den Raum 303 übertretende und mit Brennstoff zu beladende Luft gelangt aber danach in den Niederdruck-Antriebsraum, in dem das Gemisch durch eine Zündkerze, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, gezündet werden kann, wodurch die jeweilige Maschine in Gang gesetzt wird. Danach kann das Absperrventil 309 geschlossen werden, und die Maschine arbeitet normal weiter. Das bedeutet, daß die Maschine dann Ladungen von mit Brennstoff vermischter Luft im Raum 303 in normalem Betrieb selbst zündet, wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben. Diese einfache Methode, den Betrieb einer erfindungsgemäßen Maschine zu starten, ist eine große Verbesserung gegenüber den üblichen, umständlichen Anlaßmethoden selbstzündender Maschinen.

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In Zusammenhang mit Fig. 1 ist die erste Stufe des Antriebs einer erfindungsgemäßen Maschine dargestellt worden, bei der die Verbrennung im Raum 18 einen sehr hohen Druck hervorruft, wodurch der Kolben 13 die Kurbel 2B, wie erklärt, antreibt und, indem sich die Verbrennungsgase ausdehnen der besagte Druck absinkt. Die Verbrennungsgase treten danach in den Raum 20 über, wodurch der Kolben 14 der genannten Kurbel indirekt einen weiteren Antrieb, die zweite Stufe, erteilen kann. Danach entweichen die immeijhoch unter Druck stehenden Verbrennungsgase durch die Auslaßöffnung 8A.

Es ist offensichtlich, daß die genannten, noch unter Druck stehenden Gase noch weiter ausgenutzt werden und weitere Antriebsbetätigungen durchführen können, wenn sie durch die Auslaßöffnung 8A zu einem weiteren Zylinderraum geführt werden, der die genannten, von der Öffnung 8A aufgenommenen Gase in derselben Weise weiterverarbeiten kann, wie es der Zylinderraum 20 tut, der die Grase vom Raum 18 aufnimmt und weiterverarbeitet.

Ea versteht sich daher, daß sich die Anmeldung auch auf Mittel erstreckt, durch die jede Ladung Brennstoff mittels einer Vielzahl von Verbrennungsräumen zusammen mit ihren zugehörigen Teilen der Kurbelwelle einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine Antrieb erteilt.

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Claims

PATENTANV/ÄLTE

GEORG HANSMANN ■ DIERK HANSMANN

(t 1977)

JESSENSTRASSE 4 · 2000 HAMBURG 50 · TELEFON (0 40) 38 24 57

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Anmelder; Thomas Norman Lang,
Hampton/Australien

Patentansprüche

: 1. Brennkraftmaschine mit Brennstoffeinspritzvorrichtung und mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Kurbelwelle mit mindestens zwei Kurbeln drehbar gelagert ist, das einen ersten, zweiten und dritten Zylinder umfaßt, in denen sich jeweils ein Kolben mit der jeweiligen Kurbel derart in Wirkverbindung befindet, daß er sich bei entsprechender Kurbeldrehung zwischen einem unteren und einem oberen Totpunkt bewegt, wobei die Zylinder an ihrem oberen Ende derart mit einem Zylinderkopf abgeschlossen sind, daß sich entsprechende Zylinderräume ergeben, die zur Füllung und/oder Entleerung durch die Kolbenbewegung auf- oder abdeckbare Öffnungen und/oder durch den Druck im Zylinder steuerbare Ventile aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zylinder (6) ein Luftansaugeventil (21) im Zylinderkopf (15, 16) aufweist, daß vom ersten zum zweiten Zylinder (7) durch den Zylinderkopf ein erster Überströmkanal (16A) führt, in dem sich ein unter dem Druck im ersten Zylinder öffnendes Überdruckventil (23) befindet, daß sich die Einspritzvorrichtung (22) im Zylinderkopf des zweiten Zylinders befindet, daß vom Raum des unteren Totpunkts des zweiten Zylinders zum Raum des oberen Totpunkts des dritten Zylinders (8)

VEREINS- UND WESTBANK AQ 11/14230 (BLZ 200 300 00) · DEUTSCHE BANK AG 65 06 224 (BLZ^OO 700 00)

POSTSCHECK: HAMBURG J76 65-205 (BL^ 200 100 20)

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ein zweiter Überströmkanal (7A) führt und daß der dritte Zylinder im Zylinderkopf (19) ein Restgase auslassendes Überdruckventil (24) aufweist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (105, 106, 107) sich mit den jeweiligen Kurbeln (101A, 101B, 101C) nur einer Kurbelwelle (101) in Wirkverbindung befinden.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (12, 13) des ersten Zylinders (6) und des zweiten Zylinders (7) sich in Wirkverbindung mit den jeweiligen Kurbeln (2A, 2B) einer ersten Kurbelwelle (2) und der Kolben (14) des dritten Zylinders (8) sich in Wirkverbindung mit einer zweiten Kurbelwelle (3, 3A) befinden, wobei die Kurbelwellen durch jeweils auf ihnen befindliche Zahnräder (4» 5) miteinander gekoppelt sind.
4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein brennbare Gase empfangender Zylinder, vorzugsweise der dritte Zylinder (8), eine Zündeinrichtung (27) aufweist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdeckel (305) im Bereich des ersten Zylinders (301) einen Vorsprung (308) aufweist, der einen inneren Durchgang (308A) enthält, welcher mit seinem inneren Ende vom Raum (302, 3O5A) des ersten Zylinders ausgeht und mit seinem nach außen führenden Ende auf einen Raum (308B) trifft, der mit einem Hahn (309) vom Zylinderinneren absperrbar ist und in dem sich ein Ventilsitz (308C) befindet, der von einem Überdruckventil (312) eingenommen werden kann, mit dem der Druck der vom ersten in den zweiten Zylinder überzuführenden Luft steuerbar ist.

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6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zylinder (6) im Räume des unteren Totpunktes seines Kolbens (12) mindestens eine Einströmöffnung (6A) aufweist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zylinder (8) im Räume des unteren Totpunkts seines Kolbens (14) mindestens eine Ausströmöffnung (8A) aufweist.
8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den dritten Zylinder (8) weitere Zylinder derart anschließen, daß die jeweilige Überströmöffnung vom Räume des unteren Totpunkts des vorhergehenden zum Räume des oberen Totpunkts des nachfolgenden Zylinders führt.
9. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Zylinder Luft angesaugt und bis zum Öffnen des Überdruckventils im ersten Überströmkanal komprimiert wird, sodann die in den zweiten Zylinder strömende Luft von dem sich aufwärts bewegenden Kolben weiter komprimiert wird, bis nahe dem oberen Totpunkt additivfreier Brennstoff eingespritzt wird, der sich in der heißen Luft von selbst entzündet, so daß die sich ausdehnenden Verbrennungsgase den Kolben des zweiten Zylinders in Richtung des unteren Totpunkts so lange antreiben, bis der überströmkanal vom zweiten zum dritten Zylinder aufgedeckt wird, durch den die Verbrennungsgase zusammen mit einem Rest Druckluft aus dem ersten Zylinder aus dem unteren Teil des zweiten Zylinders in den oberen Teil des dritten Zylinders gespült werden, wobei das Volumenverhältnis des ersten zum zweiten Zylinderraum für die Menge an Druckluft bestimmend ist, die ausreicht, um erstens die Verbrennungsgase wirksam aus dem zweiten in den dritten Zylinder zu spülen und zweitens im dritten Zylinder die für eine vollständige Verbrennung notwendige Überschußluft bereitzustellen.

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