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Selbstzündmotor mit ventilgesteuerter, im Kolben angeordneter Brennstoffkammer
von konstantem Volumen Den Erfindungsgegenstand bildet ein Selbstzündmotor, bei
dem reine Ladungsluft im Zylinderinnern verdichtet wird, die am Ende ihrer Verdichtung
zur Herbeiführung der Zündung mit Brennstoff (oder auch fettem Brennstoffluftgemisch)
in Verbindung kommt, welcher von einer sich an den Verdichtungsraum anschaltenden,
im Kolben befindlichen Brennstoffkammer zugebracht wird.
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Gegenüber bekannten, zur gleichen Gattung zählenden Motoren besteht
die Erfindung im wesentlichen darin, daß die im Kolben angeordnete Brennstoffkammer
unveränderlichen Rauminhalt besitzt und ein Abschlußventil aufweist, das durch die
Pleuelstange des Kolbens selbst am Ende der Verdichtung geöffnet und während des
ganzen Arbeitshubes offengeh alten wird.
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Dadurch wird erreicht, daß dieses durch den hohen Verdichtungsdruck
belastete Ventil infolge der großen mittels der Pleuelstange erzielbaren Hebelübersetzung
leicht und rasch geöffnet werden kann, so daß eine sichere Zündung bei einfachster
Steuerung gewährleistet ist. Das Ventil an der Brennstoffkammer läßt sich weiter
so steuern, daß die Saugwirkung des Motors auch auf die Brennstoffkammer übergreift,
so daß der Unterdruck den Brennstoff selbst einholt und besondere Brennstoffpumpen
vermieden werden können.
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Die neue Motorenausbildung läßt sich sowohl bei Zwei- als auch bei
Viertaktmotoren mit gleich gutem Erfolge anwenden. An sich sind schon selbstzündende
Explosionsmaschinen derselben Gattung bekannt, bei denen die Brennstoffkammer ebenfalls
durch Ventil oder Schieber vom Zylinderinnern getrennt ist, jedoch befindet sich
hier die Brennstoffkammer im Zylinderkopf, so daß zu ihrer Steuerung besondere außenliegende
Steuermechanismen notwendig sind, die infolge der geringen Hebelkraft des Nockens
einerseits, der zu beherrschenden großen Drucke andererseits einer außerordentlichen
Belastung unterliegen und dadurch einer raschen Abnutzung anheimfallen. Die Steuerung
der Maschine wird dadurch mangelhaft und der Gang der Maschine unzuverlässig, ganz
abgesehen davon, daß eine Brennstofförderung ohne Pumpe bei dieser Ausführung nicht
denkbar ist.
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Bei einer anderen Ausführung ist schon vorgeschlagen worden, die Brennstoffkammer
in den Kolben zu verlegen und in Form einer Ringnut auszubilden, die sich wechselweise
öffnet und schließt. Die hier gewählte Brennstoffkammer veränderlichen Volumens
bedingt die Anordnung eines Überströmkanals im Zylinderinnern, durch den die Ladungsluft
mit dem vom Kolben hochgeführten Brennstoff zum Zwecke der Entzündung in Verbindung
gebracht wird.
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Ganz abgesehen von dem konstruktiv nicht immer erwünschten überströmkanale
bietet auch die ring- bzw. rillenförmige Brennstoffkammer besondere Abdichtungsschwierigkeiten,
weil die Kammer durch die Kolbenringe
allein keine genügende Abdichtung
erfährt. Außerdem sind hier zur Aufsfeuerung der Kammer erhebliche Belastungen zu
überwinden, weil hier dem auf die ganze Kolbenfläche wirkenden Kompressionsdrucke
entgegengearbeitet werden muß, so daß die die Brennstoffkammeraufsteuerung besorgende
Pleuelstange einer ungewöhnlichen Beanspruchung unterliegt. Diese Mängel und Schwierigkeiten
werden durch die Maschine nach der Erfindung vermieden.
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Sie gestattet einerseits den Einbau der Brennstoffkammer in den Kolben
und schafft andererseits die Möglichkeit ein Ventil von nur beschränkten Flächenausmaßen
anzuwenden, dessen Steuerung ohne nennenswerte Belastung von der Pleuelstange veranlaßt
werden kann.
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In der Zeichnung ist die neue Motorenausbildung beispielsweise in
den Abb. i und 2 an einem Viertaktmotor und in Abb. 3 und q. an einem Zweitaktmotor
dargestellt, während Abb. 5 eine sowohl für Zweitakt- als auch Viertaktmotoren brauchbare
Ausführung zeigt, bei der die Brennstofförderung durch eine besondere Brennstoffpumpe
besorgt wird, wie dies bei den üblichen Dieselmotoren mit luftloser- Einspritzung
bekannt ist.
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Bei dem Viertaktmotor nach Abb. z und 2 sitzt auf dem Kurbelgehäuse
i der Zylinder 2 mit dem Ein- undAuslaßventil3 und q.. An dem Zylinder befindet
sich weiter ein Brennstoffeinlaß 5, welcher durch ein mit- veränderlichem Hub gesteuertes
Nadelventil 6 geregelt wird. Die Brennstoffzuleitung erfolgt im Sinne des eingezeichneten
Pfeils durch den nach abwärts ragenden Rohrstutzen. Der Arbeitskolben 7 im Zylinder
i besitzt eine durch ein Ventil 8 abgesperrte Brennstoffkammer 9, die durch die
Bohrung io in Zusammenwirken mit dem Brennstoffeinlaß 5 gespeist wird. Das Einholen
des Brennstoffes erfolgt durch den Unterdruck im Arbeitszylinder, der dadurch über
das übliche Maß vergrößert wird, daß der Saugbeginn der Maschine um einige Grad
hinter den äußeren Totpunkt verlegt wird. Das Saugventil 3 öffnet erst etwa 6 mm
hinter dem äußeren Totpunkt, also zu einer Zeit, bei der der Kolben bereits zur
Einwärtsbewegung angesetzt hat. Dabei ist Voraussetzung, daß das Auspuffventil q.
