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Viertakt-Dieselmaschine mit Nachladung Die Erfindung betrifft eine
Viertakt-Dieselmaschine, bei der der Arbeitszylinder wenib stens einen ventilgesteuerten
Haupteinlaß aufweist, durch den die Ladung während des Saughubes eintritt, sowie
eine oder mehrere Zusatzöffnungen in der Zylinderwandung, die vom Kolben nahe dem
unteren Totpunkt freigelegt werden und durch die am Ende des Saughubes eine vorverdichtete
Nachlademenge eingelassen wird, und zwar in der Weise, daß sowohl Haupt- wie Zusatzladung
im gleichen Sinne um die Zylinderachse kreisen.
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Bisher hat man bei derartigen Maschinen die Zusatzladung durch einen
gewöhnlichen Überladungskompressor zuführen lassen, wobei sie während der öffnungsdauer
mit einer mehr oder weniger konstanten Pressung einströmte; die Einströmgeschwindigkeit
entsprach naturgemäß dem Unterschied des Einlaßdruckes und des Gegendruckes.
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Gemäß der Erfindung wird die Maschine mit einem Stufenkolben bekannter
Art ausgerüstet, unter dessen Ringfläche die Zusatzladung verdichtet wird. Bei dieser
Anordnung erfolgt eine vollständige Verdichtung der Überladung unter dein Kolben
vor öffnung der Einströmkanäle. Während der Zusatzladeperiode nimmt der Druck allmählich
ab. Diese Anordnung macht es möglich, den Druck im Augenblick des Einströmungsbeginnes
erheblich größer zu wählen und dadurch eine größere Umlaufgeschwindigkeit der Luftladung
zu erzeugen, was bekanntlich für das Arbeiten der Maschine von Vorteil ist.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in etwas schematischer
Weise durch die Zeichnungen wiedergegeben, und zwar ist Fig. i ein AYialschnitt
durch eine 'Maschine gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie 2-2
in Fig. i, Fig. 3 ein Schnitt ähnlich dem nach Fig. i mit abweichend gestaltetem
Zylinderkopf und Kolben, Fig. .4 ein Grundriß zu Fig. 3 uni' Fig. 5 eine Fig. 3
ähnliche Darstellung nach einer weiteren abgeänderte, Ausführungsform.
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Bei der Anordnung nach Fig. i und 2 ist im Kopf des Arbeitszylinders
A eine im wesentlichen zylindrische Verbrennungskammer B gebildet, deren Durchmesser
kleiner ist als der der Zylinderbohrung, zu der die Verbrennungskammer gleichachsig
angeordnet ist. Konzentrisch unter dem Zylinder A befindet sich ein Führungszylinder
C kleineren Durchmessers als der Arbeitszylinder: der Raum D zwischen den beiden
Zylindern A und C ist vom Kurbelgehäuse E durch eine
Querwand El
getrennt. In den Zylindern a und C geht der Kolben F hin und her, dessen oberer
Kopf F1 einzig als Kolben wirkt und im Arbeitszylinder A hin und her geht. Der untere
Teil F= kleineren Durchmessers geht im Führungszylinder C hin und her und ist an
einem Ende mit der Kurbelstange G gekuppelt, deren anderes Ende an der Kurbelwelle
GI angreift; der Teil F= wirkt als Kreuzkopf zur Aufnahme der seitlichen
Schubstangenkräfte.
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In dem innerhalb der Kammer D liegenden Teil der Wandung des Zylinders
A ist ein Satz von Öffnungen Al vorgesehen, die tangential zu einem Kreise gerichtet
sind, dess en Mittelpunkt in der Achse des Zylinders liegt, derart, daß die in den
Zylinder durch diese Öffnungen eintretende Luft um die Zylinderachse umläuft. Die
Außenwand der-Kammer D weist eine Lufteinlaböffnung A' auf, die durch ein unter
Wirkung einer Feder A4 stehendes Tellerv entil A3 gesteuert wird.
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Am äußeren Ende der Verbremiungskammer B ist eine als Einlaß- und
Ausiaijötfnung wirkende üffnung BI vorgesehen, die durch ein durch den Druck innerhalb
des Zylinders gegen seinen Sitz gepreßtes Tellerventil B= gesteuert wird. Die öffnung
Bi mündet in einen.Zwischenventilraum H, in welchen ein Einlabkanal Hl und ein Auslabkanal
H'= einmünden, die beide durch ein einziges Drehventil H3 gesteuert werden. Der
Raum H ist, wie Fig.2'zeigt, von spiraliger Gestalt, und zwar fällt die Achse der
Spirale mit der des Ventils B= zusammen, so daB die während des Ansaugens durch
den Zwischenveatilraum H und den"Kanal Bi unter Steuerung des Ventils B= einströmende
Luftladung um die Achse der Verbrennungskammer B zu kreisen sucht. Eine Brennstoifeinspritzvorrichtung
J für die Verbrennungskammer B ist an einer Stelle in der Endwandung der Kammer
gelegen, die von der Kammerachse entfernt ist, und zwar so, daß sie imstande ist,
einen oder mehrere Brennstoffstrahlen so zu erzeugen, daß deren Mittelrichtung entweder
parallel zur V erbrennungskammerachse ist oder eine wesentliche Komponente in achsparalleler
Richtung aufweist.
