-
Kolben für luftverdichtende Brennkraftmaschinen Der Zweck dieser Kolbenbauart
ist, einen zu hohen und nachteiligen Verdichtungsenddruck bei Dieselmotoren zu vermeiden
und einen ruhigen und stoßfreien Gang, eine Verbrennung bei möglichst gleichbleibendem
Druck auf längerem Wege zu erreichen und damit den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen.
-
Es ist einerseits bekannt, durch Einbau eines verschiebbaren Hilfskolbens
in den Hauptkolben den Verdichtungsdruck zu verringern und die Belastung des Hilfskolbens
durch die zwischen ihm und dem Hauptkolben eingeschlossene Luft federnd auf den
Hauptkolben zu übertragen.
-
Andererseits sind Einspritzbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen
durch einen Verdrängerkolben am Ende des Verdichtungshubes in einem ringförmigen
Teil des Zylinders die Luft besonders hoch verdichtet wird, die dann, durch besondere
Bohrungen gesteuert, zum Zerstäuben des Kraftstoffes in den Verbrennungsraum gelangt.
-
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt eine Anordnung dar,
bei welcher beide oben beschriebenen Vorteile vereinigt sind.
-
Bei der bekannten Bauart, die Verringerung des Verdichtungsdruckes
durch Einbau eines verschiebbaren Hilfskolbens und die Belastung des Hilfskolbens
durch die zwischen ihm und dem Hauptkolben eingeschlossenen Luft federnd auf den
Hauptkolben zu übertragen, wird eine Erwärmung der zwischen dem Hilfs- und Hauptkolben
eingeschlossenen Luft eintreten, da weder ein Druck noch ein Temperaturausgleich
zwischen den Räumen unter und über dem Hilfskolben möglich ist. Die damit verbundene
Drucksteigerung kann sogar die Nachgiebigkeit des Hilfskolbens unter Umständen in
Frage stellen. Demgegenüber hat die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß während
des Ansaugehubes über die Bohrungen des zur Erzeugung der Zündluft vorgesehenen
kleinen Zündstempels C und seines Hubraumes D sowohl ein Druckals auch ein Temperaturausgleich
zwischen dem Brennraum und dem Raum unter Hilfskolben eintritt. Dadurch wird auch
gleichzeitig eine geringe Erwärmung der frisch eingesaugten Verbrennungsluft erreicht.
-
Bei den bekannten Einspritzbrennkraftmaschinen mit Verdrängerkolben
besteht der Nachteil unter anderem darin, daß der schädliche Verdichtungsdruck durch
den Verdrängen noch zusätzlich übermäßig erhöht wird. Außerdem muß der Zylinderdeckel
besonders geformt werden. Wird der Verdrängeransatz wegen der im Betrieb auftretenden
geringen Wanderungen des Kolbens mit verhältnismäßig großem Spiel in die Einschnürung
des Zylinderkopfes eingepaßt, so kann unter Umständen bei der ohnehin
kurzen
Dichtungsfläche die gewünschte Druck-und Temperaturerhöhung nicht mehr erzielt ,
werden.
-
Das Fortschrittliche der Erfindung besteht daher in der Vereinigung
der verschiede #;1;;-Merkmale der bekannten Bauarten unter V, meidung ihrer Nachteile.
-
In den Fig. i und z ist die Erfindung da gestellt.
-
Der Arbeitskolben A hat erfindungsgemäß keinen festen Boden. Sein
oberer Teil ist als Zylinder für den Hilfskolben B ausgebildet. Mit der Zwischenwand
dieses Kolbenzylinders A ist der kleine Zündstempel C fest verbunden und wird von
dem Hilfskolben B umschlossen. Zweckmäßig wird der Zylinder D als Einsatzstück in
den Boden des Hilfskolbens B eingesetzt. Die Feder E hält den Hilfskolben B beim
Stillstand und während des Einsaugehubes in seiner oberen Lage, die durch dien Ring
F festgelegt ist.
-
Der Zündstempel C dient zum Verdichten der Zündluft und ist nach Fig.
2 mit Bohrungen a und b versehen. Die Bohrung b mündet in die Nut c des Zündstempels
C, während die' Bohrung a den Raum über dem Zündstempel C mit der Bohrung b verbindet.
Der Hilfskolben B weist die Bohrungen d und e auf, die in Düsen
f und g münden. Nach Fig. a hat der Hilfskolben B ungefähr 3/.i seines Weges
nach unten zurückgelegt. In Ruhe oder beim Einsaugehub schneidet die Oberkante des
Zündstempels C mit der Unterkante der Bohrungen d und e des Hilfskolbens
B
ab. Die Bohrung b des Zündstempels C liegt dann unter der Unterkante des
Zylinders D. Es kann somit ein Druckausgleich zwischen dem Brennraum, dem Hubraum
D des Zündstempels C und dem Raum unter dem Hilfskolben B stattfinden.
