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Brennkraftmaschine mit einer geraden über vier hinausgehenden Taktzahl
Es ist bei Zwei- und Viertaktmaschinen bekannt, gesteuerte Hilfskolben zu verwenden,
um die Verbrennungsgase möglichst vollständig auszuschieben und durch die Bewegung
des Hilfskolbens die angesaugte Luftmenge zu vergrößern. Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird diese an sich bekannte Einrichtung für eine mit mehr als vier Takten
arbeitende Verbrennungskraftmaschine (Sechstakt-, Achttaktmaschine usw.) angewendet,
um den Einfluß des schädlichen Raumes auf die Leistung der Maschine wesentlich herabzusetzen.
Bei den bekannten Zwei- und Viertaktmaschinen erfolgt das Saugen bzw. Füllen des
Zylinders nach dem Auspuffhub. Der Druck im Zylinder vor dem Ansaugen bzw. Füllen
ist also nur um ganz wenig höher als der Ansaug- bzw. Füllungsdruck. Es ist daher
der schädliche Raum von keinem Einfluß auf die angesaugte Luftmenge. Anders liegen
aber die Verhältnisse bei einer mit mehr als vier Takten arbeitenden Verbrennungskraftmaschine,
bei welcher mehrere Saughübe nacheinander erfolgen. Bei diesen Maschinen wird die
während der dem letzten Saughub vorangehenden Saughüben angesaugte Luft zumeist
in einen Behälter gefördert, in welchem also der Druck ein Vielfaches des Ansaugdruckes
ist. Infolgedessen wird bei dem irgendeinem Druckhube folgenden Saughube, frische
Luft nur dann angesaugt, wenn die im schädlichen Raum befindliche Luft vom Behälterdruck
auf den Saugdruck expandiert ist, wodurch aber die angesaugte Luftmenge verkleinert
wird. Je größer der schädliche Raum ist, desto größer ist also dessen Einfluß auf
die angesaugte Luftmenge.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß der Kompressionsraum, der während
der Pumpentakte des Mehrtaktmotors als schädlicher Raum wirkt, eine veränderliche
Größe besitzt, derart, daß er während des Arbeitens des Motors als Pumpe kleiner
ist als beim Arbeiten als eigentlicher Motor.
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Die Veränderung der Größe des Kompressionsraumes gemäß der Erfindung
bietet auch ein Mittel, um die während der Saughübe angesaugte Luftmenge zu vergrößern,
und zwar dadurch, daß der Kompressionsraum während des Saughubes vergrößert und
während des Druckhubes verkleinert wird.
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Die Erfindung bietet ein Mittel, um das Mehrtaktverfahren auch für
jene Verbrennungskraftmaschinen anzuwenden, die mit großem Kompressionsraum ausgerüstet
sind bzw. mit niedriger Verdichtung arbeiten (Explosions- bzw. Verpuffungsmotoren).
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Die Veränderung des Kompressionsraumes kann z. B. durch die Bewegung
eines den
Kompressionsraum begrenzenden Organs oder dadurch . erfolgen,
daß der Kompressionsraum des Zylinders einen Zubau erhält, der durch ein Absperrorgan
gegen den Zylinder zu abgeschlossen ist, wobei das Absperrorgan beim Arbeiten als
Motor geöffnet wird.
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Die Maschine gemäß der Erfindung kann auch leicht so ausgeführt werden,
daß der Kompressionsraum auch während des Auspuffhubes verkleinert wird.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise für eine
Sechstaktmaschine in zwei Ausführungsbeispielen veranschaulicht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i bewegt sich im Zylinder i der
Kolben 2. Der Zylinder hat drei Ventile, von welchem eines in die Figur nicht eingezeichnet
ist. Ventil 3 ist das Saugventil, Ventil q. das Pumpendruck-und Rückströmventil.
Das Auspuffventil ist in die Figur nicht eingezeichnet. 5 ist ein Sammelbehälter
zur. vorübergehenden Aufspeicherung der verdichteten Luft.
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Die diesem Ausführungsbeispiel zugehörigen Diagramme sind -in Abb.
2 und 2° gezeigt.
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Die sechs Hübe der Maschine sind in Abb.2 nacheinander auf die Abszissenachse
gezeichnet, während auf die Ordinatenachse nach oben der jeweilig im Zylinder herrschende
Druck aufgetragen ist. Die ersten zwei Takte sind Pumpenhübe, die weiteren vier
Takte sind die Motorhübe. Im ersten Takt (ersten Hub) wird durch das Ventil 3 (Abb.
i). Luft bei Atmosphärendruck in den Zylinder gesaugt. Der Druck verläuft also nach
der Linie a-b der Abb. z. Beim zweiten Takt wird diese Luft durch Ventil ¢ in den
Behälter 3 geschoben, wobei der Druck nach der Linie b-c-d der Abb.2 verläuft. Der
dritte Takt bildet den ersten Takt des Viertaktes. Bei diesem Hube wird neuerdings
Luft durch das Ventil 3 in den Zylinder gesaugt, wobei der Druck nach der Linie
d-e-f verläuft. Im Anfang des vierten Taktes wird nach Schluß des Ventiles 3 Ventil
q. geöffnet; der Druckausgleich zwischen Zylinder i und Behälter 5 findet nach der
Linie f-g (Abb. 2) statt. Während des vierten Hubes erfolgt die dem Viertakt entsprechende
Kompression mit dem Druckverlauf nach Linie g-h. Fünfter Takt ist der Verbrennungs-
und Expansionshub nach Linie h-i-k und sechster Takt der Ausschubhub nach Linie
k-l-nz.
