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Gemischverdichtende Brennkraftmaschine Es sind bereits ventillose,
gemischverdichtende Brennkraftmaschinen bekannt, bei welchen die Zündung durch einen
in einem kleinen Zündzylinder bis zur Selbstzündung verdichteten Teil des Ladegemisches
erfolgt, das dem Arbeitszvlinder über den Zündzylinder durch von Zündzylinderkolben
gesteuerte Kanäle zugeführt wird. Diese bekannten Brennkraftmaschinen haben einerseits
den Nachteil, daß in dem Zündzylinder unmittelbar aus dem Vergaser kommender, also
nicht vorverdichteter Brennstoff überverdichtet wird, was zur Folge hat, daß eine
ziemlich große Brennstoffmenge überverdichtet werden muß, wodurch nicht nur der
Wirkungsgrad ungünstig beeinflußt wird, sondern im Verhältnis zum Arbeitszylinder
sehr große Abmessungen des Zündzylinders nötig werden. Dadurch wird die Maschine
unverhältnismäßig schwer und die Antriebsorgane des Kolbens und damit auch die Verdichtungsarbeit
erhöht. Andererseits haben diese bekannten Maschinen den großen Nachteil, daß der
Verdichtungsraum des Zündzylinders im Moment der Selbstzündung mit dem Verdichtungsraum
des Arbeitszylinders in Verbindung gebracht wird, also gerade dann, wenn die Verdichtung
im Zündzylinder ihr Maximum erreicht hat und die vollkommenste Abdichtung des Verdichtungsraums
des Zündzylinders erforderlich ist, weil die Verdichtung des Brennstoffgemisches
im Arbeitszylinder noch nicht beendet ist.
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J Den Gegenstand vorliegender Erfindung bildet eine solche gemischverdichtende
Brennkraftmaschine, welche den Zweck hat, nicht nur die genannten Nachteile zu beheben,
sondern durch die hierzu vorgesehenen Einrichtungen die Abmessungen und das Gewicht
der Maschine den bisherigen gegenüber wesentlich herabzusetzen, deren Konstruktion
zu vereinfachen und die Herstellung leichter und billiger zu machen.
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Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, daß einerseits der den
Zündzylinder mit dem Arbeitszylinder verbindende Kanal derart an der Lauffläche
des Zündzylinders angeordnet ist, daß er vom Zündkolben erst beim Rückhub nach erfolgter
Selbstzündung der Zündladung eröffnet wird, so daß das brennende Zündgemisch erst
nach kurzer Ausdehnung in den Arbeitszylinder überströmt und dort die verdichtete
Hauptladung entflammt, andererseits, daß eine Ladepumpe vorgesehen ist, die über
den Zündzylinder mit dem Arbeitszylinder verbunden ist und in der das Ladegemisch,
bevor es in den Zündzylinder und Arbeitszylinder gelangt, vorverdichtet wird, wobei
der den Ladezylinder mit dem Zündzylinder verbindende Einlaßkanal vom Zündkolben
so gesteuert wird, daß der Ladezylinder bei über dem Einlaßkanal stehendem Zündkolben
mit einem Vergaser verbunden und vom Arbeitszylinder abgesperrt, bei unter dein
Einlaßkanal stehendem Zündkolben dagegen mit dem Arbeitszylinder verbunden und vom
Vergaser abgesperrt, bei vor dem Einlaßkanal stehendem Zündkolben endlich ganz abgeschlossen
ist und das Ladegemisch vorverdichtet.
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Weiter ist erfindungsgemäß, um die Maschine auch für schwer vergasbare
Brennstoffe
geeignet zu machen, der Zündzylinder mit einem an seinem
Verdichtungs- und Zündraum einmündenden Brennstoffeinspritzventil versehen, und
es saugt die Ladepumpe in diesem Fall reine Luft an und vorverdichtet diese, die
dann erst beim Überströmen in den Zündzylinder und Arbeitszylinder mit dem eingespritzten
Brennstoff vermischt wird.
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Auf der Zeichnung ist die den Gegenstand der Erfindung bildende Brennkraftmaschine
schematisch in den einzelnen Hauptarbeitsstufen dargestellt. Es zeigen Abb. i die
Maschine im Moment der Explosion, Abb. 2 während der Expansion, Abb. 3 im Moment
des Auspuffes -und der Wiederfüllung des Arbeitszylinders mit vorverdichtetem Gasgemisch,
Abb. 4 bei Beginn der- Verdichtung und Abb. 5 knapp vor Beendigung der Verdichtung
des Gasgemisches im Arbeitszylinder.
