DE518451C

DE518451C - Internal combustion engine with separate compression of combustion air and fuel and with a compression chamber consisting of separate combustion and air chambers

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Publication number: DE518451C
Application number: DES80796D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-07-15
Filing date: 1927-07-15
Publication date: 1931-02-16

Description

Verbrennungskraftmaschine mit gesonderter Verdichtung von Brennluft und Brennstoff und mit einem aus getrennter Verbrennungs- und Luftkammer bestehenden Verdichtungsraum Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen mit getrennter Verdichtung von Brennstoff und Luft und mit einem aus getrennter Verbrennungs-und Luftkammer bestehenden Verdichtungsraum, ferner mit Einführung des Brennstoffes in den verdichteten Luftinhalt der Verbrennungskammer durch Einspritzen oder Einblasen.Internal combustion engine with separate compression of combustion air and fuel and one consisting of separate combustion and air chambers Compression chamber The invention relates to compression ignition internal combustion engines with separate compression of fuel and air and with one of separate Combustion and air chamber existing compression space, furthermore with introduction of the fuel into the compressed air content of the combustion chamber by injection or blowing in.

Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung der Verbrennung. Diese wird nach der Erfindung dadurch erzielt, daß der Verdichtungsraum durch eine Scheidewand mit einer oder mehreren Öffnungen ,in zwei oder mehrere Kammern geteilt wird. Eine oder einige dieser Kammern bilden die Verbrennungskammer, in welche während der Verbrennung Brennluft von der anderen als Brennluftkammer bezeichneten Kammer zwangläufig durch Verkleinerung ihres Rauminhalts ausgestoßen wird, wodurch der Zufluß der frischen Luft zum Verbrennungsraum beschleunigt und eine schnellere Verbrennung erzielt wird. Da, wie bekannt, die Verbrennung ,um so intensiver vor sich geht, je reiner die Verbrennungsluft ist, so wird nach .der Erfindung ferner die Brennluftkammer allein oder auch gleichzeitig die Verbrennungskammer nach :der Verbrennung durch einen oder mehrere Hilfskolben praktisch restlos von Abgasen entleert. Um schließlich bei Bedarf,den Verdichtungsgrad dem zugeführten Luftgewicht anpassen zu können, wird nach der Erfindung durch Hubverstellung ;des Hilfskolbens die Größe des Verdichtungsraumes veränderlich gemacht.The purpose of the invention is to improve combustion. This will achieved according to the invention in that the compression space is formed by a partition with one or more openings, is divided into two or more chambers. One or some of these chambers form the combustion chamber into which during the Combustion of combustion air from the other chamber called the combustion air chamber inevitably by reducing its volume is expelled, thereby increasing the influx of fresh Air is accelerated to the combustion chamber and a faster combustion is achieved. Since, as is well known, the more intense the combustion, the purer it Is combustion air, then according to the invention, the combustion air chamber is also used alone or at the same time the combustion chamber after: the combustion by one or several auxiliary pistons are practically completely emptied of exhaust gases. To finally if necessary, to be able to adapt the degree of compression to the supplied air weight, is according to the invention by stroke adjustment; the auxiliary piston the size of the compression chamber made mutable.

