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Brennkraftmasdiine mit Selbstzündung Es sind Brennkraftmaschinen bekannt,
bei denen der Zylinderspielraum so geformt und angeordnet ist, daß der Kolben bei
Annäherung an seine Totpunktlage den Verdichtungsraum in zwei Abteile teilt, deren
eines die eigentliche Verbrennungskammer bildet, während das andere vom Kolben ausgespült
wird, aber mit der Verbrennungskammer in Verbindung bleibt. Bei diesen Maschinen
ist die Brennstoffzuführung besonders wichtig, damit das Gemisch in gewünschter
Weise in die Kammer eingeleitet wird.
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Ein günstiges Verfahren dafür schlägt vorliegende Erfindung dadurch
vor, daß das Kanalsystem während der Saug- oder Spülperiode mit Brennstoff durch
Eigengewicht oder geringen Druck gespeist wird, wobei der Brennstoff im Kanalsystem
durch Kapillarwirkung zurückgehalten wird, bis der Kolben sich seinem Totpunkt nähert
und bei Erreichung des Endes seiner Hubbewegung Luft durch das Kanalsystem bläst,
wodurch der Brennstoff bzw. das Gemisch in die Verbrennungskammer befördert wird.
Das Kanalsystem selbst kann hinsichtlich seiner Lage und Ausbildung im einzelnen
eine unterschiedliche Ausgestaltung erfahren, wofür nachfolgend eine Anzahl von
Ausbildungsbeispielen gegeben und auf den Zeichnungen dargestellt sind.
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Fig. i zeigt einen senkrechten Schnitt eines Teils einer gemäß der
Erfindung gebauten Maschine mit Selbstzündung. Dargestellt ist der obere Teil des
Zvlinders mit dem Kolbenventil und Triebwerk der Brennstoffzuführung.
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Fig. i a zeigt das Kipphebelgetriebe für die Steuerung des Einlaßventils.
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Die Fig. 2, 3, 4 und 5 sind senkrechte Schnitte abweichender Ausführungsformen
des Triebwerks für die Brennstoffzuführung.
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Die Fig. 6, 7, 8, 9 und io sind senkrechte Schnitte
abweichender
Ausführungsformen der Brennstoffkammer mit den zugehörigen Teilen.
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Fig:6a, 7a und iba sind Draufsichten zu den Beispielen in Fig. 6,
7 und 10.
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Nach dem Beispiel in Fig. i besitzt die Maschine einen Zylinderblock
i mit dem Zylinder 2, in dem der Kolben 3 läuft. Das Einlaßventil 4 von der üblichen
Kegelform ist entweder an einer Seite über demAuspuffventil 5 oder mitten über dem
Kolben 3 eingebaut, wie strichpunktiert angedeutet. Es wird durch den Kipphebe16gesteuert,
an dem der Stöße17 angreift, der von der Nockenwelle im Kurbelgehäuse bedient wird,
wie in Fig. i a gezeigt. Das Auspuffventil 5 liegt an einer Seite im Zylinderblock
i. Der Kopf 8 dieses Ventils bildet zugleich den Boden der Verbrennungskammer 9,
wie nachstehend beschrieben. Es wird durch einen Kipphebel von der Daumenwelle in
üblicher Weise gesteuert. Die Verbrennungskammer 9 ist im Zylinderblock nahe dem
oberen Ende des Zylinders 2 enthalten und bildet mit dem oberen Teil des Zylinders
einen Verdichtungsraum, der durch den Kolben unterteilt wird, wenn er sich seiner
oberen Totpunktlage nähert. Das obere Ende oder der Kopf des Zylinders 2 enthält
einen zylindrischen Hohlraum io, der bei der oberen Totpunktlage des Kolbens vollständig
oder im wesentlichen durch einen Verdränger i i auf dem Kolben 3 eingenommen wird.
Dieser Hohlraum io ist jedoch in offener Verbindung mit der Verbrennungskammer 9
durch die Kanäle 12 und 13. Der Kanal 13 bildet einen Durchlaß für den Brennstoff,
dessen Zuführung vom Ventil 14geregelt wird. Es besteht aus dem Gehäuse 15 zur Führung
des Stößels 16 und bildet gleichzeitig den zentrischen Halt für einen Kragen 78.
