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Zweitakt-Dieselmotor mit Einlaßschlitzen und einem seitlich neben
dem Zylinder angeordneten Brennraum Gegenstand der Erfindung ist ein Zweitakt-Dieselmotor
mit Einlaßschlitzen und einem seitlich neben dem Zylinder angeordneten Brennraum,
der das stehend angeordnete Auslaßventil enthält, sowie mit Einspritzdüse zwischen
Zylinder und Verbrennungsraum nach Patent 945 879. Die Vorschläge gemäß dem
Hauptpatent schufen die Grundlage für die Entwicklung schnell laufender Dieselmotoren.
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In Weiterentwicklung des dem Hauptpatent zugrunde liegenden Erfindungsgedankens
wird nunmehr vorgeschlagen, die Begrenzung des von den Brennstoffstrahlen durchsetzten
Verbrennungsraumes willkürlich regelbar zu gestalten, etwa in der Weise, daß die
Wand des Verbrennungsraumes gegenüber dem stehenden AuslaBventil neben der Einspritzdüse
von einem verstellbaren Kolben dargestellt wird.
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Eine Veränderung des Volumens des Verbrennungsraumes durch willkürlich
bewegte Kolben ist - auch bei Dieselmaschinen - grundsätzlich bekannt. Man hat bereits
vorgeschlagen, seitlich oder oberhalb des in üblicher Weise . unmittelbar im Zylinder
befindlichen Brennraumes Kammern vorzusehen, in denen ein verschieblicher Kolben
gleitet. Es gibt auch bereits Konstruktionen für Dieselmaschinen,
bei
denen der Verdichtungsraum beim Anfahren mit Hilfe einer solchen Kammer verkleinert
wird.
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Diese Kammern verändern aber die Brennraumform in unerwünschter Weise,
der ja gerade. beim Dieselmotor so große Bedeutung beizumessen ist. In einem Sonderfall
hat man bei einer gemischverdichtenden, .s.elbstzündenden Zweitaktmaschine die gesamte,
der oberen Kolbenfläche gegenüberliegende Wand verstellbar angeordnet. Der Kolben
läuft dabei in einer verstellbaren Büchse. Da bei einem derartigen Motor ein Einspritzbetrieb
gar nicht möglich ist, ist diese Bauart mit dem Erfindungsgegenstand nicht vergleichbar.
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Bei der Erfindung kommt .es darauf an, den Brennraum veränderlich
zu gestalten, ohne dadurch die Bauform erheblich zu verändern, wodurch eine gleichbleibend
gute Durchmischung des Brennstoffes mit der Luft gewährleistet ist. Hierfür bietet
der seitlich gelegene Brennraum nach dem Hauptpatent die günstigsten Voraussetzungen.
Der die Volumenänderung bewirkende Kolben wird vorzugsweise in der Längsachse des
Ventils, welches den Auslaß aus dem Verbrennungsraum steuert, angebracht, so daß
er in den Verbrennungs-und Kompressionsraum direkt an der dem Auslaß gegenüberliegenden
Seite eintritt.
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In der einfachsten Ausführung genügt es, den Kompressionsraum in an
sich bekannter Weise durch Einwärtsschieben des Kolbens so, weit zu verkleinern,
daß bei kalter Maschine der Motor einwandfrei anspringt, und ihn mit dieser Kolbenstellung
so lange warm laufen zu lassen, bis der erreichte Wärmezustand die Herabsetzung
des Kompressionsverhältnisses auf Betriebszustand erlaubt. Es gibt bei dieser Bauart
also nur zwei Stellungen des Brennraumkolbens, nämlich Anlassen und Betrieb bzw.
kalter und warmer Motor. Sie werden von Hand oder über das Gaspedal des Fahrers
eingestellt. Dabei ist es möglich, die sogenannte Anlaßstellung auch für den Leerlauf
zu nehmen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Nach Abb. i läuft der Kolben i im oberen Totpunkt so dicht wie möglich
an den Zylinderkopf 2 heran, so daß fast die gesamte Luft in den Verbrennungsraum
3 verdrängt wird. Der Auslaß wird durch das Ventil q: gesteuert. Über diesem Ventil
ist im Zylinderkopf der Kolben 5 angeordnet, der durch das Gewinde 6 in seiner Längsachse
verschoben werden kann. In der Abbildung befindet i er sich in seiner ausgefahrenen
Endstellung, die für das Anlassen und eventuell noch für den Leerlauf bestimmt ist.