Es sind Ausführungen der hierhergehörigen Maschinengattung bekannt, bei welchen der Verdichtungsraum zwar auch aus Brennluft-und Verbrennungskammer besteht, bei xvelchen aber die Brennluft von der ersten in die zweite Kammer frei ausfließt. Dieser freie Ausfluß kann, wie bekannt, nur bei einem erheblichen Druckunterschied beider Kammern, im allgemeinen also nur bei einer Verbrennung mit sinkendem Druck, id. 1i. bei sehr langsamer Verbrennung, vor sich gehen. Eine derartige langsame Verbrennung verschlechtert aber die spezifische Leistung und den Wirkungsgrad im Vergleich mit der schnellen, explosionsartigen Verbrennung und sogar mit der Verbrennung bei unveränderlichem Druck bedeutend. Es sind andererseits Vorschläge bekannt, die Brennluft zwar zwangläufig in die Verbrennungskammer mit unveränderlichem Druck auszustoßen, aber diese Brennluft nicht in dem Arbeitszylinder selbst zu verdichten, sondern die Verdichtung in einem besonderen 'Verdichter zu bewirken. Das Hubvolumen des besonderen Verdichters geht in diesem Falle für die Ausdehnung ganz verloren, -,voraus eine Verschlechterung,des thermischen Wirkungsgrades, eine Verminderung des mechanischen Wirkungsgrades und eine Erhöhung der Wärmebeanspruchungen infolge der Verlängerung derVerbrennungszeit entstrh@en. Es sind schließlich Vorschläge bekannt, bei welchen zwecks Ermäßigung des Verdichtungsdruckes nur Abgase im Hauptzylinder verdichtet werden und Frischluft aus einer besonderen -Pumpe mittels .einer durch die Abgase beheizten Leitung in den Hauptzylinder während der Verbrennung eingestoßen werden. Durch diese Anordnung wird nicht nur, wie schon erwähnt, der Ausdehnungsgrad verkleinert, sondern auch durch die Erwärmung das Luftgewicht verringert und noch dazu durch die Anwesenheit einer großen Menge Abgase eine sehr langsam stattfindende Verbrennung bewirkt.There are known designs of the machine category belonging to this, in which the compression space also consists of combustion air and combustion chambers, but in the case of xvelchen the combustion air flows out freely from the first into the second chamber. As is known, this free outflow can only occur if there is a considerable difference in pressure between the two chambers, i.e. generally only in the case of combustion with falling pressure, id. 1i. if the burn is very slow, go on. Such slow combustion, however, significantly worsens the specific power and the efficiency in comparison with the rapid, explosive combustion and even with the combustion at a constant pressure. On the other hand, proposals are known to eject the combustion air into the combustion chamber with constant pressure, but not to compress this combustion air in the working cylinder itself, but to effect the compression in a special 'compressor. In this case, the stroke volume of the special compressor is completely lost for the expansion - before a deterioration in the thermal efficiency, a reduction in the mechanical efficiency and an increase in the thermal loads as a result of the lengthening of the combustion time arise. It is finally known proposals, in which for the purpose of reduction in the compression pressure only exhaust gases are compressed in the main cylinder and fresh air are discharged from a special -pump means .One bgase by the A heated sample line into the master cylinder during combustion. This arrangement not only reduces the degree of expansion, as already mentioned, but also reduces the weight of the air due to the heating and, in addition, causes a very slow combustion due to the presence of a large amount of exhaust gases.

Es ist aber bekannt, daß der Wirkungsgrad einer Maschine um so besser ist bzw. seine spezifische Leistung um so größer ist, je näher die Verbrennung am Totpunkt stattfindet und je mehr frische, unverbrauchte Luft der Brennstoff während der Verbrennung findet.But it is known that the efficiency of a machine is so much the better is or its specific power is greater, the closer the combustion to Dead center takes place and the more fresh, unused air the fuel during the combustion takes place.

Diese Verbesserung der Verbrennung kann wie beim Erfindungsgegenstand dadurch erzielt werden, daß die ganze in den Arbeitszylinder eingeführte Luft während des Rückganges des Kolbens von diesem selbst in der Brennluftkammer und in der Verbrennungskammer, welche beide den Verdichtungsraum bilden, verdichtet wird und -der in die Verbrennungskammer einsgespritzte oder eingeblasene Brennstoff zunächst anfängt, mit der Luft in dieser Kammer zu verbrennen, worauf die in der Brennluftkammer befindliche frische Luft zwangläufig :durch Verkleinerung des Rauminhalts dieser Kammer in die Verbrennungskarnmer ausgestoßen wird und in dieser die Verbrennung des weiter eingeführten Brennstoffes unterhält.This improvement of the combustion can be as with the subject of the invention can be achieved in that all the air introduced into the working cylinder during the retraction of the piston from itself in the combustion air chamber and in the combustion chamber, which both form the compression space, and which is compressed into the combustion chamber injected or blown fuel initially begins with the air in this Chamber to burn, whereupon the fresh air in the combustion air chamber inevitably: by reducing the volume of this chamber in the combustion chamber is expelled and in this the combustion of the further imported fuel entertains.

