DE545644C - Mehrzylindrige Viertaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 14. MÄRZ 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 a² GRUPPE

in Paris*)

Mehrzylindrige Viertaktbrennkraftmaschine Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Mai 1930 ab

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Regelungen, welche besonders bei der Kompressorladung von mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschinen verwendbar sind, welche im Viertakt arbeiten und entweder gewöhnliche Explosionsmotoren oder Dieselkraftmaschinen darstellen.

Diese Regelungen bestehen in der gleichzeitigen Anwendung folgender Mittel:

to ι. Der Ladungsdruck wird soweit wie nur irgend möglich konstant gehalten, und zwar durch die Verbindung einer Vorrichtung, welche ein Überströmen von Zylinder zu Zylinder bewirkt, und einer Regelung, die den Druckperioden des Überladungskompressors derart entspricht, daß die periodischen Druckschwankungen dieses Kompressors beträchtlich gedämpft werden.
Das Überströmen unter Druck von Zylin-

ao der zu Zylinder wird durch eine Verlängerung der Üffnungsdauer des Einlaßventiles während eines erheblichen Teiles des aufsteigenden Kolbenhubes erreicht. Dies findet also statt, wenn das Einlaßventil des folgenden Zylinders nach Durchgang des entsprechenden Kolbens durch seinen oberen Totpunkt normal geöffnet ist. Während dieses Zeitabschnittes, in dem zwei Einlaßventile gleichzeitig geöffnet sind, wird die in dem ersten Zylinder enthaltene Gas- oder Luftmenge genau um die Menge vermindert, um welche die in dem zweiten Zylinder enthaltene Menge erhöht wird, so daß die vom Ladungssammler geforderte Luft- und Gasmenge gleich Null wird und einfach ein Überströmen unter Druck eines Teiles der in dem ersten Zylinder enthaltenen Gase in den- zweiten Zylinder stattfindet. Der Kompressor ist so eingeregelt, daß er kein Gas und keine Luft während dieses Überströmabschnittes abgibt. Der Ladeabschnitt, d. h. der Abschnitt, währenddessen ein einziges Einlaßventil geöffnet ist, fällt dabei mit einem berechneten Ausstoß zusammen, damit die richtige Luft- und Gasmenge abgegeben wird, die zur Füllung des Motorzylinders entsprechend dem gewünschten Drucke notwendig ist. Es ergibt sich hieraus, daß die in dem Ladungssammler enthaltene Gas- oder Luftmenge konstant bleibt und daß infolgedessen Druckänderungen in diesem Sammler vollständig verschwinden.

2. Die Möglichkeit, eine Änderung des Ladungsdruckes durch eine gesteuerte Änderung der volumetrischen Leistung des Kom-

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Paul Dugelay in Paris,

pressors, verbunden mit einer entsprechenden Änderung des Überstromabschnittes eintreten zu lassen, so daß das bei jedem Hub des Kompressors geförderte Volumen stets dem Gas-5 oder Luftvolumen gleich ist, welches notwendig ist, um die Füllung des entsprechenden Motorzylinders mit dem gewünschten Druck durchzuführen.

3. Die Verbindung zwischen der Steuerung der Änderung der Kompressorleistung und derjenigen des Schlusses der Einlaßventile des Motors, so daß die beiden erhaltenen Kompressionsstufen, die sich

i. aus der Stufe in dem Kompressor und 2. aus der Stufe in dem Motor zusammensetzen, stets genau gleich bleiben und daß die für die Gesamtkompression des Gasgemisches aufgewendete Arbeit stets auf einen Mindestwert zurückgeführt wird.

4. Die Kühlung des Gas- oder Luftgemisches zwischen den beiden Kompressionsstufen. Die Kühlung wird durch die Wände des Ladungssammlers erreicht, welcher allen Motorzylindern gemeinsam ist. Die miteinander verbundenen Vorrichtungen und Regelungen gestatten die Schaffung einer Überladungs-Verbrennungskraftmaschine mit einer wirtschaftlichen zweistufigen Kompression und einer Kühlung zwischen den beiden Abschnitten. Eine solche Maschine besitzt die folgenden Vorteile:

a) Bei einem Explosionsmotor erhält man einen erhöhten Kompressionswert ohne Selbstzündung oder Explosion. Die Temperatur des Verbrennungsgemisches am Ende der Kompression bleibt nämlich unterhalb derjenigen, welche bei Motoren mit einer einzigen Druckstufe unvermeidlich zum Eintritt dieser Wirkungen führt.

