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Mehrzylinder-Brennkraftmaschine Es ist bekannt, Brennkraftmaschinen
mit Vorteil so zu betreiben, daß der Zylinder während eines Teiles des Verdichtungshubes
mit einer gekühlten Hilfskammer so in Verbindung gesetzt wird, daß während eines
gewissen Abschnittes des ersten Teiles der Verbindung Brennstoffgemisch aus der
Hilfskammer in den Zylinder, während des zweiten Teiles der Verbindung aber Brennstoffgemisch
aus dem Zylinder in die Hilfskammer strömt. Der Zweck dieses Verfahrens besteht
einerseits in einer nicht unwesentlichen Leistungserhöhung der Maschine, andererseits
in der Erniedrigung der Kompressionstemperatur, so daß das Puffen oder Knallen der
Maschine, gleichgültig aus welchen Ursachen es entsteht, vermieden wird.
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Nach der Erfindung werden die Zy lilider einer nach diesem Verfahren
arbeitenden Brennkraftmaschine miteinander vereinigt, ohne daß für jeden einzelnen
der Zylinder eine besondere Hilfskammer notwendig ist, vielmehr sämtliche der vorhandenen
Zylinder mit einer und derselben Hilfskammer zusammenarbeiten, d. h. daß jeder Zylinder
in die gemeinsame Hilfskammer eine gewisse Menge Ladungsgemisch abgibt und dann
eine im wesentlichen gleich große Ladungsmenge aus ihr wieder entnimmt. Zu diesem
Zweck sind die Verbindungswege zwischen der Kammer und den Zylindern mit passenden
Ventilen versehen, und die Kammer hat die Gestalt eines Rohres.
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Auf der Zeichnung ist die Erfindung schematisch dargestellt, und zwar
ist Abb. i eine Vierzylindermaschine auf einem Automobilfahrgestell der gewöhnlichen
Art. Abb. a ist ein Querschnitt durch einen der Zylinder der Maschine nach Linie
A-A der Abb. i.
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Abb. 3 ist ein vergrößertes Schema in Seitenansicht, bei dem die Vielfachverbindungsröhren
für die Verdichtungsröhren in Seitenansicht dargestellt sind.
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Abb. - ist ein Grundriß dazu, Abb. 5 ein ähnlicher Grundriß einer
abgeänderten Bauart, bei welcher die Vielfachv erbindungsröhren, statt miteinander
verbunden zu sein, blind endigen.
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Die Abb. ia bis 6a einschließlich sind schematische Darstellungen,
die die Ventilöffnungen und die Art und Weise der Steuerung während eines Arbeitsganges
beim Gebrauch von Zweihülsenventilen veranschaulichen.
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i ist eine mit Wasser gekühlte Automobil-Vierzylindermaschine mit
Hülsenventilen, die in der gebräuchlichen Weise auf dem Vorderteil des Fahrgestells
eines Automobils unmittelbar hinter dem Kühler 2 angebracht ist, durch den das Kühlwasser
für die Kühlmäntel
der Maschine fließt. Die dargestellte Maschine
ist eine Viertaktmaschine und hat die, mit Ausnahme der besonderen Lage und Anbringung
der Hülsenöffnungen und der Antriebvorrichtung für die Hülsen, gebräuchliche Hülsenventilsteuerung.
Die Ein1F ß, und Auspuffvielfachröhren der Maschine sind nicht dargestellt. Um diese
Maschine nach dem beschriebenen Arbeitsverfahren arbeiten zu lassen, ist sie mit
weiteren Vielfachröhren 3 und q. auf jeder Seite der Maschine ausgestattet, von
denen die Röhren 3 die Auslaßröhren für die verdichtete Ladung und die Röhren q.
die Einlaßröhren sind. jedes Vielfachverbindungsrohr ist mit jedem der Zylinder
der Maschine durch ein Verbindungsstück 5 verbunden, in welchem ein Rückschlagventil
6 enthalten ist. Diejenigen Rückschlagventile, die in dem Verbindungsrohr nach dem
Auslaßvielfachrohr führen, öffnen sich nach. auswärts, während die Ventile in dem
Einlaßvielfachrohr sich nach innen öffnen. Hinter der Maschine können die Vielfachrohre
3 und ¢, wie in Abb. 3 dargestellt ist, miteinander verbunden sein. Die Vielfachrohre
können passend anders angeordnet sein, beispielsweise wie es Abb. 5 zeigt, in welcher
die Röhren 3', 4' mit den Zylindern und der Verdichtungskammer, wie in Abb. i bis
q., in Verbindung stehen, aber nicht an ihren rückwärtigen Enden miteinander verbunden
sind.