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Dem Ventil H3 wird eine Drehbewegung durch eine Kette H1 erteilt,
die über ein Kettenrad G'= auf der Kurbelwelle GI und ein Kettenrad H' auf der Welle
HI des Ventils 113 läuft. Die Anordnung ist -so getroffen, daß das Ventil mit halber
Kurbelwellengeschwindigkeit umläuft.
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Mit der Welle il1 des Ventils H3 ist durch ein Zahnradgetriebe K,
K1 eine -Nockenwelle K'= mit z«@ei Nocken 113, iL° verbunden, deren erster über
eine Zwischenstange L und Stoßstange L1 auf das eine Ende eines bei .L° gelagerten
Schwingliebel# L'-'irirkt, dessen anderes Ende auf die Stange- des Ventils B' wirkt.
Der zweite \ocken K; wirkt durch die Gleitstange l1 auf den bei l1= gelagerten Hebel
-111. dessen anderes Ende auf das Ventil A3 wirkt.
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Anordnung und Gestalt der \ ockere K3, IS.; ist so, daß das Ventil
B= bei Beginn der Auspuffperiode geöffnet wird. kurz nachdem das Drehventil H3 den
Zwischenv entilraum H in Verbindung mit dem Auslaßkanal H= gebracht hat, und zwar
etwa in der Stellung, die in Fig. r wiedergegeben ist. Das Drehventil H3 schließt
den Ausla ßkanal H= am Ende der Auspurfzeit und öffnet den Einlabkanal Hl: das druckabschließende
Ventil B= i_z während der ganzen Auspufft- und Saugperiode offen, wird aber am Ende
der Saugperiode geschlossen, kurz bevor das Drehventil H3 den Einlaßlcanal Hl schließt.
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Das Ventil A3 wird so angetrieben, daß es während der Kompressions-
und Auspuffhübe offen ist, so daß Luft zur Kammer D strömt. Es ist geschlossen während
des Arbeits- und des Saughubes, so dab die eingesaugte Luft in der Kammer D durch
die Unterfläche des Kolbenkopfes F1 komprimiert wird. Am Ende jedes seiner Auswärtshübe
legt der Kolbenkopf F1 die Kanäle Al frei.
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Die 'Maschine wirkt wie folgt: Während des Saughubes wird eine Luftladung
von dem Einlaßkanal Hl aus durch den Raum H und das Ventil B= eingesaugt und tritt
infolge der spiraligen Gestaltung der Kammer H in die Verbrennungkammer so ein,
daß sie urn die Zylinderachse zu kreisen sucht. Während dieser Zeit wird eine Luftladung,
die früher in den Raum D durch (las Ventil eingesaugt wurde, von der Unterseite
des Kolbenkopfes F1 komprimiert; und während des Endes des Saughubes gibt der Kolbenkopf
F1 die Kanäle A1 in der Zylinderwandung frei, und die so vorkomprimierte Zusatzladung
tritt in den Zylinder tangential ein, und zwar so, daß sie bestrebt ist, die Geschwindigkeit
des Kreisens der Gesamtladung um die Zylinderachse innerhalb des Zylinders zu vergrößern.
Während des Kompressionshubes wird diese kreisende Luftladung unter Verdichtung
in die Verbrennungskanimer B hineingetrieben und gleichzeitig wird eine frische
Luftladung in den Raum D durch das Ventil A3 hindurch hineingesaugt. Am I,nde des
Kompressionshubes wird Brennstoff in die umlaufende Luftladung durch die Vorrichtung
J eingetrieben und die Verbrennung tritt ein. Während des Arbeitshubes wird die
Luftladung, die in die Kammer D beim Kompressionshub eingesaugt wurde, an der Unterfläche
des
Kolbenkopfes F1 verdichtet, und kurz bevor die Kanäle 211 in
der Z@-Iitiderwandung v--in Kolbenkopf wieder Ireiegeben «-erden" wird das @üclachlagventil
R- vom \ocl;eii 1#3 -eöffnet.
