DEST000613MA - Arbeitsverfahren und Brennkraftmaschine mit Gemischverdichtung und Selbstzündung - Google Patents

Description

Es ist an sich bekannt, Eine Brennkraftmaschine ohne Zündkerze und Einspritzpumpe zu betreiben. Der Vorgang ist hierbei folgender: Es wird ein Gas-Luft-Gemisch in den Zylinder eingesaugt und verdichtet. Die Verdichtung ist so bemessen, dass das Gemisch in der Nähe des oberen Totpunktes durch die bei der Kompression auftretende Erwärmung zur Zündung gelangt. Praktisch iat also dieses Verfahren nur für die Kleinst-Brennkraftmaschine anwendbar, weil der Zeitpunkt der Zündung stark abhängt von der Zündwilligkeit des Kraftstoffes und von der Drehzahl und Temperatur der Maschine.

So ist es auch bei kleinsten ausgeführten Brennkraftmaschinen (Modelmotoren) notwendig, einen verstellbaren Gegenkolben anzuwenden, um nach erfolgtem Ablauf den toten Raum im Zylinder zu verändern. Ferner wird bei diesen Motoren ein genau definiertes Kraftstoffgemisch verwendet, das eine ganz bestimmte Zündtemperatur besitzt.

Die Erfindung hat zum Ziel, ohne Verwendung einer Zündkerze den Zeitpunkt der Zündung möglichst unabhängig von den oben erwähnten Einflüssen auf eine bestimmte Kolbenstellung kurz vor Erreichen des oberen Totpunktes festzulegen, sodass die Brennkraftmaschine ähnliche Betriebseigenschaften erhält wie eine übliche gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung.

Im folgenden wird an einem Ausführungsbeispiel beschrieben, wie dieses Ziel erfindungsgemäß erreicht werden kann. Eine schematische Darstellung zeigt die anliegende Abb. 1.

In einem Zylinder 1 läuft in üblicher Weise ein Kolben 2, der z. B. über Pleuel und Kurbelwelle die Leistung abgibt.

Der Kolben verdichtet im Zylinder das vorher angesaugte Gas-Luft-Gemisch 3 so hoch, dass es noch nicht zur Zündung kommt. Der Kolben 2 besitzt eine zylinderförmige Erhöhung 4, die wie ein kleinerer Kolben, der Zündkolben, in einer entsprechenden Ausbohrung des Zylinders einen Teil des Gas-Luft-Gemisches 5 weiter verdichtet. Die Ausbohrung ist zusammen mit dem Zündkolben so bemessen, dass in der oberen Totlage des Kolbens eine Teilmenge 5 des Gases so hoch verdichtet ist. Der tote Raum über dem Zündkolben ist also relativ kleiner als über dem Hauptkolben.

Beim Niedergang des Kolbens breitet sich dann die Verbrennung über den ganzen Raum aus.

Der Vorgang wird im Diagramm der Abb. 2 nochmals veranschaulicht. Es ist in senkrechter Richtung der Gasdruck, in waagerechter Richtung der Kolbenweg während des Verdichtungshubes aufgetragen. Der Verlauf des Gasdruckes im Raum über den Kolben 1 abhängig vom Kolbenweg ist eine Adiabate, die auch nach Eintauchen des Zündkolbens in die Ausbohrung des Zylinders stetig weitersteigt. Der Gasdruck innerhalb der Ausbohrung verläuft ebenfalls nach einer Adiabate 2, jedoch viel steiler, wenn die oben angeführte Bedingung eingehalten wird, nach der in der oberen Totlage des Kolbens in der Ausbohrung des Zylinders ein solcher Gasdruck herrschen soll, dass eine Zündung sicher gewährleistet ist.

Nimmt man einen bestimmten Bereich 3 an, innerhalb dessen bei den verschiedenen zu erwartenden Einflüssen der zur Zündung notwendige Druck liegen kann, so ist ersichtlich, dass sich dieser Bereich über einen wesentlichen geringeren Kolbenweg erstreckt, als es bei entsprechender Verdichtung mit der Hauptfläche des Kolbens der Fall wäre. Zum Vergleich ist in Abb. 2 noch der Druckverlauf gestrichelt eingetragen 4, der vorhanden wäre, wenn man die gleiche Endverdichtung mit dem gesamten Kolben erreichen würde durch entsprechende Verminderung des toten Raumes.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung ist der, dass die hohen Druckspitzen, die bei der Selbstzündung durch Kompression auftreten, nur auf die kleine Fläche des Hilfskolbens wirken und somit keine merkliche Stoßbeanspruchung der Lager hervorrufen.

Die Erfindung ist gedacht für Zweitakt-Brennkraftmaschinen, ist jedoch nicht auf diese beschränkt.

Besonders günstig ist die Anwendung bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen mit Dreikanalspülung (Gegenstromspülung), weil hier eine gute Spülung der Ausbohrung ohne weiteres gewährleistet ist.

Es ist auch möglich, den Zündkolben am Zylinder und die zugehörige Ausbohrung im Kolben unterzubringen. Dann kann die Spülung der Ausbohrung auch durch einen besonderen Kanal erfolgen, der z. B. so in den Kolben gebohrt wird, dass er dem Einlassschlitz des Zylinders gegenüber kommt.

Claims (4)

1. Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen mit Gemischverdichtung und Selbstzündung, dass im Zylinder ein Teilvolumen des Kraftstoff-Luft-Gemisches abgetrennt und so hoch verdichtet wird, dass Selbstzündung eintritt.

2. Brennkraftmaschine zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen des Teilvolumens eine Ausbohrung im Zylinderkopf angeordnet ist und dass am Kolben ein zylindrischer Ansatz so angeordnet ist, dass er in Nähe des oberen Totpunktes in die Ausbohrung eintaucht.

3. Zweitakt-Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Spülung der Ausbohrung ein besonderer Spülkanal angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbohrung im Kolben und der zylindrische Ansatz am Zylinderkopf angeordnet ist.