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Die Maschine besteht im wesentlichen aus dem im ,Zweitakt arbeitenden
Arbeitszylinder a, aus dem die Verbrennungsluft bzw. das Brennstoffluftgemisch ansaugenden
und vorverdichtenden Ladezylinder c und aus dem wesentlich kleineren Zündzylinder
b, der ,einen Bruchteil des vom Ladezylinder vorverdichteten Brennstoffluftgemisches
auf .einen höheren, derSelbstziindungstemperatur desBrennstoffluftgemisches entsprechenden
Druck überverdichtet. Der Zündzylinder b hat zwei in verschiedener Höhe in demselben
ausgebildete seitliche, von dem Kolben b1 des Zündzylinders gesteuerte Kanäle d
und e, von welchen der obere, d, in den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders a,
der untere, e, in den Verdichtungsraum des Ladezylinders c einmündet. Der Arbeitszylinder
a hat über dem unteren Hubende des Arbeitskolbens a1 Auspufföffnungen f, die vom
Arbeitskolben selbst gesteuert werden. Die Kanäle d und e sind in bezug auf den
Zündzylinder b so angeordnet und der Kolben b1 so bemessen, daß bei unterer Totlage
des Kolbens b1 der Arbeitszylinder a über die beiden Kanäle d, e und den
Zündzylinder b mit dem Ladezylinder c in Verbindung steht (Abb. 3), bei seiner Bewegung
nach oben aber der Kolben b1 erst den Kanal e schließt, dann denselben. wieder öffnet
und mit der Außenluft bzw. Brennstoffluftgemischzuleitung verbindet (Abb. i) und
gleichzeitig den Kanal d zu schließen beginnt, endlich den Kanal d und gleichzeitig
den über diesem befindlichen Raum des Zündzylinders b abschließt und das in letzterem
verbliebene Gasgemisch auf den zur Selbstzündung nötigen hohen Druck überverdichtet
(Abb. 5).
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Bewegt sich der Kolben
cl des L adezvlinders c in seine untere Totlage (Abb. i), so füllt sich der Zylinder
c über den während dieser Zeit gegen die Luft- bzw. Brennstoffluftgemischzuleitung
hin offenen Kanal e mit Luft bzw. Gasgemisch, bis der inzwischen nach unten gehende
Kolben b1 den Kanal e schließt (Abb.2). Nun bewegt sich der Ladezylinderkolben cl
nach oben und beginnt das Gasgemisch im Zylinder c vorzuverdichten. Bis dieses einen
Druck von etwa 1,5 Atm. erreicht, ist der Kolben b1 des Zündzylinders b bereits
so weit nach unten gelangt, daß er den Kanal e nun über sich öffnet und dadurch
der Verdichtungsraum des Zylinders c über den Kanal e, den Zündzylinder
b
und den Kanal d mit dem Arbeitsraum des Arbeitszylinders a in Verbindung
gelangt (Abb. 3). Währenddessen ist gleichzeitig der Kolben dl des Arbeitszylinders
a in seine untere Totlage gelangt und hat die Auspufföffnungen f geöffnet, so daß
die Verbrennungsgase der letzten Explosion auspuffen und der Kolben cl die auf etwa
1,5 Atm. vorverdichtete frische Luft bzw. das Gasgemisch nun aus dem Zylinder c
in den Arbeitszylinder a hinüberdrängt, welches dabei gleichzeitig die noch im Arbeitszylinder
zurückgebliebenen Verbrennungsgase aus diesem verdrängt und ihn also gleichsam dadurch
spült. Durch die Anordnung - dieses Zündzylinders wird auf ideale Weise jener große
Nachteil der gewöhnlichen Zweitaktmotoren behoben, daß die Einströmöffnung des Gasgemisches
gezwungenerweise früher geschlossen werden muß als die Auspufföffnungen, wodurch
ein beträchtlicher Teil des Gasgemisches mit den Auspuffgasen ins Freie gelangt
und verlorengeht. Bei vorliegender Maschine unterliegt es jedoch gar keiner Schwierigkeit,
durch entsprechende Bewegung des Kolbens b1 des Zündzylinders b die Ausströmöffnung