Die Erfindung ist beispielsweise auf den Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Ausführungsform der Maschine im Querschnitt, Abb. 2 den Grundriß dieser Ausfiihrungsform, Abb. 3 und q. einen Reguliernocken in Seitenansicht und im Querschnitt, Ab#h.5 das Druckvolumendiagramm für Viertaktarbeit, Abb. 6 das Volumenänder ungsdiagramin der Brennluftkammer bei Viertakt und bei einer unbeweglichen Scheidewand zwischen den beiden Kammern, Abb.7 dasselbe Diagramm bei Zweitaktarbeit, Abb.8 das Bewegungsdiagramm des oder der Hilfskolben der in Abb. i und 2 dargestellten Maschine, Abb. 9 die Nockenscheibenausführung dazu für den Hilfskolben, Abb. io die Nockenscheibenausführung dazu für die Scheidewand.The invention is illustrated, for example, in the drawings, namely Fig. i shows an embodiment of the machine in cross section, Fig. 2 den Floor plan of this embodiment, Fig. 3 and q. a regulating cam in side view and in cross section, from # h.5 the pressure volume diagram for four-stroke work, Fig. 6 das Volume change diagram of the combustion air chamber in the case of a four-stroke and an immobile one Partition between the two chambers, Figure 7 the same diagram for two-stroke work, Fig.8 shows the movement diagram of the auxiliary piston or pistons of the ones shown in Figs Machine, Fig. 9 the cam disc design for the auxiliary piston, Fig. Io the cam disc version for the septum.

Auf der Abb. i und 2 sind i der Arbeitskolben, 2, 3, 4 .das Auspuff-, Saug- und das Brennstoffventil, 7 .der Führungszylinder der beweglichen Scheidewand mit der Öffnung 8, 9 der bewegliche Hilfskolben, io die Nockenscheibe, «-elche die Hebelrollen i i aufhebt und damit den Kolben 9 senken kann, 12 die ockenscheibe zum Anheben der beweglichen Scheidewand.On fig. I and 2 i are the working piston, 2, 3, 4, the exhaust, Suction and fuel valve, 7. The guide cylinder of the movable partition with the opening 8, 9 the movable auxiliary piston, io the cam disk, «-elche die Lever rollers i i lifts and thus the piston 9 can lower, 12 the ockenscheibe for lifting the movable septum.

Die in Abb. i dargestellte Lage der beiden Kolben i und 'g sowie der Scheidewand entspricht :dein Ende der Verdichtung in dem Augenblick des Verbrennungsbeginnes eines Teiles des Brennstoffes mit der Luft der Verbrennungskammer in der Verbrennungskammer j, Gleichzeitig mit dieser Teilmengeni-erbrennung wird die Scheidewand nach oben zwangläufig durch den Nockenantrieb gegen deti Kolben 9 gehoben, wodurch die frische Luft mit großer Geschwindigkeit aus der Brennluftkaminer 6 ausströmt und eine schnelle und vollständige Verbrennung des noch nicht verbrannten und des weiterhin eingeführten Brennstoffes bewirkt. Nach dem Ausdehnungshub hebt während des Auspuffes die N ockenscheibe io die Rolle i i und senkt den Kolben g zusammen mit der Hülse 7, so daß die Abgase aus der Brennluftkarnmer und aus der Verbrennungskammer vollständig ausgestoßen werden. Beim Saughub stellen sich der Kolben 9 und die Hülse 7 mit der Scheidewand wieder -in die Lage, wie es in Abb. i dargestellt ist.The position shown in Fig. I of the two pistons i and 'g as well as the Partition corresponds to: your end of compression at the moment of the start of combustion part of the fuel with the air of the combustion chamber in the combustion chamber j, At the same time as this partial combustion, the septum is raised inevitably lifted by the cam drive against deti piston 9, whereby the fresh Air flows out of the combustion air chamber 6 at great speed and at a rapid rate and complete incineration of the not yet burned and the still imported Fuel causes. After the expansion stroke, the cam plate lifts during the exhaust io the roller i i and lowers the piston g together with the sleeve 7, so that the exhaust gases completely expelled from the combustion air chamber and from the combustion chamber will. During the suction stroke, the piston 9 and the sleeve 7 come together with the septum back into position as shown in Fig. i.