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Bei einem solchen Arbeitsverfahren wird die Menge der beim Saughub
angesaugten Luft wesentlich von der Größe des Kompressionsraumes beeinflußt, da
bei einem Ansaughub neue Luft erst dann angesaugt wird, wenn die den Kompressionsraum
ausfüllenden Gase vom Enddruck des vorherigen Verdichtungshubes auf den Ansaugedruck
expandiert sind (siehe Linie d-e des dritten Hubes). Dieser Teil des Hubes geht
also für das Ansaugen verloren, und dieser Verlust ist um so größer, je größer der
Kompressionsraum und je höher der Druck ist, mit welchem die Gase denselben ausfüllen.
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Um eine günstige Pumpenleistung zu erzielen, muß also dieser Raum
so klein wie möglich ausgeführt werden, damit die Expansionslinie d-e am Anfang
des dritten Taktes möglichst steil verläuft und sich der Lotrechten im Punkte d
anschmiegt. Da aber die Größe dieses Verdichtungsraumes gleichzeitig jenen Enddruck
bestimmt, der während des Verdichtungshubes des Viertaktes entsteht (Punkt la, Abb.
2y, und dieser Druck nicht über eine gewisse Grenze steigen soll, darf dieser Raum
eine bestimmte Größe nicht unterschreiten.
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Der Erfindungsgedanke beruht nun darauf. diesen zwei miteinander im,
strikten Gegensatz stehenden Erfordernissen dadurch zu genügen, daß der Kompressionsraute
jeweilig verändert wird.
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In dem Ausführungsbeispiel der Abb. i dient diesem Zweck ein Kolben
6, welcher nach außen bewegt den Kompressionsraum vergrößert, bei entgegengesetzter
Bewegung hingegen verkleinert. Beiden Anforderungen wird Genüge geleistet, wenn
sich der Kolben 5 am Anfang des ersten und dritten Hubes in der innersten Stellung
(Abb. i untere Totpunktstellung), am Ende des vierten Hubes hingegen in der äußersten
Stellung (Abb. i oberer Totpunkt) befindet.
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Ein Ausführungsbeispiel der durch eine solche Bewegung des Kolbens
6 verursachten jeweiligen Kompressionsraumveränderung ist in Abb.2a dargestellt,
in welcher zu jeder Kolbenstellung die Größe des jeweiligen Kompressionsraumes als
Ordinate nach unten eingezeichnet ist.
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Der vom Hauptkolben freigegebene Raum verändert sich nach einer Sinuslinie
a1, b1, dl,
f1, hl, k1, Ml. Die Linie a2, b2, d2, f2, h2, k2, m2 entspricht
der Raumänderung des Hilfskolbens. Hierbei ist angenommen; daß der Antrieb des Hilfskolbens
mittels einer Nockenscheibe erfolgt, deren Gestalt leicht so gewählt werden kann,
daß die günstigsten Verhältnisse entstehen. Durch Anwendung einer Nockenscheibe
als Antriebsorgan für den Hilfskolben läßt sich erreichen, daß im Punkt d der kleinste
schädliche Raum und im Punkt da der größte schädliche Raum entsteht, wie es am vorteilhaftesten
ist. Bei Verwendung eines Kurbeltriebes für den Hilfskolben müßte vermieden werden,
daß im Punkt d und im Punkt h der schädliche Raum gleich groß ist. Es läßt
sich
aber nicht erreichen, daß im Punkt d der schädliche Raum den
kleinsten Wert und im Punkt lt den größten Wert besitzt.
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Am Anfang des ersten Saughubes ist der Raum der kleinstmögliche. Während
des Saughubes vergrößert er sich, damit auch dadurch noch mehr Luft angesaugt wird.
Beim zweiten Hub verkleinert sich dieser Raum, um die Luft möglichst vollständig
in den Behälter j (Abb. i) auszuschieben. Beim dritten Hub wird er wieder vergrößert,
um wieder mehr Luft anzusaugen; beim vierten Hub bleibt der Raum groß, da eben bei
diesem Hubende der große Kompressionsraum eine Notwendigkeit ist. Beim fünften Hub
bleibt der Raum ebenfalls unverändert, um beim sechsten Hub wieder verkleinert zu
werden.
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Es kann die zeitliche Raumveränderung auch derart gestaltet werden,
daß die Veränderung nur während des dritten und sechsten Hubes stattfindet, in welchem
Falle der Kompressionsraum während des ersten und zweiten Hubes möglichst klein,
während des Viertaktes hingegen so groß gehalten wird, wie dies die gewünschte Endkompression
des Viertaktes erfordert.
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Statt des Kolbens 6 kann auch, wie in Abb. 3 gezeigt ist, ein Ventil
? benutzt werden, das -die Verbindung d. 2s Kompressionsraumes mit einem ihn vergrößernden
Raum 8 herzustellen vermag, wobei dieser Raum 8 jene Größe besitzt, um welche der
Kompressionsraum vergrößert werden soll.
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Diesem Ausführungsbeispiel entspricht das Diagramm Abb. 3a, in welcher
die Sinuslinie a-,', b,', d,', f,', hl', kl', in,' der Raumänderung des Hauptkolbens
und die Linie a2', b_', d,.>', f"', f ü', h.,', k3', k_', nz.'
der durch den Raum 8 bewirkten Raumveränderung entspricht. Im Punkt f.,'
wird das Ventil 7 geöffnet und so die Verbindung mit dem Raum 8 hergestellt; im
Punkt k3' wird sie wieder unterbrochen.