im äußeren Kolbentotpunkt bereits geschlossen ist. Durch die einsetzende Abwärtsbewegung
des Kolbens entsteht im Zylinder ein Unterdruck, der auch auf die aufgesteuerte
Brennstoffkammer 9 übergreift und veranlaßt, daß dadurch Brennstoff eingesaugt-
wird, wenn der Kolben mit seiner Bohrung io am B.rennstoffeinlasse 5 vorüberfährt,
dessen Nadelventil 6 zu diesem Zeitpunkte geöffnet ist. Erst nach Abschluß der Brennstoffzuleitung
und des Nadelventils 6 öffnet sich das Ansaugventil 3 und der eigentliche Saughub
der Maschine zur Füllung des Zylinders mit frischer Ladungsluft setzt ein.
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Der in die Brennstoffkammer 9 eingeholte Brennstoff lagert nun in
dieser Kammer (das von der Pleuelstange 18 aufgesteuerteVentil 8 ist während des
Kolbeneinwärtsganges offen), ohne daß etwa ein vollkommenes Gemisch gebildet wird,
weil sich das Rohöl nur mit der verhältnismäßig kalten Luft berührt.
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Beim folgenden Verdichtungshub ist die Brennstoffkammer 9 durchaus
geschlossen und wird von der Pleuelstangensteuerung nicht beeinflußt, vielmehr tritt
diese erst kurz vor dem oberen Totpunkte wieder in Wirksamkeit, öffnet das Ventil
8 und damit die Brennstoffkammer 9, so daß die durch die Verdichtung hoch- erhitzte
Ladungsluft mitdem Brennstoffe zusammenschlägt und das Explosionsgemisch herstellt
bzw. entzündet.
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Daß die im Kolben angeordnete Brennstoffkammer 9 unveränderliches
Volumen hat und mit dem Abschlußventil8 ausgestattet ist, sichert die leichte Aufsteuerungstätigkeit
der Kammer im geeigneten Momente, ohne daß die Pleuelstange zu stark überlastet
würde, weil nur der auf den Ventilteller wirkende Druck überwunden zu Werden braucht
und bei Zündbeginn eine Nachverdichtung nicht mehr stattfindet, weil jetzt der Kolben
bereits im äußeren Totpunkt steht und nicht noch nach der Entzündung weiter in den
Verdichtungsraum hineingeschoben wird.
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Der in Abb.3 und q. dargestellte Zweitaktmotor besitzt im Zylinder
den Einlaßschlitz i i für die Luftzufuhr zur Kurbelkastenpumpe sowie den Auslaßschlitz
13 und weiter den Überströmkanal 1q., durch den die Spül- und Ladeluft aus dem Kurbelkasten
in das Zylinderinnere eintritt, wenn der Kolben in die Nähe des inneren Totpunktes
gelangt. Der Kolben 7 besitzt auch hier eine durch Ventil 8 abgesperrte Brennstoffkammer
9, und die Steuerung des Ventils erfolgt ebenfalls durch die Pleuelstange. Die Einholung
des Brennstoffes in die Kammer 9 geschieht durch Ausnutzung des Unterdruckes im
Kurbelkasten. Zu diesem .Zwecke ist in der Kammer 9 ein weiteres kleines Ventil
12 vorgesehen, dessen Steuerung ebenfalls von der Pleuelstange, und zwar durch einen
Ansatz am Pleuelkopf veranlaßt wird, aber erst beim Kolbenausgang einsetzt, wenn
im Kurbelgehäuse bereits ein größerer Unterdruck herrscht, der durch das geöffnete
Ventil 12 auf die Brennstoffkammer 9 übergreift und das Hereinholen des Brennstoffes
zu dem im geeigneten Momente durch das Nadelventil geöffneten Brennstoffeinlaß 5
veranlaßt. Damit das Ventil 12 nur kurz offen
bleibt, erfolgt die
Brennstofförderung in der Kurbelstellung, bei welcher die Pleuelstange die größte
Auslenkung hat.
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Die Brennstoffeinholung unter Ausnutzung der Saugwirkung ist sowohl
beim Zwei- als auch beim Viertaktmotor vorteilhaft, jedoch nicht Bedingung, und
es kann - besonders bei großen Maschinen - natürlich auch eine Brennstoffpumpe Anwendung
finden, wie dies beispielsweise bei dem Zweitaktmotor mit Kolbenschlitzsteuerung
nach Abb. 5 angenommen ist.
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Der Zylinder 2 besitzt hier den Auslaßschlitz 13 sowie den Füllschlitz
14'. Der Boden des Kolbens 7 ist vertieft, so daß eine Aushöhlung 7' entsteht, die
von einem linksseitigen Rand umgrenzt ist, in den der Kanal io eingearbeitet ist,
der die im Kolben vorgesehene Brennstoffkammer 9 mit dem Brennstoffkanal s verbindet.
Der Brennstoff wird hier ebenfalls durch eine Regelnadel 6 beeinfluBt und vermittels
einer Brennstoffpumpe durch den Rohrstutzen b eingepumpt und durch die Kanäle 5,
i o unmittelbar in die Brennstoffkammer 9 eingespritzt.