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Verbrennungskraftmaschine mit Hilfszündzylinder Die Erfindung bezweckt
ein Verfahren für Brennkraftmaschinen, bei dem in einem besonderen Raum ein überreiches
Kraftstoff-Luft-Gemisch durch Selbstzündung zum Brennen gebracht wird und dieses
brennende Gemisch in einem weiteren Zylinder in Arbeit umgesetzt wird. Dieses Verfahren
soll zur Schaffung einer kleinen Verbrennungskraftmaschine mit einfachem Aufbau,
geringem Kraftstoffverbrauch und dem Betrieb mit Schweröl führen. Die Maschine ist
zum Einbau in Motorräder und Leichtkraftwagen sowie zu gewissen stationären Zwecken
bestimmt.
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Die zur Zeit auf diesem Gebiet verwendeten Motoren arbeiten fast ausnahmslos
nach dem Zweitaktverfahren im Ottoprinzip mit Leichtkraftstoffen. Bei diesen Maschinen
vollzieht sich die Gemischbildung von Kraftstoff und Luft außerhalb der Zylinder,
und die Spülung muß mit dem bereits aufgearbeiteten Gemisch erfolgen, wobei Verluste
unvermeidbar sind. Der Aufbau solcher Maschinen ist zwar höchst einfach, der Betrieb
aber unwirtschaftlich. Der Bau von Dieselmaschinen ist in dieser Größenordnung nach
dem derzeitigen Stand der Technik nicht möglich. Das gleiche gilt für Selbstzündungsmaschinen.
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Erfindungsgemäß besteht die Maschine, wie beispielsweise in den Abb.
i und 2 der Zeichnung dargestellt, aus zwei Zylindern, einem Arbeitszylinder z1
und einem Hilfszylinder z2 mit wenig Inhalt. Im Arbeitszylinder x1 befindet sich
der Kolben 4, der über eine Pleuelstange mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der
Zylinder z1 ist mit dem Zylinder z2 durch eine große (.- 3 mm) Öffnung 3 verbunden.
Im Hilfszylinder z2 befinden sich der Hubkolben i und der Steuerkolben 2. Der Hubkolben
i wird zweckmäßig von der Kurbelwelle zwangsläufig angetrieben, während der Steuerkolben
2 federbelastet ist. Der Zylinder z2 und die Kolben i und 2 sind einfache zylindrische
Körper, die aus einem ihrer Beanspruchung entsprechenden Material hergestellt werden
können.
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Das Arbeitsverfahren der Maschine ist nun folgendes
Die
Kolben i und 4 sind etwa gleichlaufend. Bewegt sich der Kolben i nach unten, so
entsteht im Zylinder i ein Vakuum, das sich in der unteren Stellung des Kolbens
i über den Kanal E mit einem überreichen Brennstoff-Luft-Gemisch füllt. Der Kolben
4 hat sich im Arbeitszylinder z1 ebenfalls nach unten bewegt, und der Zylinderraum
hat sich mit Luft gefüllt, die bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens bis. zu einem
gewünschten Grade verdichtet wird. Im Zylinder z, hat sich ein Teil des Kraftstoffes
an den Wandungen abgesetzt, ein weiterer Teil bildet mit der Luft ein zündfähiges
Gemisch, das bis zur Selbstzündung verdichtet wird. Der Steuerkolben 2 ist nun so
abgestimmt, daß er durch diese Verbrennung, dem Kolben i vorauseilend, nach oben
geschleudert wird und den Kanal 3 freigibt. Ein Feuerstrahl schießt jetzt, unverbrannten
Kraftstoff mit sich reißend, in den Verbrennungsraum a, dessen Luft so heiß sein
muß, daß der Feuerstrahl nicht zum Erlöschen kommt. Der unverbrannte Kraftstoff
wird jetzt weiterbrennen.
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Inzwischen ist der Kolben i auf seinem oberen Totpunkt angekommen,
und der Kolben 2 schlägt hammerartig auf den Kolben i zurück. Zwischen beiden Kolben
befindet sich aber der an den Wandungen abgesetzte Kraftstoff, der durch diesen
Schlag ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit in den Raum a befördert wird, wobei die
Kolben i und 2 wie eine Lippendüse wirken. Im Verbrennungsraum a ist aber die Verbrennung
bereits in vollem Gange und hat beträchtliche Wirbelbildung verursacht, die die
Verbrennung des restlichen Kraftstoffes stark begünstigt. Im Zylinder z1 findet
nunmehr der übliche Arbeitsprozeß statt. Im Hilfszylinder z$ hat sich der Kolben
2 fest auf den Kolben i gesetzt, wobei Schwingungen beim Aufschlag durch den dazwischen
befindlichen Brennstoff nicht entstehen konnten. Beide Kolben befinden sich jetzt
fest aneinander in Abwärtsbewegung, bis der Kanal 3 geschlossen ist. Der Kolben
2 bleibt nun in Ruhe und dient lediglich zum Verschluß der Öffnung 3. Der Kolben
i dagegen erzeugt wiederum ein Vakuum, das durch die Öffnung E sich wieder mit einem
Brennstoff-Luft-Gemisch füllt. Dieser Prozeß wiederholt sich bei jedem Kolbenhub.
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Die Vorteile gegenüber einem Dieselmotor sind folgende: i. Die Verdichtung
im Arbeitszylinder ist wesentlich niedriger und damit der Kurbeltrieb entsprechend
leichter. 2. Die Einspritzung. vereinigt die Vorteile der Kompressoreinspritzung,
der direkten Einspritzung und der Vorkammer, ohne deren Nachteile in Kauf zu nehmen.
3. Der komplizierte Einspritzapparat mit Pumpe und Düse entfällt und wird durch
einfache zylindrische Körper ersetzt, die sich leicht herstellen lassen. 4. Die
Dosierung des Brennstoffes kann in jeder beliebigen Menge erfolgen. 5. Die Drehzahl
der Maschine kann gegenüber einer Dieselmaschine wesentlich erhöht werden.
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Die Vorteile gegenüber einer Zweitakt-Ottomaschine sind folgende:
i. Der Betrieb kann mit billigem Gasöl erfolgen. 2. J)er Betriebsstoffverbrauch
ist durch die äußere Gemischbildung im Hilfszylinder und die innere Gemischbildung
im Arbeitszylinder sehr gering. Die Höchstleistung wird bei Luftüberschuß erzielt.
3. Die Spülung des Arbeitszylinders erfolgt mit Luft, wodurch jede Brennstoffvergeudung
wegfällt. 4. Zündanlage und Vergaser fallen weg; letzterer wird sehr vereinfacht.
g. Die Auspufftemperatur liegt niedriger. 6. Das Drehmoment ist über einen großen
Drehzahlbereich gleichmäßiger.
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Vorteile gegenüber einer Selbstzündungsmaschine: i. Jede Selbstzündung
bedingt einen steilen Druckanstieg und gibt bei der an sich schon hohen Verdichtung
ganz empfindliche Schläge auf die Kurbelwelle bzw. Kurbeltrieb; es ist deshalb nur
die Konstruktion von Kleinstmotoren möglich. Bei der Erfindung dagegen wird der
steile Druckanstieg ausgenutzt, um den Kolben 2 schlagartig zu heben. 2. Geringer
Kraftstoffverbrauch durch innere Gemischbildung. 3. Der Betrieb erfolgt mit billigem
Gasöl. 4. Zeitliche Beherrschung der Verbrennung. 5. Vermeidung von Spitzendrücken.