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Die Vorderenden der Vielfachrohre sind mit den Enden einer Kühlschlange
7 verbunden, die meiner senkrechten Ebene parallel mit der Vorderwand des Kühlers
ä angebracht ist. Das Gehäuse des Kühlers 2 umhüllt die Kühlschlange sowohl wie
den Kühler selbst vollständig und ist vorn mit verstellbarem Laden 8 versehen, durch
den der Strom der Luft über die Kühlschlange 7 und durch den Kühler 2 geregelt werden
kann. Diese Bauart ist bei Automobilen allgemein gebräuchlich und die dargestellte
weicht von der allgemeinen nur darin ab, daß, die an die Einlaß- und Auslaßvielfachr.ohre
angeschlossene Rohrschlange zwischen den Jalousieklappen und der Vorderwand des
Kühlers liegt. Diese Rohrschlange kann auch aus nahtlosen Rohren bestehen und ist
am besten aus dünnem Rohr, beispielsweise solchem von 2o mm für eine Vierzylindermaschine
von 89 mm Zylinderbohrung und 127 mm Hub, hergestellt.
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Der innere Hohlraum, der Vielfachrohre 3 und q. und der Rohrschlange
7 mag ungefähr gleich oder beträchtlich größer als die Verdrängung des Kolbens eines
:einzelnen Zylinders der Maschine sein.
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Mit Bezug auf die Abb. 2 ist zu bemerken, daß die inneren Enden der
Rohrverbindungen 5 mit einer gemeinsamen Kammer in der Zylinderwand in Verbindung
stehen. Die Öffnungen für die Verdichtungskammer in den Hülsenventilen der Maschine
können sich mit einer Öffnung i o decken, die in die Kammer 9 führt.
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Mit Bezug auf die Abb. ia bis 6a sind i i die äußeren und i2 die inneren
Hülsen. 13 ist -der Kolben und 14 ist die Steuerwelle für die Hülsen. Die Kurbeln
dieser Welle sind durch Treibstangen 15 mit den Hülsen i i und 12 verbunden, i6
"ist der Kurbelzapfen der Hauptwelle. Die Hülsen i i und 12 haben. drei Sätze von
Öffnungen, nämlich für den Einlaß 17, für den Auslaß 18 und für die Verdichtungskammer
i g.
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In der Abb. ia befindet sich der Kurbelzapfen 16 in der oberen Totlage,
und die Hülsenventile in der Stellung bei Beginn des Einsaughubes, d. h. die beiden
Einlaß.öffnungen 17, sind im Begriff, sich zu öffnen, um das explosible Gemisch
in den Zylinder zu lassen, wenn der Kurbelzapfen sich abwärts bewegt. Während des
ganzen folgenden Hubes, d. h. während i 8o' der Wellendrehung, "sind die Bedingungen
wie die gewöhnlicher Maschinen dieser Bauart, d. h. die Einlaßöffnunben bleiben
offen, während die Auspufföffnungen 18 und die der Verdichtungskammer i9 geschlossen
sind. Abb. 2a gibt die Bedingungen beim Beginn des Verdichtungshubes wieder. Die
Einlaßöffnungen sind zu dieser Zeit im-Begriff, sich zu schließen und die Verdichtungskamineröffnungen
i9 im Begriff, sich zu öffnen. Die Auspufföffnungen bleiben noch immer geschlossen.
In der Abb. 3a sind die Einlaß- und Auslaßöffnungen geschlossen, während die für
die Verdichtungskammer offen sind. Dieser Zustand bleibt bis zu einem Punkt bestehen,
der jenseits der Hubmitte des Kolbens beim Verdichtungshube liegt. In diesem Punkt
(s. Abb. q.a) wird die Verdichtungskammeröffnung geschlossen, und für den Rest des
Verdichtungshubes (s. Abb. 5a) und für den ganzen Arbeitshub (s. Abb. 6a) bleiben
sämtliche Öffnungen geschlossen. Die Auspufföffnungen 18 öffnen sich kurz vor dem
Ende des Arbeitshubes (s. Abb. 6a) und bleiben offen während des folgenden Auspuffhubes.