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Zu diesem Zeitpunkt ist der Zwischenventilraum durch das Drehventil
Hz gerade in Verbindung mit dem Auslaß H= gebracht, so daß die Verbrennungsgase
durch den Zwischenventilraum und durch den Auslaßkanal entweichen. 1.m unmittelbaren
Anschluß an die Öffnung des Ventils B= werden die Durchlässe .l1 in der Zylinderwandung
vom Kolbenkopf freigegeben, und' die in der Kammer D verdichtete Luftladung strömt
durch die Durchlässe und hilft beim Austreiben der Auspuffgase. Diese Luftladung
bildet eine Luftschicht über der Kolbenfläche, und wenn der Kolben den Auspuffhub
ausführt, so treibt diese Schicht von Spülluft den Rest der verbrannten Gase vor
sich her durch den Zwischenventilraum Hund füllt die Verbrennungskammer B und den
Zwischenventilraum am Ende des Auspuffhubes. Die Einlaßdurchlässe Hl werden nunmehr
durch das Ventil 113 in Verbindung mit dem Zwischenv entilraum gebracht,
während das RückschlagventilB= noch offen ist, und es wiederholt sich nunmehr die
beschriebene Folge von V orgängen.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und. ist i\T der Arbeitszylinder
mit Führungszylinder NI, Kurbelwelle 1-= und einer Querwandung 1'3, die eine geschlossene
Kammer 0 unter dein Kolbenkopf bildet, die einen durch ein Tellerventil 0= gesteuerten
Einlaßkanal 01 aufweist und mit dem Zylinder durch einen Satz tangentialer Durchlässe
03 verbunden ist. Die Anordnung ist in bezug auf die beschriebene Anordnung der
nach Fig. i und 2 ähnlich. Es ist jedoch je ein gesonderter Eimaß und Auslaß P bzw.
P1 vorgesehen, die durch Tellerventile P=, P° gesteuert werden. Die Kanäle gehen
unmittelbar vom Zylinderkopf aus, und die Verbrennungskammer ist als zylindrische
Vertiefung oder Topf Q im Kolben 01 ausgebildet, der wie bei der Anordnung nach
Fig. i und 2 einen Kopf 0'= besitzt, der den - eigentlichen Arbeitskolben bildet,
sowie einen Teil 03, der im Führungszylinder.\'1 arbeitet und als
Kreuzkopf wirkt.
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Die Verbrennungskammer C? ist mit einem aus Metall bestehenden Wärmeisolierfutter
04 versehen, das durch einen Ring _05 in seiner Lage gehalten wird. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung
R liegt im Zylinderkopf in der aus Fig. @I. ersichtlichen Weise an einem von der
Zylinderachse entfernten Punkt, und so, daß sie einen Brennstoffstrahl oder mehrere
Brennstoffstrahlen von einem Punkt in der \Tähe des Umfanges der Brennl;amni:r 0
aus in einer Richtung liefert, die parallel zur Zylinderachse ;St. oder eine wesent-"tic'1ie
Komponente in einer Richtung parallel ,ir Achse aufweist. .
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Bei der Anordnung nach I# ig. 5 ist dic all--1°enieine Anordnung Anordnung
der nach Fig. 3.
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nur daß die Verbrennungsl;animer durch eine konkave Vertiefung ,l#
in der Fläche des Kolbens S1 gebildet und dal) der Brennstoff in einer Anzahl von
nil wesentlichen radialen Strahlen durch eine Spritzvorrichtung T eingetrieben wird.
die gleichachsig mit dem Zylinder liegt.
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In den durch Fig. 3 und 4 bzw. Fig. 5 wiedergegebenen Anordnungen
sind Einlaßkanal 1; und EinlaOventit P= so gestaltet, daß die dadurch eintretende
Ladung veranlaßt wird. uin die Zvlinderachse umzulaufen; dieser Umlauf wird unterstützt
durch die Zusatzladung, die gegen Ende des Saughubes durch die Durchlässe 03 in
der Zylinderwandung eingeleitet wird.
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Bei Maschinen dieser Art ist es bisweilen wünschenswert, die Geschwindigkeit
des Unilaufes der Ladung uni die Zylinderachse während der Anlaßzeit zu verringern,
uni so die 'Cbertral-ung von W#:rnie aus der kreisenden Luftladung auf die kalten
U-andungen des Zylinders und der Verbrennungskammer während dieser Periode zii vermeiden.
Hierzu kann ein Ventil vorgesehen werden, das die zusätzlichen Einlafikan-.ile in
der Zvlinderwandung während der --%#niaßperiocie ganz oder teilweise abschließt.
wie bei L- in Fig. i angedeutet. Statt dessen können auch Einrichtungen vorgesehen
sein. um während dieser Zeit das Ventil _33 bzw. 0=, das Luft von außen zu der Kammer
D bzw. 0 unter der Fläche des Kolbenkopfes leitet, ständig offen oder ständig geschlossen
zu halten, so daß eine Vorkompression der Luft in diesem Raum und eine Zuführung
durch die Kanäle in der Zvlinderwandun; verhütet wird.
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Die Erfindung soll nicht als an bauliche Einzelheiten der Ausführungsbeispiele
gebunden betrachtet Werder.