Nach Erreichen der Betriebstemperatur wird er so weit zurückgedreht, bis er am Zylinderkopfboden
anliegt. Dadurch wird der Verhi.ennungsraum vergrößert und die Kompression herabgesetzt.
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Der Kolben 5 dient dabei noch als Wärmespeicher, vor allem beim Warmfahren
des Motors, da in seiner ausgefahrenen Stellung die direkte Berührung mit dem Zylinderkopf
fehlt. Hier kann eine Wärmeabfuhr nur über die Kolbenringe und die Gewindespindel
stattfinden. Gerade beim Anfahren wird er sich daher sehr rasch aufheizen und ein
schnelles Umschalten auf den Betriebszustand zulassen. Seine Betriebstemperatur
kann durch die Größe der Anlagefläche zwischen Kolben und Zylinderkopf in der oberen
Kolbenstellung. reguliert werden. .
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Die Abb. 2 zeigt die Lage der,-Brennstoffstrahlen der Düse 7 im Verbrennungsraum.
Der Mittelstrahl läuft mit der Luftströmung und die beiden Seitenstrahlen quer dazu.
Durch die Prallzerstäubung an den W'.nden und das Hineinwehen der Strahlen in den
Verbrennungsraum wird eine gute Vermischung mit der Luft erreicht.
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Nach Abb. 3 wird durch die betonte Einseitigkeit von Lufteintritt
und Einspritzung der Luft im Verbrennungsraum eine Tendenz zu einer Drehung um die
senkrechte Achse des Verbrennungsraumes aufgedrückt. Dadurch soll die Vermischung
von Luft und Brennstoff besser und schneller vor sich gehen.
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Die Verstellung des Kolbens kann natürlich auch automatisch in Abhängigkeit
von der Wandtemperatur, der Auspufftemperatur, der zeitlich durchgesetzten Brennstoffmenge
oder ähnlichen Faktoren erfolgen.
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Mit der vorgeschlagenen Anordnung von Brennraumkolben und Auslaßventil
sind noch mehrere Variationen möglich. Man kann beispielsweise, wie an sich bekannt,
nur die Druckspitzen der Verbrennung abschneiden, indem "ein federbelasteter Kolben
eingebaut wird. Durch Auswahl oder Einstellung der Feder wird der Kolben dann bei
Überschreitung des gewünschten Druckes nach außen, d. h. vom Auslaßventil weg, ausweichen.
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Eine solche Anordnung zeigt die Abb. q.. Der Kolben i steht im oberen
Totpunkt, das Auslaßventil 2 ist geschlossen, und der höchste Kompressionsdruck
ist erreicht. Ist die Feder 3 des Kolbens q. auf diesen Druck vorgespannt, so weicht.
bei beginnender Zündung der Kolben q. nach oben aus und setzt sich mit Freigabe
des Expansionsraumes im Zylinder durch den Kolben i wieder auf seinen Sitz auf.
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Bei richtiger Bemessung des Raumes 5 hinter dem Kolben q. kann eventuell
auf die Feder 3 verzichtet und in an sich bekannter Weise mit reiner Gegenkompression
gearbeitet werden. Zumindest kann die Feder 3 entsprechend dem Rückdruck der Luft
im Raum 5 kleiner gehalten werden.
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Bei den heutigen Motoren bleibt der maximale Auslaßquerschnitt immer
konstant. Dadurch ändert sich der Zeitquerschnitt mit der Drehzahl der Maschine.
Für den Ladungswechsel könnte aber der Zeitquerschnitt gleichbleiben. Mit abnehmender
Drehzahl könnte also der Ventilhub verkleinert werden, da die Öffnungszeit des Ventils
zunimmt. Entsprechend dem verkleinerten Ventilhub könnte der Verstellkolben in den
Kompressionsraum hineingeschoben werden. Dadurch würde erreicht, daß mit abnehmender
Drehzahl das Kompressionsverhältnis ansteigt bzw. mit zunehmender Drehzahl
fällt.