-
Bei schnellaufenden Maschinen erübrigt sich unter Umständen eine Steuerung
der Zündluft, so daß die Anordnung, wie sie die Fig. i zeigt, zum Verdichten der
Zündluft ausreicht.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Während des Verdichtungshubes wird
sich beim Aufwärtsgang des Arbeitskolbens A bei einer entsprechenden Druckhöhe über
dein Kolben der Hilfskolben B in entgegengesetzter Richtung wie der Hauptkolben
A ab--wärts bewegen. Dadurch wird erreicht, daß im oberen Totpunkt des Kolbens A
wegen der Raumvergrößerung ein geringerer Verdichtungsdruck vorhanden ist als bei
einem Arbeitskolben ohne Hilfskolben. Gleichzeitig hat aber die Verdichtung der
Zündluft im Hubraum D des Zündstempels C stattgefunden, da sich der Hilfskolben
B und damit der Zylinder D von oben nach unten über den Zündstempel C geschoben
hat. Die Verdichtung der Zündluft und die Steuerung ihres Austritts in den Brennraum
geht dabei folgendermaßen vor sich. Nach geringer Abwärtsbewegung des Hilfskolbens
B hat die @Jnterkante .des Zylinders D die Bohrung b
`nies Zündstempels
C verschlossen. Gleichzeitig verschließt die Oberkante des Zündstempels C die Bohrungen
d und e des Hilfskolbens B. Über dem Zündstempel C beginnt dann die
Verdichtung der Zündhift. Die Luft wird -so lange verdichtet, bis die Bohrungen
d und e die Nut c des Zündstempels C erreichen. Dann ist der hoch
verdichteten Luft über dem Zündstempel C der Weg über die Bohrungen a und b des
Zündstempels und die Bohrungen d und e des Hilfskolbens B
freigegeben.
Die Zündluft strömt dann aus den Düsen f und g in den Brennraum und zerstäubt gleichzeitig
den Kraftstoff. Die Ausströmung der Zündluft ist beendet, wenn die Oberkanten der
Bohrungen d und e des Hilfskolbens B die Unterkante der Nut c des
Zündstempels C erreicht haben. Der dann noch freie Raum zwischen der Oberkante des
Zündstempels und dem Boden des Zylinders D kann als Luftpolsterraum bei eintretender
Zündung dienen. Beim Einsaugehub tritt bei der obersten Lage des Hilfskolbens B
durch die Bohrungen des Zündstempels C und des Hilfskolbens B der erwähnte Druck-
und Temperaturausgleich zwischen dem Brennraum, dem Hubraum D des Zündstempels C
und dem Raum unter dem Hilfskolben B ein.
-
Die Größe der Abwärtsbewegung des Hilfskolbens B ist abhängig von
der Größe des Drucks im Arbeitszylinder, von seinem Beharrungsvermögen, von der
Feder E, von dem Druck über dem Zündstempel C und der bei der Abwärtsbewegung unter
dem Hilfskolben B entstehenden Verdichtung. Diese Drücke sind so zu bemessen, daß
der Hilfskolben B genügend schnell abwärts bewegt wird, um eine möglichst große
Zündluftmenge anzusaugen, die dann über dem.Zündstempel C entsprechend hoch verdichtet
wird und den höchsten Druck kurz vor dem oberen Totpunkt des Arbeitskolbens A, also
im Zündpunkt, erreicht haben muß. Die "Zündung kann durch die Anordnung nach der
Erfindung nicht schlagartig einsetzen, weil nur eine geringe Menge heißer Zündluft
aus den Düsen g und f ausströmt und die Zündung einleitet, während bei den Brennkraftmaschinen
mit festem Kolbenboden die gesamte im Arbeitszylinder verdichtete Luft die Zündtemperatur
des Brennstoffes hat. Bei Verwendung dieser Kolben tritt ferner bei ihrem Abwärtsgang
infolge der Raumvergrößerung auch bei einem weiteren Einspritzen von Kraftstoff
ein schneller Druckabfall ein. Bei der Bauart gemäß der Erfindung
wird
durch die Dehnung der verdichteten Luft unter dem Hilfskolben B, die durch die Feder
E unterstützt wird, über einen längeren Kolbenweg ein nahezu gleicher Druck im Brennraum
erreicht.