Hierdurch wird der Kreislauf beendet, und die Öffnungen gelangen in die Stellung
der Abb. iä.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen und dargestellten Vorrichtung ist
wie folgt: Während dreier Hübe der Maschine, d: h. während des Arbeitshubes, des
Auspuffhubes und des Einsaugh ubes; ist der Vorgang in der Maschine in jeder Beziehung
der einer gewöhnlicher Viertaktmaschine. Nur während des Verdichtungshubes kommen
die besonderen Öffnungen i9, die für die Verdichtungskammer
dienen,
und die Vielfachröhren 3 und 4 mit der Rohrschlange 7 ins Spiel. Während des Verdichtungshubes
ist die Wirkung dieser Öffnungen die folgende: Beim ersten Verdichtungshub der Maschine,
d. h. beim Anlassen der Maschine, sind die Röhrschlange und die Vielfachröhren 3
und 4, die im weiteren mit Hilfskammer der Maschine bezeichnet werden sollen, entweder
mit Luft oder explosiblem Gemisch von im wesentlichen Atmosphärenspannung gefüllt.
Beim Öffnen der Verdichtungskammeröffnungen während des ersten Verdichtungshubes
wird die im Zylinder befindliche explosible Mischung durch die entsprechenden Auslaßrohre
5 und Rückschlagventile 6 in das obere Vielfachrohr 3 gedrückt und wird dabei gezwungen,
ihren Weg entsprechend dem Umstand zu nehmen, daß die Rückschlagventile, die zu
dem Vielfachrohr 4. führen, die Strömung der verdichteten Ladung in dieser Richtung
verhindern. Die Verdichtunsskammeröffnungen des betreffenden Zylinders bleiben offen
bis etwa nach der Hubmitte des Kolbens, werden dann geschlossen, und der Kolben
vollendet seinen Hub in der gewöhnlichen Weise. ,Beim Abschluß dieser Öffnungen
ist innerhalb der Verdichtungskammer eine verdichtete Ladung eingeschlossen. Beim
nächsten Verdichtungshub des Zylinders strömt die in der Hilfskammer eingeschlossene
verdichtete Ladung beim Beginn des Hubes zurück in deal Zylinder und wird hierbei
gezwungen, die Rohrschlange 7 in ihrer ganzen Länge zu durchfließen, um in den Zylinder
durch das Einlaßvielfachrohr 4 zu gelangen. Die Rückschlagventile gestatten diese
Stromrichtung und verhindern die entgegengesetzte in deal Zylinder hinein durch
die Vielfachrohre 3. Die beschriebene Vorgangsfolge für einen Zylinder hat ebenso
- für jeden der Zylinder der Maschine Geltung. In jedem Augenblick, wenn sich die
Hilfskammeröffnung eines bestimmten Zylinders zuerst öffnet, -findet ein Strom von
verdichteter Ladung ixt den Zylinder hinein aus dem Vielfachrohr 4 statt, bis gleicher
Druck in dem Vielfachrohr und der damit verbundenen Rohrschlange, also in der Hilfskammer
einerseits und dem Zylinder der Maschine andererseits, herrscht. Während der weiteren
Kolbenbewegung wird in jedem Einzelfall das brennbare Gemisch durch dieselben Öffnungen
in das Auslaßvielfachrohr 3 ausgestoßen. Es findet also ein Kreislauf der Bewegung
der verdichteten Ladung in und durch die Kühlschlange 7 hindurch statt, wobei die
verdichtete Ladung aus jedem Zylinder durch das Rohr 3 in den oberen Teil der Schlange
eintritt, diese der Länge nach durchläuft und durch das Einlaßvielfachrohr 4 zurück
in den Zylinder gelangt. Dabei ist zu bemerken, daß nach. dem Vorstehenden die Kammer
9, in die die Öffnungen io leiten und mit welcher die Kammeröffnungen i9 zur Deckung
kommen, die einzige Stelle des Weges für den Umlauf der verdichteten Ladung ist,
die abwechselnd Einlaß und Auslaß ist, d. h. nur die Wände der Kammer 9 kommen mit
der ausgehenden Mischung und mit der einkommenden Mischung in Berührung.
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Die im vorstehenden dargestellte und beschriebene Einrichtung bedeutet
eine wichtige Verbesserung bei Maschinen, die nach dem eingangs beschriebenen Verfahren
der Verdichtung und Kühlung eines Teiles der Ladung in einer besonderen Kammer arbeiten,
insofern, als man durch die beschriebene Einrichtung imstande ist, eine entsprechende
Kühlung der verdichteten Ladung leicht und bequem zu erreichen, indem man sie die
la.nggestreckte Kammer in ihrer ganzen Länge zu durchwandern zwingt, also sie durch
eine Rohrschlange schickt, wobei die Anordnung so ist, daß die irgendeinen der Maschinenzylinder
verlassende Mischung in das eine Ende der Rohrschlange eintritt, während die zu
irgendeinem Maschinenzylinder zurückströmende Mischung von dem anderen Ende der
Rohrschlange abfließt. Durch richtige Bemessung des Verhältnisses von Länge zum
Durchmesser der Rohrspirale ist es möglich, das gewünschte Verhältnis zwischen Kühlfläche
und Inhalt zu erreichen, und zu gleicher Zeit ist es möglich., eine schnelle und
dauernde Bewegung der verdichteten Ladung durch die Hilfskammer hindurch zu erhalten.