Da es sich dabei um eine relative Bewegung des Hilfskolbens und der Scheidewand handelt, d. h. also, daß während des Luftausstoßens aus der Brennluftkamnier 6 entweder der Hilfskolben bei stillstehender Scheidewand sich zur Scheidewand oder umgekehrt die Scheidewand bei stillstehendem Kolben zu dem Kolben verschiebt oder aber beide zueinander sich bewegen, so daß in jedem Falle die Luft ausgestoßen wird, so kann selbstverständlich im ersteren Bewegungsfalle die Scheidewand in starrer Verbindung mit dem Deckel oder dem Zylinder stehen. Der Führungszylinder (Hülse y) ist also nicht unbedingt notwendig. Desgleichen kann auch nur die Scheidewand beweglich sein und der Hilfszylinder stillstehen.Since this is a relative movement of the auxiliary piston and the Partition acts, d. H. so that during the expulsion of air from the combustion air chamber 6 either the auxiliary piston becomes the septum when the septum is stationary or conversely, when the piston is at a standstill, the septum moves towards the piston or but both move towards each other, so that in each case the air is expelled, so, of course, in the former case of motion, the partition can become more rigid Connected to the cover or the cylinder. The guide cylinder (sleeve y) is therefore not absolutely necessary. Only the partition can do the same be movable and the auxiliary cylinder stand still.

Abb. 3 und .a. stellen die Hubregulierung des Kolbens 9 dar. Die Nockenscheibe hat eine kegelartige Grundkreisfläche und eine zylindrische Rastfläche, so daß bei Verschiebung des Nockens auf der Nockenwelle der Kolbengang sich ändert. Bei dieser Veränderung des Kolbenhubes zwecks Veränderung des Verdichtungsgrades wird der Hilfskolben stets dicht bis zur Scheidewand zwecks vollständiger Ausdrängung der Luft aus der Brennluftkaininer hinuntergeschoben. Seine tiefste Lage bleibt also unveränderlich, während die oberste Lage gemäß der Größe des Ver-lichtungsraumes veränderlich sein muß.Fig. 3 and a. represent the stroke regulation of the piston 9. The cam disk has a conical base circle and a cylindrical locking surface, so that at Displacement of the cam on the camshaft changes the piston speed. At this Change of the piston stroke for the purpose of change the degree of compaction the auxiliary piston is always tight up to the septum for the purpose of complete displacement the air from the combustion air chamber pushed down. Its lowest position remains that is, unchangeable, while the topmost layer corresponds to the size of the light space must be changeable.

Der Arbeitsgang der Maschine bei Viertakt ist aus dem Diagramm (Abb. 5 ) zu ersehen. Die Kurvenstücke a bis b stellen die Verdichtung dar: b, i, c die Verbrennung; b, 2, c die mit einem Überdruck gegenüber dem Verbrennungsdruck zwangläufig geführte Ausströmung der Luft aus der Brennluftkammer, c bis d die Ausdehnung, d bis g den Auspuff und g bis a die Ansaugung. Bei Zweitaktmotoren findet der Auspuff und die Spülung, wie üblich, am Ende des AusdehnUngs- und (oder) am Anfang des Verdichtungshubes statt; der Gang der Verdichtung, der Verbrennung und Ausdehnung bleibt sonst derselbe.The operation of the machine at four-stroke can be seen from the diagram (Fig. 5) can be seen. The curve pieces a to b represent the compression: b, i, c die Combustion; b, 2, c which inevitably have an overpressure compared to the combustion pressure guided outflow of air from the combustion air chamber, c to d the expansion, d to g the exhaust and g to a the intake. In two-stroke engines, the exhaust is found and the flushing, as usual, at the end of the expansion and (or) at the beginning of the compression stroke instead of; otherwise the course of compression, combustion and expansion remains the same.