Da die Kompressionstemperaturen mit der Drehzahl ansteigen bzw. mit sinkender Drehzahl
fallen, würde eine Kompensierung durch die vorgenannte Änderung des Kompressionsverhältnisses
eintreten. Man könnte also den Motor mit konstantem Kompressionsdruck und konstanter
Kompressionstemperatur über den gesamten Drehzahlbereich fahren. Dadurch würden
allzu hohe Druckspitzen vermieden, und der Motor würde im Leerlauf weicher laufen
bzw. überhaupt mit gleichmäßigerer Wärmebelastung arbeiten. Vor allem könnte die
Einspritzung sehr gut auf den konstanten Temperaturzustand abgestimmt werden.
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Die Abb. 5 zeigt eine Prinzipskizze dieses Vorschlages. Der Kolben
ist wieder mit i und das Auslaßventil mit 2 bezeichnet. Das letztere wird durch
einen Schrägnocken 3 betätigt, der durch einen Fliehkraftregler 4 der Drehzahl entsprechend
verschoben wird. Gleichzeitig bewegt dieser Fliehkraftregler den zweiarmigen Hebel
5, der über die Stangen 6 und 7 den Nocken 8 verdreht. Durch die Stellung des Nockens
8 und der rückführenden Feder 9 wird die Stellung des Kolbens io bestimmt..
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Reicht die Verstellkraft des Fliehkraftreglers nicht aus, so genügt
es, wenn er die Steuernadel eines Servozylinders bewegt, der an die Ölumlaufschmierung
angeschlossen ist. Der Regler kann dann entsprechend kleiner gebaut werden.
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Ständig bewegte Verstellkolben, sogenannte Hilfskolben, sind an sich
bekannt. Es besteht demnach natürlich auch die Möglichkeit, beide Organe, nämlich
das Auslaßventil und den Verstellkolben ständig zu bewegen, und zwar könnte das
durch einen Nocken geschehen. Da diese Bewegung wechselseitig nacheinander erfolgt,
wären in diesem Falle Ventilhub und Kolbenstellung unabhängig voneinander. So könnte
z. B. der -volle Ventilhub auch bei stark einwärts stehendem Kolben, d. h. also
bei einer Höhe des Kompressionsraumes, die geringer als der Ventilhub ist, aufrechterhalten
werden. Das geschieht dadurch, daß der Kolben bei geschlossenem Auslaßventil nach
innen, also auf das Auslaßventil zu bewegt und beim Öffnen des Ventils nach außen
zurückgezogen wird.
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Diese zwangläufige Steuerung kann ebenfalls dazu benutzt werden, um
die Druckspitzen der Verbrennung abzuschneiden, indem nämlich beim Einsetzen der
Zündung der Kolben nach außen bewegt wird und mit zunehmender Drucksteigerung den
Verbrennungsraum vergrößert. Dieser gesteuerte Vorgang funktioniert wahrscheinlich
exakter als der für die gleiche Aufgabe vorgesehene, ungesteuerte Vorgang nach Abb.
4. . In Abb. 6 ist das Prinzip des Vorschlages dargestellt. Das Auslaßventil z und
der Verstellkolben 3 werden über Kipphebel und Stoßstangen von dem Nocken 4 betätigt.
Die Rückführung erfolgt durch die Federn 5 und 6. Während des Kompressionshubes
und Expansionshubes führt der Verstellkolben eine oszillierende Bewegung im :gegenläufigen
Sinne zum Arbeitskolben i aus. Während der Gaswechselperiode, ^d. h. während der
Bewegung des Auslaßventils ist er in Ruhe. Durch diese Anordnung wird erreicht,
daß in jedem Fall die erforderliche Kompressionshöhe gesichert ist und trotzdem
die Druckspitzen vermieden werden. Die eventuell notwendige Phasenverschiebung des
Verstellkolbens gegen den Arbeitskolben kann durch. die Stellung und die Form des
Nockens festgelegt werden.