Es enthält außerdem die Brennstoffeinlaßkanäle 76 und 77. Der Stößel 16 trägt am
oberen Ende zwei Muttern 17 und 18, deren untere 17 vorzugsweise für die Anlage
des Kipphebels 28 gehärtet ist und deren obere 18 als Gegenmutter dient. Am unteren
Ende des Stößels 16 sitzt eine Schraubhülse i9, die durch die Mutter 20 gesichert
ist. Das Gewindeende des Ventils 14 trägt eine kleine Ringmutter 21. Innerhalb der
Hülse i9 ist die Mutter 21 in ihrer Lage durch eine Stopfbüchsmutter 22 gehalten.
Die Ringmutter 21 hat axialen und radialen Spielraum und sichert die zentrische
Lage des Ventils 14 zum Ventilsitz 23 um den Grad der Genauigkeit, wie er sonst
bei Maschinen mit Spaltventilanordnung erforderlich i"t. Das Ventil 14 ist am oberen
Ende durch eine lose Scheibe 24 gesichert, die im Ventilsitz 23 und am unteren Ende
des Ventilgehäuses eingeschaltet ist. Diese Scheibe 24 ist durchbohrt und abgeflacht,
um Brennstoff durchzulassen. Der Ventilsitz 23 ist im Ventilgehäuse 15 durch eine
Überwurfmutter 25 gehalten, deren untere Fläche die Kupferdichtung 26 gegen den
Zylinderkopf preßt, um eine gasdichte Abdichtung zu erhalten. Die Spitze des Ventilsitzes
23 hat einen Kegel mit etwas stärkerer Neigung als das Ventil selbst, um die Fläche
am Brennstoffausfluß zu vermindern und die benetzte Fläche auf das kleinste Maß
zu verringern. Weiterhin kann durch eine Dichtungsscheibe 26 abweichender Stärke
der feine Spielraum zwischen dem Ventilsitz und dem Zylinderkopf so abgepaßt werden,
daß das Höchstmaß der Luftgeschwindigkeit über die Ventilspitze erzielt wird.
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Der dem Zylinder zuzuführende Brennstoff wird durch Veränderung des
Hubes des Ventils 14 vom Exzenter 27 aus gesteuert, der den Drehzapfen für den Kipphebel
28 des Brennstoffventils bildet. Er ist so angeordnet, daß ein Teil der Bewegung
des Einlaßkipphebels 6 mitbenutzt wird, ihn beim Saughub des Maschinentaktes zu
steuern. Das Brennstoffventil 14 ist federbelastet, um es gegen den Kompressionsdruck
auf seinem Sitz zu halten. .Der exzentrische Drehzapfen 27 steht über Hebel mit
der Reglerstange in Verbindung. Wenn das Einlaßventil 4 vollständig offen ist und
die Reglerstange 65 in der unteren vollständig abgeschlossenen Lage steht, ist der
Zapfen 27 so eingestellt, daß er dem Hebel 28 gegenüber dem Einlaßkipphebel6
einen geringen Arbeitsspielraum läßt. Dieser Spielraum verändert sich bei der Drehung
des Zapfens 27 und steuert den Hub des Brennstoffventils 14 um den Betrag der Bewegung
des Einlaßkipphebels.
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Wenn sich der Kolben aufwärts bei dem Kompressionshub in seine obere
Totpunktlage bewegt, teilt er den Verdichtungsraum in zwei Abteile, deren eines
von der Verbrennungskammer gebildet wird, während das andere im wesentlichen durch
den Verdränger i i ausgefüllt wird, aber in Verbindung mit der Kammer 9 durch die
Kanäle 12 und 13 bleibt, die den Verbrennungsraum mit dem Hohlraum io im Zylinder
2 verbinden. Der endgültige Spielraum des vom Verdränger i i eingenommenen Hohlraums
ist so klein, wie er durch die Arbeitsbedingungen bestimmt ist, aber die Kammer
9 ist von geeigneter Form und Größe, um die für die Verbrennung erforderliche Luftmenge
aufzunehmen. Die Kammer 9 kann auf diese Art als Mischkammer angesehen werden, in
welche durch den Kolben bei seiner Aufwärtsbewegung Luft gepreßt wird. Durch die
Anordnung der Kanäle 12 und 13, welche die beiden Abteile des Verdichtungsraumes
miteinander verbinden, nachdem der Kolben die beiden Abteile getrennt hat, und während
des Restes seines Hubes wird Luft unter Druck bei hoher Geschwindigkeit durch die
Kanäle 12 und 13 aus dem Hohlraum 12 in die Verbrennungskammer 9 gepreßt, bis der
Kolben seinen Hub beendet hat, wobei der Hohlraum io im wesentlichen durch den Verdränger
i i des Kolbens ausgefüllt ist. Inzwischen ist flüssiger Brennstoff während des
vorhergehenden Saug- oder Spülhubes durch Eigengewicht vom Brennstoffventil 14 in
den Kanal 13 gelangt, wo er durch Kapillarwirkung zurückgehalten wird, so daß, wenn
die Luft infolge der Bewegung des Kolbens durch die Kanäle 12 und 13 gepreßt wird,
der Brennstoff infolge der Bewegung der Luft durch den Kanal 13 mitgerissen und
in die Brennstoffkammer 9 gespritzt wird, wo er sich gründlich mischt und durch
die heiße Preßluft darin entzündet wird.