Dies ist eine wesentliche Hilfe, wenn man die größte Wärmeübertragung von der verdichteten
Ladung auf das Kühlmittel erhalten will, welches in diesem Falle Luft ist, und es
ist weiter ein Hilfsmittel, um die Abscheidung irgendwelcher unverdampfter Teile
des mitgerissenen flüssigen Brennstoffs zu verhindern. An Stelle durch Luft kann
die Hilfskammer, wie ohne weiteres klar ist, auch teilweise oder vollständig durch
das umlaufende Wasser der Maschine selbst gekühlt werden, oder es kann auch dafür
eine besondere Wasserkühlvorrichtung vorhanden sein.
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Ein Vergleich läßt die Vorteile der Erfindung erkennen. Ganz allgemein
ist es der Zweck des vorliegenden Arbeitsverfahrens, das Verdichtungsverhältnis
wesentlich höher als es bis jetzt statthaft war, zu wählen, ohne Puffen zu erzeugen.
Diese Wirkung wird durch den Gebrauch der Hilfskammer erreicht, durch die die Temperatur
und gleichfalls der Druck der verdichteten Ladung zur Zeit der Zündung und Verbrennung
wesentlich unter -die Temperatur und den Druck gebracht werden, die für dasselbe
Verdichtungsverhältms
--bei gewöhnlichen Viertaktmaschinen vorherrschen.
Es ist besonders @darauf hinzuweisen, daß die Steuerung, die Hilfskammer und Ventilschlitze
und die bezüglichen Inhalte der Hilfskammer und der Maschinenzylinder weiterer Abänderung
fähig sind, und daß die beste Steuerung und die besten Raumverhältnisse von den
Besonderheiten der artgewandten Maschine, der Art des Brennstoffs und der Wirkung
der Kühlung sowohl innerhalb des Zylinders als auch in der Hilfskammer abhängen.
Beim Regeln der Steuerung usw. ist es wichtig, daß die öffnung der Kammerkanäle
im allgemeinen verzögert @erfolgt, d. h. die Ladung wird am besten zunächst adiabatisch
im Zylinder verdichtet und erst dann wird der Hilfskammerkanal geöffnet. Ferner
kann der Teil des Kolbenweges nach dem Abschluß des Hilfskammerkanals vorteilhaft
so klein wie möglich gemacht werden.
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In einigen Fällen ist es wünschenswert, eine Vertiefung o. dgl. "
in der Berührungsfläche zwischen der Wand der Hilfskammer oder der äußeren Hülse
i i anzubringen. Solche Vertiefungen können die öffnung für die Hilfskammer umgeben
und können durch einen gemeinsamen Kanal und ein Rohr mit dem Einlaßvielfachrohr
verbunden sein. Tritt daher irgendwelcher Brennstoff an der öfnung für die Hilfskammer
aus, so wird er durch die Vertiefungen und das Rohr nach dem Vielfachrohr geleitet.
Statt der dargestellten Einrichtung können besondere Hülsenschlitze für den Durchgang
des Gases aus der Hilfskammer nach den Zylindern und von den Zylindern. nach der
Hilfskammer vorhanden sein. Diese Schlitze werden am besten an gegenüberliegenden
Seiten der Zylinder angeordnet. Die mit Ventilen versehenen Röhren 3 und ¢, die
einen Teil der Hilfskammer bilden, werden dementsprechend an gegenüberliegenden
Seiten der Zylinder angebracht. Die Steuerung der Hilfskammerventile kann im wesentlichen
wie beschrieben sein. Ein Vorteil dieser Bauart besteht darin, daß Gas, welches
einmal in. der Hilfskammer gekühlt ist, in geringerem Grade wieder erhitzt wird
als bei der vorher beschriebenen Bauart.
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Es ist eine Maschine mit Hülsenventilen beschrieben und dargestellt.
Die Erfindung ist im weitesten Sinne bei jeder Art von Maschpnen anwendbar. Es ist
klar, daß die Erfindung nicht auf bestimmte hier dargestellte Ausführungsformen
noch auf deren Kennzeichen beschränkt ist, ausgenommen insofern, als .solche Beschränkungen
durch die Ansprüche bestimmt sind.