Abb.6 stellt das Schema der Volu:nienänderung der Brennluftkammer bei einem Viertaktmotor dar, und zwar in der Annahme einer unbeweglichen Scheidewand. Die Unbeweglichkeit der Scheidewand kann durch den äußeren Kreis a-b-c-d-f-g-h-a, dagegen die Bewegung des Kolbens 9 durch die stark ausgezogene Kurve A-B-c-D-f-g-la dargestellt werden, so daß die radialen Abstände zwischen den beiden Kurven die Volumenänderung der Brennluftkammer,angeben. A, B entspricht rler Verdichtung, B, c dem Ausschub der Luft au.s der Brennluftkarn@mer während der Verbrennung; c, D zeigt das ' Wiederaufsteigen des Hilfskolbens während der Ausdehnung, D, f, g, Ir, das Sinken des Hilfskolbens zwecks Ausstoßens der Abgase aus der Brenn.luftkammer, h, A das Freilegen der Brennluftkammer zwecks Ansaugens der frischen Luft.Fig. 6 shows the scheme of the volume change of the combustion air chamber in a four-stroke engine, assuming an immovable partition. The immobility of the partition can be represented by the outer circle abcdfgha, whereas the movement of the piston 9 is represented by the strongly drawn-out curve ABcDfg-la, so that the radial distances between the two curves indicate the change in volume of the combustion air chamber. A, B corresponds to compression, B, c to the expulsion of the air from the combustion air chamber during combustion; c, D shows the rising of the auxiliary piston during the expansion, D, f, g, Ir, the sinking of the auxiliary piston for the purpose of expelling the exhaust gases from the combustion air chamber, h, A the exposure of the combustion air chamber for the purpose of sucking in fresh air.

Abb. 7 bezieht sich in ähnlicher Weise auf Z@veitaktmotoren. In dem Diagramm bedeuten: I und II den Anfang und ,den Schluß der Öffnung des Auspuffs, während III und IV den Anfang und Schluß der Öffnung des Spülschlitzes darstellen. Kurz vor I beginnt der Hilfskolben die Abgase aus der Brennluftkam.mer auszutreiben (bis f') und kehrt während des Spülens wieder zurück (von h'), uni Frischluft in die Brennl:uftkammer anzusaugen.Fig. 7 relates in a similar way to timing motors. By doing Diagram mean: I and II the beginning and the end of the opening of the exhaust, while III and IV represent the beginning and the end of the opening of the flushing slot. Shortly before I, the auxiliary piston begins to expel the exhaust gases from the combustion air chamber (to f ') and returns during purging (from h'), uni fresh air in to suck in the combustion air chamber.