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Die Anordnung ist derart, daß das Brennstoffventil 14 während des
Saughubes bei einer im Viertakt
arbeitenden Maschine oder während
der Spülperiode bei einer Zweitaktmaschine offen ist. Das Ventil kann so eingebaut
sein, daß es sich einwärts gegen den Zylinder infolge des Druckes öffnet, den das
Brennstofföl im Brennstoffsystem ausübt, wenn der Druck unter dem Ventil im Zylinder
unter den atmosphärischen Druck während der Saug- oder Spülperiode sinkt. Es könnte
jedoch auch von der Maschine aus mechanisch gesteuert werden. Ist das Ventil in
seiner offenen Lage, dann läßt es eine geringe Menge des Brennstoffs in den Verbindungskanal
13 überlaufen.
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Der Zeitpunkt, bei welchem der Brennstoff in den Luftstrom von hoher
Geschwindigkeit im Kanalsystem eintritt, und der Zeitpunkt der Zündung können entsprechend
der Länge des Kolbenverdrängers i i geregelt sein, der den Zeitpunkt im Hub bestimmt,
bei welchem der Spielraum unterteilt wird, ebenso wie der Beginn der Übertragung
der Luft mit hoher Geschwindigkeit und des von ihr mitgerissenen Brennstoffs. Die
Menge der Brennstoffzufuhr zur Kammer 9 kann geregelt werden durch Veränderung des
Spielraums des Verdrängers i i im Hohlraum io und die Verhältnisse im Kanalsystem
12 und 13. Die je Arbeitsspiel zuzuführende Menge an Brennstoff wird gesteuert durch
entsprechende Einstellung des Daumens oder des Getriebes, welches den Hub und/oder
die Periode der öffnung des Brennstoffventils regelt. Dies kann entweder durch Einstellung
von Hand oder vom Regler aus erfolgen, wie nachstehend beschrieben.
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Bei der abweichenden Ausführung des Brennstoffventils in Fig. 2 dient
ähnlich wie in Fig. i eine besondere hülse 29 dazu, den Spielraum zwischen dem Ende
des Ventilsitzes 23 und der Hülse 29 zu verändern. Die Einstellung erfolgt mittels
einer Scheibe 30, wodurch die Anwendung eines feinen Spielraumes wie bei der Kupferscheibe
26 überflüssig wird. Ein weiterer Unterschied in der Anordnung nach Fig. 2 gegenüber
Fig. i liegt darin, daß die Luft und die Luftlöcher in der Hülse 29 angeordnet sind,
so daß sie gereinigt werden können, ohne den Zylinderkopf abnehmen zu müssen.
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In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des Brennstoffventils dargestellt,
welche im wesentlichen dieselbe Zusammenstellung wie in Fig. i verwendet mit Ausnahme
des Ventilsitzes 31. Dieser ist von gerader, aber durchbohrter Form und hat einen
kegelförmigen Einlaß, um die Luftgeschwindigkeit zu erhöhen. Das Ventil läßt sich
leicht reinigen und benötigt nicht feine Spielräume für seine Wirkung.
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Fig.4 zeigt ein sich einwärts öffnendes Ventil hei einer Maschine
nach Fig. i. Der Raum am unteren Ende des Ventils, der bei geöffnetem Ventil mit
Brennstoff gespeist wird, steht in Verbindung mit dem Spielraum der Maschine durch
die Kanäle 12 und 13.
