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Verfahren zum Entladen der Zylinder von Viertakt-Brennkraftmaschinen
Den Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entladen des Zylinders von
Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen durch nahezu restlosen Ausschub der verbrannten
Gase aus dem Zylinder. ' Bei den bisher bekanntgewordenen Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen
ist die obere Totpunktlage des Arbeitskolbens in solchem Abstand vom Zylinderdeckel
vorgesehen, daß der zwischen beiden verbleibende Verdichtungsraum das Verdichtungsverhältnis
sichert. Hierbei ist aber ein Nachteil, daLi im Auspufftakt die verbrannten Gase
aus diesen Teil (`'erdichtungsraum) des Zylinders durch den Arbeitskolben nicht
ausgeschoben werden, sondern im Zylinder verbleiben und damit dessen Leistung mindern.
Dieser Umstand wirkt :ich \veiterhin nachteilig aus, indem das Ansaugen von Frischluft
erst dann eintreten kann, nachdem die im Zylinder verbliebenen verbrannten Gase
im Ansaugtakt wieder auf Atmosphärenspannung gesunken sind, also einen größeren
Raum einnehmen, so daß also im Zylinder nur noch ein außerordentlich kleiner Raum
zur Aufnahme von Frischluft bzw. Frischluft-Gas-Gemisch verbleibt, wodurch die Kraftleistung
weiterhin gemindert ist.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß beim Viertaktmotor
weder ein nahezu restloser Ausschub der verbrannten Gase aus dem Zylinder durch
den Arbeitskolben, noch ein Ausblasen des Zylinders mit Frischluft durchführbar
ist.
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Die Erfindung erreicht jedoch bei Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen
einen nahezu restlosen Ausschub der verbrannten Gase aus dem Zylinder und damit
dessen Höchstleistung, indem sie den Zylinderdeckel jedes einzelnen Zylinders im
Auspufftakt bis nahezu in die obere Totpunktlage
des Arbeitskolbens
herunterdrückt, so daß sich beide Teile bis auf einen kleinsten, durch das Spiel
des Pleuellagers und des Kolbenbolzens bedingten Abstand einander nähern und sich
dadurch der Zylinder über das geöffnete Auspuffventil von verbrannten Gasen nahezu
restlos entleert, im Ansaugtakt aber, also bei nur geöffnetem Einlaßventil, durch
Zurückführen des Zylinderdeckels in seine Anfangslage, der das Verdichtungsverhältnis
ergebende Verdichtungsraum gesichert wird, der dann nur Frischluft enthält, so daß
der Zylinder bei Zündung eine höchste Kraftleistung entwickelt.
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Zur Durchführung des Verfahrens bildet die Erfindung den Zylinderdeckel
als Verdrängerkolben aus.
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Ein weiterer Teil der Erfindung besteht darin, daß die Ein- und Auslaßventile
in dem als Verdrängerkolben ausgebildeten Zylinderdeckel angeordnet sind.
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Ein anderer Teil der Erfindung besteht darin, daß die Ventilsitze
in der Unterseite des Verdrängerkolbens ein wenig vertieft angeordnet sind, so daß
die Ventile bei ihrer Öffnung keinen Platz im Verdichtungsraum beanspruchen.
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Ein anderer Teil der Erfindung besteht darin, daß in der Oberfläche
des Arbeitskolbens Aussparungen vorgesehen sind, in welche die Kegel oder Teller
der im Verdrängerkolben angeordneten Ventile bei ihrer Öffnung eingreifen und demzufolge
keinen Platz im Verdichtungsraum beanspruchen. Die Betätigung der Ventile kann beispielsweise
elektromagnetisch erfolgen.
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In der Zeichnung ist als Beispiel ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ausgebildeter Zylinder einer Viertakt-Verbrennungskraftmaschine in Abb.
i im Längsschnitt in Zündlage dargestellt, während die Abb. 2 bis 5 in kleinerem
Maßstab im Längsschnitt bei gleicher Höhenlage der Zylinder die wesentlichsten verschiedenenArbeitslagen
des Viertaktmotors zeigen, und zwar zeigt Abb. 2 nochmals die Zündstellung, Abb.
3 den Beginn des Auspufftaktes, Abb.4 das Ende des Auspufftaktes und Abb. 5 das
Ende des Ansaugtaktes. Die rechts neben den einzelnen Abbildungen gezeichneten Pfeile
geben die Richtungen an, in welchen die Kolben in die Stellung zur nächsten Abbildung
verschoben werden; Abb.6 zeigt im Längsschnitt die vertiefte Anordnung der Sitzflächen
der Ventile in der Unterfläche des Verdrängerkolbens und Abb. 7 im Längsschnitt
die in der Oberfläche des Arbeitskolbens vorgesehenen Aussparungen zur Aufnahme
der Ventilteller, bei Öffnung der im @"erdrängerkolben angeordneten Ventile.