Bei diesen Motoren ist es möglich, eine Überladung ohne Erhöhung der Kompressionsendtemperatur vorzunehmen.

b) Die Kompressionsarbeit wird infolge der Regelung der Kompression in zwei Stufen, welche stets genau gleich sind, und infolge der Vermeidung jeglicher Zwischenentspannung zwischen den beiden Stufen auf einen Mindestwert herabgedrückt.

c) Der Kompressionswert ist durch entsprechende Regelungen der Kompressorleistung und des Schlusses der Einlaßventile des Motors veränderlich. Hierdurch wird eine gleichzeitige Änderung der beiden Kompressionsstufen erreicht, wodurch sich die Möglichkeit bietet, die beiden Stufen im Falle der Explosionsarbeitsweise stets genau gleich zu halten und im Falle der Dieselarbeitsweise eine gleichbleibende Endtemperatur zu erreichen.

d) Erreichung eines höheren volumetrischen Entspannungswertes und infolgedessen erhöhte thermodynamische Wirkung. Der Entspannungswert ist nämlich unabhängig von dem Wert der in dem Motor auftretenden volumetrischen Kompression und kann höher sein als der Wert der Gesamtkompression, um Ausströmverluste zu vermeiden, e) Verbesserung der Gleichförmigkeit des Luftbrennstoffgemisches bei Explosionsmotoren durch die Wirbelung, welche durch das Überströmen von einem Zylinder zum anderen hervorgerufen wird, sowie bessere Vergasung des Brennstoffes unter dem Einfluß der durch die Gase bespülten Wände. Dieser letzte Umstand führt auch zur Kühlung der heißen Stellen, welche in dem Zylinder vorhanden sein können.

Die Abbildungen und die folgende Beschreibung beziehen sich besonders auf die Anwendung der Regelvorrichtungen gemäß der Erfindung bei einem Motor mit vier in einer Linie liegenden Zylindern. Das gewählte Beispiel bedeutet keine Festlegung der Anzahl und der Anordnung der Zylinder.

Die graphische Darstellung gemäß Abb. 1 zeigt schematisch die Folge der aufeinanderfolgenden Zeiten der bekannten Viertaktarbeitsweise. In jedem der Zylinder entsprechen A₁, A₂, A₃, A± den Ladungen, B₁, B₂, 5₃, B± den Kompressionen, C₁, C₂, C₃, C₄ der Entspannung und D₁, D₂, D_s, D_i dem Auspuff. Die Zylinder sind entsprechend ihrer Zündungsreihenfolge angeordnet und mit Ordnungszahlen versehen.

Die Darstellung zeigt, daß die vier Ladungen ohne Unterbrechung und ohne Überdeckung aufeinanderfolgen.

Jedesmal während der Dauer der Ladung A₁ legt der Kolben einen vollständigen Hubweg zurück, wobei er seine Geschwindigkeit dauernd ändert. Dieselbe wird durch die Kurve A₁ in Abb. 2 wiedergegeben. In gleicher Weise ist die Geschwindigkeit des Kolbens des zweiten Zylinders während der Ladung dieses Zylinders in Abb. 2 durch die Kurve A₂ dargestellt. Das Volumen des in ,-,-jedem Augenblick in den Zylinder eingebrachten Gases ändert sich nach dem gleichen periodischen Gesetz.

In Abb. 2 sind außerdem die Kurven R₁, R₂ dargestellt, welche die von dem Kompressor während einer vollständigen Umdrehung des Motors abgegebene Luftmenge anzeigen. Der Vergleich der beiden Kurven.^ und R₁ zeigt, daß der Druck in dem. Ladesammler sich in periodischer Weise ändert. Er vermindert sich während des Beginnes der Ladung, da der Zylinder sich ja anfüllt, ohne daß der Kompressor liefert. Der Druck erhöht sich schnell, sobald sich die Auslaßventile des Kompressors öffnen.

Hieraus ergibt sich eine Reihe von Schwingungen, die schematisch durch die Kurve P dargestellt sind, die die Regelmäßigkeit der Ladung beeinträchtigen und Brennstoffkondensationen herbeiführen können.

Abb. 3 zeigt schematisch die Folge der vier Zeiten mit den neuen Regelungen, welche die Erfindung darstellen. Die Ladungen werden bei jedem Zylinder um mehr als die Hälfte ίο des aufsteigenden Hubes des Kolbens verlängert. Die Kompression wird so in dem Zylindermotor ebensoviel vermindert, während die übrigen Zeiten denen der gewöhnlichen Arbeitsweise gleichbleiben.

Abb. 4 zeigt die Änderungen der in die Zylinder während einer vollständigen Umdrehung der Motorwelle eingebrachten Luftmenge. Der gestrichelte Teil der Kurven A₁, A₂ wird in der Weise beseitigt, daß die Abschnitte, in denen eine wirkliche Zufuhr von Luft in den Zylinder stattfindet, mit den Ausstoßabschnitten R₁, R₂, des Kompressors zusammenfallen. Die Kurve der Druckänderungen in dem Kompressor hat die Form der Kurve P in Abb. 4.