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In Fig. 5 ist eine abweichende Form eines sich auswärts öffnenden
Ventils dargestellt, jedoch ist es in diesem Fall der Zylindermitte näher gerückt
und gestattet den Einbau einer eingeschraubten Düse 3a im Brennstoffkana113. Die
baulichen Einzelheiten dieses Ventils sind ähnlich denen in Fig. i bis 4.
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Bei dem Beispiel in Fig.6 und 6a ist ein kombinierter Verbrennungsraum
33 vorgesehen, bei dem Einlaß- und Auslaßventil einander gegenüber waagerecht angeordnet
sind. Der Verbrerinungsrauin 33 befindet sich in einer Aussparung im Zylinderkopf
34 unmittelbar über dem Verdränger i i des Kolbens 3. Die Verbrennungskammer steht
in Verbindung mit dem Zylinder 2 durch einen Kanal 35, in den Brennstoff vom Brennstoffventil
36 gelangt. In Verbindung damit ist eine senkrechte Nut 37 an der Brennstoffseite
des Kolbenverdrängers i i angeordnet, welche die Mischung unterstützt, wenn der
Kolben seine Totpunktlage erreicht.
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Bei dem Beispiel in Fig. 7 und 7a ist eine der vorhergehenden ähnliche
Einrichtung gewählt, aber der Kolbenverdränger i i ist seitlich versetzt, so daß
das eine oder beide Ventile 38 oder 39 in der Bodenfläche des Zylinderkopfes innerhalb
des wirksamen Durchmessers des Kolbens eingebaut werden können. Dieses System läßt
sich bei einer Zweitaktmaschine anwenden. Der Brennstoff wird in das Kanalsystem
während der Spülperiode eingeführt, wenn der Kolben seine untere Lage einnimmt.
Wenn die Anordnung so getroffen ist, däß im Zylinder ein Unterdruck unmittelbar
nach dem Auspufftakt besteht, dann känn der Brennstoff durch die Saugwirkung eingeleitet
werden. Andererseits kann er durch Eigengewicht oder mittels einer Pumpe zugeleitet
werden. ' Eine solche Anordnung ist in Fig. 8 gezeigt, und zwar bei einer Zweitaktmaschine,
wobei der Druck im Kurbelgehäuse oder zugeleiteter Druck benutzt wird. Der Auspuff
kann durch ein Plattenventil gesteuert werden, wie dargestellt, oder auch durch
die Zylinderwand, wie gezeigt. Die Verbrennungskammer 33 befindet sich in einer
Aussparung im Zylinderkopf über dem Kolbenverdränger i i, wie im Fall der Fig. 6.
Die Verbrennungskammer kann mit dem Zylinder durch einen Kanal 35 verbunden sein,
der aus dem Ventil 36 mit Brennstoff gespeist wird. Ein Kanal 37 auf der Brennstoffseite
des Verdrängers i i unterstützt die Durchmischung, wie oben beschrieben.
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Fig.9 zeigt eine abweichende Anordnung, wie in Fig. B. In diesem Fall
ist eine kugelförmige Verbrennungskammer 4o an einer Seite des Zylinders eingebaut.
Die Kammer steht mit dem Hohlraum 42 am oberen Ende des Zylinders durch einen Kanal
41 in Verbindung; in den Brennstoff durch das Ventil 43 eingebracht wird, das in
geneigtex Lage, wie dargestellt, eingebaut ist.
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Bei dem Beispiel in Fig. io und ioa besitzt der Kolben 3 eine Aussparung
44 an Stelle eines Verdrängers, und der Zylinderkopf trägt einen Verdränger 45,
der in die Aussparung 44 eintritt, wenn sich der Kolben seiner oberen Totpunktlage
nähert. In diesem Fall bildet die Aussparung 44 die Verbrennungskammer, die mit
dem vom Kolben eingenommenen Zylinderraum durch den
Kanal 46 verbunden
ist, dem das Ventil 36 Brennstoff zuleitet. Der Kanal 46 führt zur Verbrennungskammer
durch den Verdränger 45 im Zylinderkopf 47. Dieses Beispiel ist für eine Viertaktmaschine
gedacht und verwendet zwei Ventile 48 und 49, jedoch läßt sich diese Anordnung auch,
wenn gewünscht, für eine Zweitaktmaschine in gleicher Weise verwenden.