bzw. den Kanal c des Ladezylinders später zu öffnen als die Auspufföffnungen f des
Arbeitszylinders rz und umgekehrt auch später zu schließen, d. h. daß das Überströmen
längor dauern solle als der Auspuff. Diese Möglichkeit bedeutet eine große Betriebsstoffersparnis
bzw. Verbesserung des Wirkungsgrades. Während nun gleichzeitig der Kolben b1 des
Zündzylinders b nach oben geht und den Kanal e schließt, beginnt der Kolben a1 des
Arbeitszylinders a, sich hinaufbewegend, daß im Ladezylinder schon vorverdichteteGasgemisch
überzuverdichten. Inzwischen schließt der Kolben b1 den zum Arbeitszylinder a führenden
Kanal d ab, beginnt die -im Zylinder b verbliebene geringe Menge des Brennstoffluftgemisches
überzuverdichten und öffnet gleichzeitig den Kanal e, so daß der nun nach unten
gehende Kolben cl des Ladezylinders c
wieder Brennstoffluftgemisch
anzusaugen beginnt (Abb. 5). `Fenn der Arbeitskolben a schon nahe zum Ende
seines Verdichtungshubes gelangt, erreicht der Kolben b1 seine obere Totlage, in
welcher er das Gasgemisch bereits auf den Maximaldruck von etwa 25 bis 45 Atm. überverdichtet
hat und dasselbe dadurch zur Explosion bringt (Abb.5). Der Kolben b1 bewegt sich
gleichzeitig nach unten, so daß die über diesem befindlichen Verbrennungsprodukte
sich noch ausdehnen können, öffnet den Kanal d, und jetzt blasen die sich ausdehnenden,
eine Temperatur von etwa iooo bis i5oo° C besitzenden Verbrennungsprodukte aus dem
Zündzylinder b durch den Kanal d in den Verdichtungsraum des Arbeitszylinders a,
in welchem sie das bereits unter seinem Maximaldruck von 6 bis 8 Atm. stehende Gasgemisch
entzünden (Abb. i). Es beginnt nun die Expansion im Arbeitszylinder a, und der Kolben
a1 bewegt sich nach abwärts (Abb. 2), bis er die Auspufföffnungen f passiert und
die Verbrennungsprodukte auspuffen (Abb.3), worauf das gleiche Spiel von neuem erfolgt.
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Die den Gegenstand der Erfindung bildende Brennkraftmaschine arbeitet,
wie ersichtlich, im Zweitakt und braucht weder Ventile noch eine elektrische Zündvorrichtung.
In Anbetracht des Wesens und der Wirkungsweise des Motors, der hohen Kompression
von -25 bis .1 .5 Atm. des Zündzylinders b, ist zu bemerken, daß derselbe nicht
nur leichtes oder schweres Benzin, sondern auch Spiritus, Gasöl, Rohöl usw. gleich
gut zündet und der Motor somit nicht an die Art des Betriebsstoffes gebunden ist.
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Der Ladezylinder c selbst kann ohne weiteres fertiges Gasgemisch ansaugen,
was die besondere Einspritzung des Betriebsstoffes überflüssig macht. Wenn nämlich
bei leicht entzündlichem Betriebsstoffe oder in längerem Betriebe der überhitzte
Zündzylinder b ein Selbstentzünden des Betriebsstoffes früher verursachen würde,
bevor noch sein Kolben b1 in die obere Totlage gelangt, so kann auch dadurch keinerlei
Nachteil für den Betrieb oder irgendein wahrnehmbarer Arbeitsverlust entstehen,
weil der Ouerschnitt des Kolbens b1 des Ziindzylinders nur einen Bruchteil (1/1o
bis 1/f!0) des Ouerschnittes des Arbeitskolbens a1 beträgt und somit der entstehende
Druck im Verhältnis zu dem Explosionsdruck im Arbeitszylinder verschwindend gering
ist.
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Ein Einspritzen des Betriebsstoffes in den Zündzylinder b kann nur
in dem Falle nötig sein, wenn ein absolut schwer vergasbarer Betriebsstoff (Rohöl,
Teeröl) verwendet wird. Die Maschine selbst bleibt aber auch in diesem Falle unverändert,
und nur der Zündzylinder b erhält dann eine Brennstoffeinspritzvorrichtung.