Abb. 4a zeigt die Kurbelkreisdiagramme der Motorenzylinder 1 bis 4 (die Nummerierung gilt von links nach rechts gemäß Abb. 5) und der beiden Kompressoren I und II (I entspricht der Oberseite des doppelt wirkenden Kolbens 7 und II der Unterseite dieses Kolbens, s. Abb. S). Es bedeutet A Ansaugung, AI, All Ladung aus dem Kompressor I, II, B Verdichtung, C Entspannung, D Auspuff, R₁, R₂ usw. Ausstoß von Luft in den Zylinder 1, 2 usw., T₂, T₁ usw. Überleitung von Luft aus dem Zylinder 2 in den Zylinder 1 usw. Die Anfangsstellung der Kurbeln ist mit α bezeichnet und. unterscheidet sich um eine halbe Umdrehung von der Stellung der Kolben gemäß Abb. 5.

Zwecks Vereinfachung ist bei dem Entwurf der Diagramme die Vorzündung und die Voröffnung des Auslaßventiles nicht berücksichtigt worden. Vorausgesetzt ist, daß die Kompression in zwei gleichen Stufen stattfindet, so daß das Einlaßventil genau während einer Dreiviertelumdrehung geöffnet ist, die Kompression genau eine Viertelumdrehung (einen halben Hub) dauert und die Entspannung und der Auspuff je genau eine halbe Umdrehung (einen vollständigen Hub) in Anspruch nehmen.

Im folgenden sei eine vollständige Arbeitsphasenaufeinanderfolge des Kolbens des Zylinders ι beschrieben.

i. Umlauf (obere Diagrammreihe)

I.Hub (niedergehend): Das Einlaßventil ist geöffnet und das Auslaßventil geschlossen.

i. Hälfte: Überleitung der aus dem Zylinj der 2 kommenden Luft, deren Einlaßventil in diesem Augenblick geöffnet ist.

2. Hälfte: Einlaß von Luft aus dem Kompressor I, dessen Ausstoßventil sich in dem Augenblick öffnet, in dem das Einlaßventil des Zylinders 2 sich schließt.

2. Hub (aufsteigend): Das Auslaßventil ist geschlossen.

1. Hälfte: Das Einlaßventil ist geöffnet, der Kolben stößt die Luft durch das Einlaßventil zurück, wobei ein Überleiten in den Zylinder 3 stattfindet.

2. Hälfte: Das Einlaßventil ist geschlossen, es findet eine adiabatische Kompression statt.

2. Umdrehung (untere Diagrammreihe)

ι. Hub (niedergehend): Die Einlaß- und Auslaßventile sind geschlossen. Es findet die Verbrennung und Entspannung statt.

2. Hub (aufsteigend): Das Einlaßventil ist geschlossen, das Auslaßventil geöffnet. Die Gase puffen aus.

Die Vorgänge finden in den anderen Zylindern 2, 3 und 4 in entsprechender zeitlicher Verschiebung statt, so daß man eine geschlossene Aufeinanderfolge der Luftüberleitungen und der Verbrennungen erhält.

Im folgenden sei die Arbeitsaufeinanderfolge des Kompressors I beschrieben.

1. Umdrehung

x. Hub (aufsteigend):

1. Hälfte: Verdichtung der Luft.

2. Hälfte: Ausstoß der Luft in den Zylinder i, bei dem die Überleitung von Luft aus dem Zylinder 2 beendet ist.

2. Hub (niedergehend): Ansaugung.

TT 1 1

2. Umdrehung

Die Arbeitsphasenaufeinanderfolge des Kompressors wiederholt sich mit dem Unterschied, daß der gespeiste Zylinder nicht der Zylinder i, sondern der Zylinder 4 ist.

Der Kompressor I arbeitet mit den Zylindern ι und 4 und der Kompressor II mit den Zylindern 2 und 3 zusammen.

Die Abb. 4b zeigt die Indikatordiagramme, und zwar bei A für einen Motorzylinder und bei B für einen Kompressor.

Der Einlaß beginnt bei o, er findet unter Druck statt. Bis c stammt die Luft aus einem anderen Zylinder. Zwischen c und d tritt aus dem Kompressor ausgestoßene Luft ein. Dieser Abschnitt ist durch eine Reihe von kleinen Schwankungen gekennzeichnet, die von der fortschreitenden Druckausgleichung in dem Kompressor, dem Sammler und dem Zylinder herrühren. Der mittlere Druck bleibt jedenfalls genau konstant und demjenigen der ersten Hälfte des Hubes

gleich, im Gegensatz zu den bisher bekannten Motoren.