Abb.8 stellt das aus den Steuernocken (Abb. g und i(S) hergestellte Bewegungsdiagramm der Scheidewand und des Hilfskolbens dar, entsprechend der beispielsweise oben vorgeführten Beschreibung der Steuerung und in Annahme einer Entleerung des ganzen Verdichtungsraumes von Abgasen. Die Linie a"-b"-c"-d"-g"-h"-ä' entspricht der Bewegung des Hilfskolbens, die Linie A"-B"-c"-d"-g"-<4" derjenigen der Scheidewand, wobei die Abstände zwischen den beiden Linien die Volumenänderung der Brennluftkammer bezeichnen. Während der Verdichtung a.", b" bleibt der Hilfskolben .und die Scheidewand unbeweglich. Bei der Verbrennung B", c" hebt sich die Scheidewand und stößt die Luft aus der Brennluftkammer in die Verbrennungskammer aus und bleibt alsdann mit dein Hilfskolben zusammen während der Ausdehnung c", d" unbeweglich. Irn Verlauf des Auspuffes d", e", g' bewegen sich beide zusaininen dem Hauptkolben zu und stoßen die Abgase aus dem nun einzigen Verdichtungsraum aus. Schließlich während des Saughubes g", h", ä ' werden der Hilfskolben und die Scheidewand gehoben, und zwar der Kolben höher als :die Scheidewand, so daß wieder der Verdichtungsraum in zwei Räume, nämlich die Brennluftkaminer und die Verbrennungskammer, geteilt wird.Fig.8 shows the movement diagram of the septum and the auxiliary piston produced from the control cams (Fig. G and i (S), according to the description of the control system presented above and assuming that the entire compression chamber is emptied of exhaust gases. The line a "- b "-c" -d "-g" -h "-ä 'corresponds to the movement of the auxiliary piston, line A" -B "-c" -d "-g" - <4 "corresponds to that of the septum, whereby the distances between the two lines denote the change in volume of the combustion air chamber. During compression a. ", b" the auxiliary piston and the septum remain immobile. During combustion B ", c" the septum rises and pushes the air from the combustion air chamber into the combustion chamber and then remains immobile together with your auxiliary piston during the expansion c ", d". In the course of the exhaust d ", e", g 'both move together towards the main piston and expel the exhaust gases from what is now the only compression chamber of the suction stroke g ", h", ä ' the auxiliary piston and the septum are raised, namely the piston higher than: the septum, so that the compression space is again divided into two spaces, namely the combustion air chimney and the combustion chamber.

Die Steuerung des Hilfskolbens und (oder) rler Scheidewand kann selbstverständlich nicht nur durch \ uckenscheiben, sondern beispielsweise auch durch Exzenter oder direkt ,durch besondere Pleuelstangen von der Maschinenwelle aus erfolgen. Hauptsache ist, daß die Brennluftkammer zusammen mit dem Verbrennungsrauin .den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders bilden hilft und daß die Luft aus der Arbeitszylinders zwangläufig während der Verbrennung in die Verbrennungskammer ausgestoßen wird, und zwar durch Verkleinerung des Rauminhalts der Luftkainnier.The control of the auxiliary piston and (or) rler septum can of course not only through \ uckenscheiben, but also, for example, through eccentrics or directly from the machine shaft using special connecting rods. main thing is that the combustion air chamber together with the combustion roughness. The compression chamber of the working cylinder helps and that the air from the working cylinder inevitably is discharged into the combustion chamber during combustion, namely by Reduction of the volume of the air cabin.

Die Erfindung findet Verwendung für Viertakt- und Zweitaktmotoren mit schneller oder langsamer Verbrennung; für stehende sowie liegende Ausführungen, einfach oder doppelt wirkend oder mit gegenläufigen Kolben; für stationäre sowie für Fahrzeug-, See- oder Luftschiffinaschinen.The invention is used for four-stroke and two-stroke engines with fast or slow burn; for standing and lying versions, single or double acting or with counter-rotating pistons; for inpatient as well for vehicle, sea or airship machines.

Claims

PATr # _NznNSPRÜCHE: i. Self-igniting internal combustion engine with separate compression of combustion air and fuel and with one from separate Combustion and air chamber existing compression space, furthermore with introduction of the fuel in the compressed air content of the combustion chamber by forcibly expelling the combustion air portion of the air chamber into the combustion chamber during the combustion process by reducing the volume of the air chamber.

2. Internal combustion engine according to claim i, characterized by practical complete Emptying the air chamber of exhaust gases by reducing its volume up to approximately to zero during the exhaust stroke or the scavenging, depending on whether the Machine works in four-stroke or two-stroke.

3. Internal combustion engine according to claim 2, characterized by the common movement of a running in the air chamber, auxiliary piston (g) used for ejecting and reloading and the septum (7) between air chamber and combustion chamber - during the exhaust stroke or the purging for the purpose of a practically complete emptying of the entire compression space of Exhaust. q .. internal combustion engine according to claim i, 2 or g, characterized in that that by adjusting the stroke of the auxiliary piston an increase or decrease in the The volume of the air chamber can be achieved and thus also: the volume of the compression space is to be enlarged or reduced as a whole in a known manner.