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Wie Abb. i zeigt, ist im ortsfesten Zylinder i der Arbeitskolben 2
mittels Kolbenringen 3 abgedichtet, axial verschiebbar untergebracht, von dem aus
die im Zylinder entwickelte Kraft auf die hier nicht gezeichnete Kurbelwelle übertragen
wird. Dadurch ist die obere Totpunktlage des Arbeitskolbens im Zylinder festgelegt.
Erfindungsgemäß ist jedoch der bisher übliche ortsfeste Zylinderdeckel durch einen
im Zylinderkopf .4 gleichfalls axial verschiebbar gelagerten und durch Kolbenringe
5 abgedichteten Verdrängerkolben 6 ersetzt, der das Auslaßventil 7 und das Einlaßventil
8 aufnimmt. Deren Ventilstangen sind in an der Spindel g des Verdrängerkolbens 6
befestigten Lagern io geführt und halten unter dem Druck einer sich zwischen dem
Verdrängerkolben 6 und einem Bund i i der Ventilstangen abstützenden Schraubenfeder
12 das betreffende Ventil 7 bzw. 8 geschlossen. Die Lager io sind als Spulen ausgebildet,
unter deren bei Stromdurchgang entwickelten elektromagnetischen Kraft der am frei
durch die Spule ragenden Ende der Ventilstange befestigte Anker 13 angezogen und
demzufolge das betreffende Ventil 7 bzw. 8 entgegen der Federkraft 12 geöffnet wird,
und zwar während der Axialverschiebung des Verdrängerkolbens. Auf eine Darstellung
der durch Nockensteuerung o. dgl. erzieltenKontaktgabe für die Spulen und dieAxialverschiebung
des Verdrängerkolbens ist, weil nicht zur Erfindung gehörend und an sich bekannt,
verzichtet. Die Abb. 2 zeigt schematisch in kleinerem Maßstabe die gleiche Anordnung
der beiden Kolben zueinander in Zündstellung, wobei also sowohl der Arbeitskolben
2 als auch der Verdrängerkolben 6 in ihrer oberen Totpunktlage stehen und beide
Ventile 7 und 8 geschlossen sind, und das im Verdichtungsraum 14 zwischen beiden
Kolben komprimierte Gas-Luft-Gemisch auf Zündung wartet. Bei deren Eintritt wird
nur der Arbeitskolben 2 entsprechend der Pfeilrichtung in die in Abb. 3 gegebene
Lage nach unten gedrückt und diese Kraft durch die Pleuelstange 15 auf die Kurbelwelle
16 übertragen. Anschließend werden, wie die nächsten Pfeile andeuten, beide Kolben
2 und 6 im Auspufftakt, gemäß Abb. 4, einander genähert, also unter Öffnung des
Auslaßventils 7 der Arbeitskolben 2 in seine obere Totpunktlage und der Verdrängerkolben
6 in seine untere Totpunktlage gebracht, wodurch die verbrannten Gase nahezu restlos
aus dem Zylinder ausgeschoben werden. Entsprechend den rechts neben Abb. 4 gezeichneten
Pfeilen werden nachfolgend beide Kolben wieder auseinander gezogen, unter Hubwechsel
der Ventile, also Schließung des Auslaßventils 7, und vorübergehender Öffnung des
Einlaßventils 8, wobei das Einsaugen des Frischluft-Gas-Gemisches in den ganzen
Zylinderraum erfolgt, der demzufolge seine höchstmögliche Kraftleistung entwickelt.
Durch anschließendes Verschieben nur des Arbeitskolbens 2 in seine obere Totpunktlage,
entsprechend des rechts neben Abb. 5 gezeichneten Pfeiles, wird der Motor unter
gleichzehigem Schließen auch des Einlaßventils 8 wieder in die in Abb. 2 dargestellte
Zündlage überführt und das Spiel im Viertakt ständig wiederholt. Um die Kolben 2
und 6 gemäß Abb.4, soweit das Spiel des Pleuelstangen- und Kolbenbolzenlagers dies
zulassen, einander nähern zu können, ohne dabei die Öffnung der Ventile zu beeinträchtigen,
«-erden entsprechend Abb. 6 deren
Sitzfläche,, 7', 8' ein wenig
vertieft in der Unterfläche des Verdrängerkoll>ens 6 angeordnet oder entsprechend
Abb.7 in der Oberfläche des Arbeitskolbens 2 Aussparungen 7" bzw. 8" vorgesehen,
in welche die Ventilkegel bei ihrer Öffnung eingreifen, ohne Platz im Raum zwischen
beiden Kolben zu beanspruchen. In beidenAbbildungen6 und? ist je@%eils <las Auslaßventil7
geschlossen und das Einlaßventil8 geöffnet dargestellt.