Während des Rückkehrhubes 2 wird die Luft zwischen d und b in einen anderen Zylinder gedrückt, und zwar unter einem Drück, der genau demjenigen des ersten Hubes gleich ist. Bei b wird das Einlaßventil geschlossen, und es findet alsdann die Verdichtung, die Verbrennung und die Entspannung wie bei jedem anderen Motor statt. Bei e öffnet sich das Auslaßventil, wodurch der Druck fällt. Der Auspuff findet während des Rückkehrhubes 4 statt, und zwar genau unter atmosphärischem Druck.

Der Kompressor saugt während des Hubes ι an, verdichtet während des ersten Teiles des Hubes 2 und stößt zwischen c und d die Luft aus. Der Ausstoßabschnitt fällt mit dem Ansaugabschnitt c-d des Zylinders zusammen.

Abb. 5 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen vierzylindrigen Viertaktmotor. Die Abbildung zeigt den Augenblick des Überströmens der Gase von dem ersten Zylinder in denjenigen, welcher ihm in der Zündungsreihe folgt.

Der Kolben 1 befindet sich auf dem unteren Totpunkt und beginnt seinen aufsteigenden Hub. Das Einlaßventil 2 bleibt geöffnet, während das Einlaßventil 3 des folgenden Zylinders sich zu öffnen beginnt. Hieraus folgt, daß die in dem Zylinder 4 befindlichen Gase durch den Zylinder 1 unter Durchlauf der Ventile 2 und 3 und des Ladungssammlers 6 in den Zylinder getrieben werden.

Der Kompressor, welcher mit der gleichen Drehzahl wie der Motor umläuft, besitzt eine Anzahl von Zylindern, die der Hälfte der Anzahl der Motorzylinder entspricht. Bei dem obenerwähnten Motor mit vier Zylindern besteht der Kompressor aus einem einzigen Zylinder mit doppelter Wirkung. Der Kolben wird durch die Kurbelwelle des Motors mit Hilfe eines Schiebers und einer Gleitführung gesteuert.

Der Kolben des Kompressors 7 ist in seinem oberen Totpunkt dargestellt, d. h. in dem Moment, in dem er mit dem Kompressionshub in dem Zylinder 8 beginnt. Das Auslaßventil 9 ist geschlossen und öffnet sich erst in dem Augenblick, in dem sich das Einlaßventil 2 des Motorzylinders 4 öffnet, so daß der wirkliche Eintritt der Gase in den Zylinder mit dem Auslaß des Kompressors zusammenfällt.

Das Einlaßventil 10 des Kompressorzylinders 8 ist offen dargestellt. Der Schluß des Ventiles erfolgt durch eine Steuerung 11, die von der Nockenwelle 12 des Motors abhängig ist. Hierdurch ist es möglich, die volumetrische Leistung des Kompressors in Verbindung mit dem Schluß der Einlaßventile des Motors zu verändern.

Die Vorrichtung gestattet also, den Wert der Gesamtkompression des Motors zu verändern, wobei aber die beiden Kompressionsstufen stets einander vollständig gleichbleiben.

Die gleichzeitige Veränderung des Schlusses der Einlaßventile des Motors und der Einlaßventile des Kompressors erfolgt -durch Verstellung der Nockenwelle 12 mit Hilfe irgendeiner bekannten Einrichtung 13. Auf der Nockenwelle 12 sind mehrere Nocken nebeneinander angeordnet, die man nacheinander in eine Stellung senkrecht über den Stößeln der Ventile bringen kann.

Abb. 6 ist ein teilweiser Schnitt durch den gleichen Motor während des Ladungsabschnittes des Zylinders 5, währenddessen allein das Einlaßventil 3 geöffnet ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Mehrzylindrige Viertaktbrennkraftmaschine mit einem allen Zylindern gemeinsamen, von einem Kolbenverdichter nachgespeisten Ladungsaufnehmer, bei der jeder Zylinder der Maschine während eines ersten sehr großen Teiles des Ladungstaktes unter Druck eine Ladungsmenge aus einem anderen Zylinder und während des restlichen Teiles des Ladungstaktes eine von dem im Fördertakt befindlichen Verdichter über den Aufnehmer gelieferte Ladungsmenge erhält und während eines ersten sehr großen Teiles des darauffolgenden,Taktes (Rückhubes) ein Teil dieser vereinigten Ladungsmenge, der -dem von dem zugehörigen Zylinder gelieferten entspricht, stets unter angenähert gleichem Druck über den Aufnehmer in einen anderen Zylinder der Maschine abgeschoben wird, worauf die in dem ersten Zylinder verbliebene Ladungsmenge während des restlichen Teiles des Rückhubes verdichtet wird.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch I, die eine Veränderung der Gesamtverdichtungshöhe der Maschine zur gleichzeitigen Bestimmung der Ladung der Maschine und der Leistung des Verdichters zuläßt, beispielsweise durch Verstellung der Hilfswelle, die mehrere zur Steuerung der Verdichter- und der Arbeitszylinderventile dienende Nocken trägt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen