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Brennluaftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Zweitaktmaschine mit einem oder mehreren Zylindern. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Verbrennungsraum jedes Zylinders der Maschine, der zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle liegt, an einer Seite, unmittelbar von der Kurbelwelle, abgeschlossen wird, so dass die Kurbelwelle unmittelbar unter der Wirkung des Verbrennungsdruckes steht.
Bei der zwischen der Kurbelwelle und dem Kolben stattfindenden Verbrennung werden die Pleuelstangen nur auf Zug beansprucht und dadurch die Lager der Kurbelwelle beinahe entlastet, so dass man mit einer wesentlich einfacheren und leichteren Ausführung das Auslangen findet.
Die Zeichnung veranschaulicht die Brennkraftmaschine nach der Erfindung in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen.
Fig. 1 und 2 sind zwei, miteinander einen rechten Winkel einschliessende, Vertikalschnitte, von
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der Fig. 2 wieder und Fig. 4 ist ein gleicher Schnitt wie Fig. 1 aber bei anderer Kolbenstellung. Fig. 5 veranschaulicht einen Schnitt nach Linie V-V der Fig. 2. Fig. 6 zeigt eine Mehrzylindermaschine im Schnitt, Fig. 7 und 8 geben den in die Ebene abgewickelten Schnitt durch die Verbrennungsräume zweier nebeneinanderliegender Zylinder in zwei Ausführungsformen wieder. Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform der Brennkraftmaschine im Vertikalschnitt, Fig. 10 einen Schnitt nach Linie X-X der Fig. 9 und Fig. 11 einen Schnitt nach Linie XZ-XI der Fig. 9. Fig. 12 veranschaulicht in etwas grösserer Darstellung eine Einzelheit in einem Schaubild.
Der Zylinderblock 1 ist mit einer unteren Bohrung 2 und einer oberen Bohrung 3 von grösserem Querschnitt versehen (Fig. 1 bis 5), die von einem Deckel 4 abgeschlossen ist. Im Zylinder arbeitet ein Differentialkolben 5, in dem ein Bolzen 6 gelagert ist (Fig. 2), an dessen Enden die Kolbenstangen 7 angreifen. Das untere Ende der Kolbenstangen ist mit Zapfen 8 der Kurbelwelle 9 verbunden, die einen grossen Querschnitt aufweist, als Drehschieber ausgebildet und im unteren Teil 10 des Zylinderblockes gelagert ist. Für die Pleuelstangen 7 und Verbindungszapfen 8 sind Aussparungen 11 im Zylinderblock vorhanden (Fig. 5). Die Kurbelwelle 9 ist durch den Zapfen 13 verlängert, der aus dem Zylinderblock nach aussen reicht und zur Kraftübertragung dient. Die untere Zylinderbohrung 2 ist mit den Auspufföffnungen 14 versehen.
Der oberhalb des Kolbens 5 vorgesehene Verdichtungsraum ist durch ein Saugrohr 15 mit eingebautem Rückschlagventil 16 mit einem Vergaser und durch ein Rohr 17 mit einer Ausnehmung 18 der Kurbelwelle 9 und durch diese mit der Einlassöffnung 18 der Zylinderbohrung 2 in Verbindung.
Auf der andern Seite der Kurbelwelle 9 kann ein, z. B. elektrisch geheizter Glühkopf 19 in einer Aussparung angeordnet sein. Zum Gewichtsausgleich der Kurbelwelle 9 sind Ausgleichsgewichte 20 vorgesehen. Die Zylinderbohrung 2 reicht bis zur Kurbelwelle 9. Der Zylindermantel weist Aussparungen 21 für die Kolbenbolzen 6 und für die vorragenden Teile der Pleuelstangen auf (Fig. 3).
Wenn sich der Kolben 5 in seiner tiefsten Stellung befindet (Fig. 4), dann hat er das unter ihm befindliche Brenngemisch, z. B. Benzin und Luft, verdichtet. Es erfolgt nunmehr die Zündung des Gemisches durch den Glühkopf, der jetzt mit dem Verbrennungsraum in Verbindung steht. Infolge des Verbrennungsdruckes wird der Kolben 5 nunmehr aufwärts getrieben. Dabei wird auf die Kurbelwelle 9 von den Verbrennungsgasen ein abwärts gerichteter Druck ausgeübt. Dennoch werden die
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KurbelweÜenlager nicht besonders beansprucht, da der Druck von den Pleuelstangen aufgenommen wird, die dabei auf Zug beansprucht werden. Dadurch unterscheidet sich die erfindungsgemässe Brennkraftmaschine von den bekannten Ausbildungen.
Durch den aufwärts bewegten Kolben wird das Brenngemisch oberhalb des Kolbens verdichtet, da das Ventil 16 im Saugrohr 15 geschlossen ist.
Der Auspuff beginnt kurz bevor der Kolben seine oberste Stellung erreicht hat und die Auspuff- öffnungen 14 freigibt. Gleichzeitig strömt das verdichtete Gemisch durch das Rohr 17, die Ausnehmung 18 der Kurbelwelle 9 und durch die frei gelagerte Eintrittsöffnung 18'von unten in die Zylinderbohrung 2. Das einströmende. Gemisch treibt die Verbrennungsgase in gleicher Richtung vor sich her und aus dem Zylinder, wodurch eine wirkungsvolle Spülung erfolgt.. Der abwärtsgehende Kolben schliesst die Auspufföffnungen 14 ab, worauf bei weiterer Drehung der Kurbelwelle 9 auch der Einlass 18' in den Zylinder geschlossen wird.-Beim weiteren Abwärtsgang des Kolbens verdichtet er das in der Zylinderbohrung vorhandene, vor verdichtete Gemisch.
In der untersten Kolbenlage erfolgt dann die nächste Verbrennung, worauf sich die beschriebenen Vorgänge wiederholen.
Diese Brennkraftmaschine weist gegenüber den bekannten Ausbildungen bedeutende Vorteile auf. Die Kurbelwelle und ihr Lager werden, wie schon erwähnt, wesentlich entlastet und die Pleuelstangen nur auf Zug beansprucht, während bei allen bekannten Maschinen die Pleuelstangen immer auf Knickung-beansprucht und entsprechend bemessen werden. Der Verbrennungsraum befindet sich im Zylinderblock, der ohnedies ausreichend stark ausgebildet ist und der Zylinderdeckel muss nur auf einen mässigen und nicht plötzlich auftretenden Verdichtungsdruck bemessen werden. Diese Umstände gestatten ein leichte und dabei hinreichend feste Ausführung der Maschine.
Die Pleuelstangen greifen an einem im Kolben gelagerten Bolzen an. Der Verbrennungsraum ist gleichsam ein einziger Raum und erfordert keine Dichtungen, woraus sich eine grössere Betriebssicherheit ergibt. In der Zeichnung sind zwar besondere Ausgleichsgewichte veranschaulicht, diese können aber in die Kurbelwelle verlegt werden und sonstige Ausgleichsgewichte entfallen.
Für Zweitaktmaschinen ergeben sich durch die Erfindung noch besondere Vorteile. Die Spülung erfolgt nur in einer Richtung aber der ganzen Länge der Bohrung nach. Da die Einlass-und Absperrventile unabhängig wirken, wird eine richtige Öffnungs- und Schliesszeit für das ein-und ausströmende Gemisch erzielt, während man bei den üblichen Zweitaktmaschinen zu einem wenig befriedigenden Mittelweg gezwungen ist. Dem in die Zylinderbohrung einströmenden Brenngemisch kann man leicht eine kreisende Bewegung erteilen, wodurch eine Spülung mit erhöhter Wirkung erreicht wird. Zu diesem Zweck kann das Gemisch durch die Ausnehmung der Kurbelwelle 9, während diese umläuft in den Verbrennungsraum eingeführt werden und so eine kreisende Bewegung erhalten, die durch die Form der Eintrittsöffnung 18 unterstützt werden kann (Fig. 5).
Durch diese verbesserte Spülung wird eine Brennstoffersparnis erzielt und die Leistungsfähigkeit der Maschine bezogen auf 1 kg Maschinengewicht erhöht. Durch Anwendung der oberen Kolbenverdichtung, die wesentlich mehr leisten kann wie die bekannten Kurbelgehäuseverdichter, erhält man wesentliche Vorteile. Der schädliche Raum wird kleiner und die Spülung des Kurbelgehäuses entfällt. Die Aufnahmefähigkeit des Kolbenverdichters kann einfach geregelt werden. Wenn gewünscht, kann er vollständig oder teilweise ausgeschaltet werden, indem nur ein Teil des Inhalts verdichtet wird. Das verdichtete Gemisch kann auch wie eine Luftkissenfederung ausgenutzt werden.
Die Kapazität kann grösser oder kleiner als der Rauminhalt der Zylinderbohrung 2 gewählt und-der Verbrennungsraum kann günstig gestaltet und der Kolben mit flachen Boden ausgebildet werden.
Bei der Fünfzylinder-Sternmaschine nach Fig. 6 sind die Stangen 7 der Kolben J mit einem gemeinsamen Zapfen der Kurbelwelle 9 in Verbindung. Die Rohre 17 sind so geführt, dass jeder Vorverdichtungsraum 3 mit dem Verbrennungsraum 2 des (in der Drehrichtung der Maschine) hinter ihm liegenden Zylinders verbunden ist. Ausser der Ausnehmung 18 befindet sich noch eine andere Ausnehmung 22 in der Kurbelwelle 9. Die Arbeitsweise dieser Maschine entspricht im Wesen der nach Fig. 1-5. Die Verbindung jedes Vorverdichtungsraumes 3 mit dem Verbrennungsraum des (in der Drehrichtung der Maschine) hinter ihm liegenden Zylinders ergibt verschiedene wesentliche Vorteile.
Wenn der Kolben 5 seine oberste. Stellung erreicht hat, ist die Verdichtung des Gemisches oberhalb des Kolbens vollendet, der aber die Auspufföffnung 14 noch nicht geschlossen hat. Gefordert wird, dass die Spülung anfangs mit kleinerem Druck erfolgt und dieser sich solange erhöht, bis die Auspuff- öffnungen 14 geschlossen werden. Diese Forderung ist mit der erfindungsgemässen Ausbildung leicht zu erfüllen, da der Verdichtungsdruck von einem andern Zylinder herrührt, dessen Arbeitstakt eine Phasenverschiebung aufweist. Aus Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, wie dies vor sich geht. Die vorne liegende Verdichtung hat ihren Höchstwert noch nicht erreicht, wenn sich die Einlassöffnungen der hinterliegenden Zylinder öffnen. Die Verdichtung steigt und erreicht ihren Höchstwert bevor die Auspuff- öffnungen geschlossen werden.
Dadurch hat man die Möglichkeit die Vorverdichtung in jedem Augenblick auf gewünschter Höhe zu halten.
Nachdem die Verdichtung in den Zylindern 2 erfolgt und der Kolben in seine unterste Stellung gelangt ist, stellt die Ausnehmung 22 der Kurbelwelle 9 die'Verbindung des Verdichtungsraumes mit dem Verbrennungsraum in dem (in der Drehrichtung der Maschine) hinter diesem liegenden Zylinder her, wo eben die Verbrennung stattfindet. Dadurch wird die Verbrennung in den gerade die Zündung
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erwartenden Zylinder übergeleitet. Bei der Umdrehung der Kurbelwelle 9 verbreitet sich die Verbrennung ringsum in der Sternmaschine und eine Art kontinuierlicher absatzweiser Verbrennung verleiht der Maschine eine, einer pulsierenden Explosionsturbine ähnlichen Charakter. Nachdem durch irgendeine Zündung die erste Verbrennung hervorgerufen wurde, ist die künstliche Zündung eigentlich nicht mehr aufrechtzuerhalten.
Sicherheitshalber kann man einen Zylinder mit einer Dauerzündung ausstatten, die immer im richtigen Augenblick zündet.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 ist das Rohr 17 bei der Kurbelwellenöffnung als Kanal ausgebildet, der seitlich der Zylinder 2, nicht zwischen diesen ausläuft. Da diese Kanäle so verschoben werden können, kann die richtige Einstellung willkürlich am günstigsten mit Rücksicht auf die Ansaugregelung gewählt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9-12 ist das Rohr 17 vom Vorverdichtungsraum zu einem Zapfen 9 a der Kurbelwelle 9 geführt und reicht in das Lagergehäuse 30 des Zapfens. Die Verbrennungsluft wird durch die Öffnung 31 von aussen angesaugt, die mit dem im Zapfen 9 a vorgesehenen Kanal 15a ständig in Verbindung steht, der bis zur Umfläche des Zapfens geführt ist. Von der als Drehschieber wirkenden Kurbelwelle 9 führt ein Kanal 32 durch den Zapfen 9 a. In der Kurbelwelle ist ein Hohlraum 34 ausgespart, der durch eine Öffnung 18 mit der Zylinderbohrung 2 in Verbindung steht. Die Mündungen der Kanäle 15 a und 32 liegen einander gegenüber, so dass sie beim Umlauf des Zapfens 9 a abwechselnd mit der Mündung des Rohres 17 in Verbindung kommen.
Der Zapfen 9 a liegt in zwei drehbaren Lagerschalen 35,36 (Fig. 11), die Arme 37, 38 tragen, mit welchen sie von aussen verstellbar und mittels Zapfen 39 in verschiedener Lage feststellbar sind. Ein Rand der Lagerschale 35 ist in eine Zunge 40 verlängert (Fig. 12), die in einen Längsschlitz 41 der Lagerschale 36 greift. Durch Verdrehung der Lagerschale 35 kann die Grösse der Schlitzöffnung geändert werden. Durch Verstellung der Arme 37, 38 kann demnach die Grösse und die relative Lage der Schlitzöffnung 41 geändert werden, die unter der Mündung des Rohres 17 liegt und mit der fallweise die Mündungen der Kanäle 15 a und 32 in Verbindung kommen.
Durch Verstellung der Lagerschalen 35,36 lässt sich nicht nur die Dauer der Brennstoffeinführung, sondern auch der Zeitpunkt der Zündung während einer Umdrehung ver- ändern, wodurch für jede Umlaufzahl der Maschine die wirtschaftlichste Einstellung möglich ist.
In der Verbindungsöffnung 18 der Zylinderbohrung 2 mit dem Hohlraum 34 der Kurbelwelle 9 ist ein Dichtungsring 42, vorzugsweise aus Stahl eingesetzt, der geschlitzt und an seiner Unterseite entsprechend der Umfläche der Kurbelwelle ausgeschliffen ist (Fig. 10). Der Ring liegt oben teilweise frei, so dass er vom Verbrennungsdruck gegen die Kurbelwelle gedrückt und eine gute Abdichtung erreicht wird. Gleichzeitig wird der Ring, der auch mit Vorspannung eingesetzt werden kann, auseinandergedrückt, so dass er auch die Wände seines Sitzes abdichtet. Die übrigen Teile der Ausführungsform der Maschine sind in Übereinstimmung mit den entsprechenden Teilen der Ausbildung nach den Fig. 1-8 ausgeführt.
Bei Umlauf der Kurbelwelle gelangt der Kanal 15 a in die Stellung, in der er durch den Schlitz 41 mit dem Rohr 17 verbunden ist. Der abwärtsgehende Kolben saugt jetzt Frischluft von aussen in den Vorverdichtungsraum ein. Wenn bei weiterer Drehung der Kurbelwelle der Kolben sich wieder nach oben bewegt, wird das Rohr 17 durch den Schlitz 41 mit dem Kanal 32 verbunden und das vorverdichtet Brenngemisch strömt durch den Kanal 32 in den Raum 34 der Kurbelwelle, von wo es aufwärts strömt und den Zylinder durchspült. Nach beendigter Spülung werden die Auspufföffnungen 14, der Kanal 32 und die Öffnung 18 geschlossen, worauf die Verdichtung und Zündung erfolgt.
Die Ausbildung nach den Fig. 9-11 ermöglicht ein sehr genaues und in weiten Grenzen ver- änderliches Ansaugen und Spülen. Der Auspuff kann ähnlich wie das Ansaugen durch Schieber geregelt werden. Der Dichtungsring 42 sichert die zuverlässige Dichtung zwischen dem Verbrennungsraum und der Kurbelwelle. Infolge der Ausbildung des Hohlraumes 34 in der Kurbelwelle 9 wird eine grössere Kühlfläche erhalten, wobei mit Luft, Wasser oder Öl oder mehreren dieser Mittel gekühlt werden kann. Die Brennstoffzuführung erfolgt wie früher beschrieben z. B. durch ein in der Kurbelwelle angeordnetes mit dieser umlaufendes Mundstück. Die Brennstoffzufuhr kann auch von einem Vergaser durch die Öffnung 31 erfolgen. Durch Änderung der Form des Schlitzes 41 und der Zunge 40 kann eine Regelung des Beginnes und der Beendigung des Ansaugens oder nur der Beendigung erreicht werden.
Die Kanten 43,44 des Schlitzes 41 können schräg verlaufen (Fig. 12) oder abgerundet sein.
Die Lagerschalen 35,36 können auch anders ausgebildet werden, und es ist auch möglich mit nur einer Lagerschale auszukommen, die unmittelbar auf dem Zapfen der Kurbelwelle angebracht ist.
Man kann jedes gewünschte Verhältnis zwischen Kolbenhub-und Zylinderbohrung erreichen.
Die Zündung kann mittels Zündkerze oder Zündkopf erfolgen und die Maschine auch als Dieselmaschine arbeiten. Statt eines Vergasers kann im Saugrohr 17 oder in der Kurbelwelle 9 ein Mundstück angebracht werden. Bei einer Dieselmaschine kann eine Einspritzdüse angewendet werden, die mit der Kurbelwelle umläuft, die durch ununterbrochenen Druck arbeitet. Die Maschine kann mit beliebiger Zylinderzahl als Stern-oder als Reihenmaschine mit einer oder mehreren Zylinderreihen gebaut werden.
Zwei Dreizylinder-Sternmaschinenblöcke können unter 1800 versetzt zu einander vereinigt werden, wodurch eine vollkommene Auswuchtung der beweglichen Teile erreicht werden kann. Das gleiche ist auch bei einer grösseren Zylinderzahl erreichbar.
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Im Rohr 17 kann ein Rückschlagventil eingebaut werden, doch ist das gewöhnlich nicht notwendig. Bei sternförmiger Zylinderanordnung kann ein einziger Vergaser alle Zylinder versorgen und unmittelbar mit dem Rohr 17 in Verbindung stehen. Dann entfällt der Kanal lisa. Das Ansaugen erfolgt auch durch das Rohr 17 zu den Vorverdichtungsräumen 3. Die Maschine kann auch mit nur einer Pleuelstange und auch in Verbindung mit einem besonderen Kompressor gebaut werden. Der Auspuff kann auch durch die Kurbelwelle 9 geführt werden. Falls der Vorverdichtungsraum kleiner gewählt werden muss als der Verbrennungsraum, kann der Kolben durchaus gleichen Querschnitt und auch oben eine Bohrung erhalten. Der Maschinendeckel wird dann mit einem feststehenden Kolben versehen.
Hiebei ist es zweckmässig, Kanäle oder Aussparungen in den Pleuelstangen als Einlaufkanäle auszubilden. Das Ventil 16 kann auch wegbleiben, in welchem Falle die Eintrittsöffnung nur durch den Schlitz der Kurbelwelle 9 geregelt wird.
Der Kolben übt, nachdem die Auspufföffnungen geschlossen sind, einen Zug nach oben auf die Pleuelstangen und die Kurbelwelle 9 aus, so dass der Druck an der Dichtungsfläche zwischen der Kurbelwelle und dem Dichtungsring 42 mit zunehmendem Verdichtungsdruck grösser wird. Durch entsprechende Bemessung der Kolbenfläche und freien Oberfläche der Kurbelwelle, die durch den Verbrennungsdruck angedrückt wird, wird eine günstige Dichtung erreicht. Dies gilt nicht nur während des Verdichtungshubes, sondern auch während des Verbrennungshubes. Im Raum 34 der Kurbelwelle kann auch eine Vorwärmung des Brennstoffes erfolgen. Der Inhalt des Raumes 34 kann 30% des Verbrennungsraumes oder auch mehr betragen. Die Lagerschalen 35, 36 können durch einen Regler, z. B. einen Fliehkraftregler, selbsttätig eingestellt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Ein-oder Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, insbesondere Zweitaktmaschine, bei welcher sich der Verbrennungsraum (2) jedes Zylinders (1) zwischen Kolben (5) und Kurbelwelle (9) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle einen unmittelbaren Abschluss jedes Zylinders bildet, so dass die Kurbelwelle unter unmittelbarer Wirkung des Verbrennungsdruckes steht.
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Still air machine.
The invention relates to an internal combustion engine, in particular a two-stroke engine with one or more cylinders. The essential feature of the invention is that the combustion chamber of each cylinder of the engine, which is located between the piston and the crankshaft, is closed off on one side, directly from the crankshaft, so that the crankshaft is directly under the effect of the combustion pressure.
During the combustion between the crankshaft and the piston, the connecting rods are only subjected to tensile stress and the load on the crankshaft bearings is almost relieved, so that a much simpler and lighter design can do.
The drawing illustrates the internal combustion engine according to the invention in several exemplary embodiments.
1 and 2 are two vertical sections, enclosing a right angle with one another, of
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2 again and FIG. 4 is the same section as FIG. 1 but with a different piston position. Fig. 5 illustrates a section along line V-V of Fig. 2. Fig. 6 shows a multi-cylinder engine in section, Figs. 7 and 8 show the section developed in the plane through the combustion chambers of two adjacent cylinders in two embodiments. 9 shows a further embodiment of the internal combustion engine in vertical section, FIG. 10 shows a section along line XX in FIG. 9 and FIG. 11 shows a section along line XZ-XI in FIG. 9. FIG. 12 shows a detail in a somewhat larger representation in a graph.
The cylinder block 1 is provided with a lower bore 2 and an upper bore 3 of larger cross section (FIGS. 1 to 5), which is closed by a cover 4. A differential piston 5, in which a bolt 6 is mounted (FIG. 2), at the ends of which the piston rods 7 engage, works in the cylinder. The lower end of the piston rod is connected to pin 8 of the crankshaft 9, which has a large cross section, is designed as a rotary valve and is mounted in the lower part 10 of the cylinder block. For the connecting rods 7 and connecting pins 8 there are recesses 11 in the cylinder block (FIG. 5). The crankshaft 9 is extended by the pin 13, which extends outward from the cylinder block and is used for power transmission. The lower cylinder bore 2 is provided with the exhaust ports 14.
The compression chamber provided above the piston 5 is connected to a carburetor by an intake pipe 15 with a built-in check valve 16 and by a pipe 17 with a recess 18 in the crankshaft 9 and through this with the inlet opening 18 of the cylinder bore 2.
On the other side of the crankshaft 9, a z. B. electrically heated glow head 19 can be arranged in a recess. Balance weights 20 are provided to balance the weight of the crankshaft 9. The cylinder bore 2 extends to the crankshaft 9. The cylinder jacket has recesses 21 for the piston pin 6 and for the protruding parts of the connecting rods (FIG. 3).
When the piston 5 is in its lowest position (Fig. 4), then it has the combustion mixture located below it, for. B. gasoline and air, compressed. The mixture is now ignited by the glow head, which is now connected to the combustion chamber. As a result of the combustion pressure, the piston 5 is now driven upwards. A downward pressure is exerted on the crankshaft 9 by the combustion gases. Still, the
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Crankshaft bearings are not particularly stressed because the pressure is absorbed by the connecting rods, which are subjected to tensile stress. The internal combustion engine according to the invention thus differs from the known designs.
As the piston moves upwards, the combustion mixture is compressed above the piston, since the valve 16 in the intake manifold 15 is closed.
The exhaust begins shortly before the piston has reached its uppermost position and clears the exhaust openings 14. At the same time, the compressed mixture flows through the pipe 17, the recess 18 of the crankshaft 9 and through the freely mounted inlet opening 18 'from below into the cylinder bore 2. The incoming. The mixture drives the combustion gases in front of it and out of the cylinder in the same direction, whereby an effective flushing takes place. The descending piston closes the exhaust openings 14, whereupon the inlet 18 'into the cylinder is closed with further rotation of the crankshaft 9. As the piston travels further down, it compresses the previously compressed mixture in the cylinder bore.
The next combustion then takes place in the lowest piston position, whereupon the processes described are repeated.
This internal combustion engine has significant advantages over the known designs. As already mentioned, the load on the crankshaft and its bearing is relieved considerably and the connecting rods are only subjected to tensile stress, while in all known machines the connecting rods are always subjected to bending stress and are dimensioned accordingly. The combustion chamber is located in the cylinder block, which is sufficiently strong anyway, and the cylinder cover only needs to be dimensioned for a moderate and not suddenly occurring compression pressure. These circumstances allow a light and at the same time sufficiently strong construction of the machine.
The connecting rods engage a bolt mounted in the piston. The combustion space is, as it were, a single space and does not require any seals, which results in greater operational reliability. Although special counterweights are shown in the drawing, these can be installed in the crankshaft and other counterweights are not required.
The invention also provides particular advantages for two-stroke engines. Flushing only takes place in one direction but along the entire length of the bore. Since the inlet and shut-off valves work independently, a correct opening and closing time is achieved for the mixture flowing in and out, whereas in the case of the usual two-stroke engines one is forced to take a less than satisfactory middle course. The combustion mixture flowing into the cylinder bore can easily be given a circular movement, whereby a flushing with increased effect is achieved. For this purpose, the mixture can be introduced into the combustion chamber through the recess of the crankshaft 9 while it is rotating and thus receive a circular movement which can be supported by the shape of the inlet opening 18 (FIG. 5).
This improved flushing results in fuel savings and increases the performance of the machine based on 1 kg machine weight. By using the upper piston compression, which can do much more than the known crankcase compressors, significant advantages are obtained. The harmful space becomes smaller and there is no need to flush the crankcase. The capacity of the reciprocating compressor can be easily regulated. If desired, it can be completely or partially eliminated by compressing only part of the content. The compressed mixture can also be used like air cushion suspension.
The capacity can be selected to be larger or smaller than the volume of the cylinder bore 2 and the combustion chamber can be designed in a favorable manner and the piston can be designed with a flat bottom.
In the five-cylinder star engine according to FIG. 6, the rods 7 of the pistons J are connected to a common journal of the crankshaft 9. The pipes 17 are guided in such a way that each pre-compression chamber 3 is connected to the combustion chamber 2 of the cylinder located behind it (in the direction of rotation of the engine). In addition to the recess 18, there is another recess 22 in the crankshaft 9. The mode of operation of this machine essentially corresponds to that of FIGS. 1-5. The connection of each pre-compression chamber 3 with the combustion chamber of the cylinder behind it (in the direction of rotation of the engine) results in various essential advantages.
When the piston 5 is its top. Has reached position, the compression of the mixture is completed above the piston, which has not yet closed the exhaust port 14. It is required that the flushing takes place initially with a lower pressure and that this pressure increases until the exhaust openings 14 are closed. This requirement can easily be met with the design according to the invention, since the compression pressure comes from another cylinder, the work cycle of which has a phase shift. From Figs. 7 and 8 it can be seen how this is done. The compression at the front has not yet reached its maximum value when the intake ports of the cylinders behind open. The compression increases and reaches its maximum value before the exhaust ports are closed.
This gives you the opportunity to keep the pre-compaction at the desired height at all times.
After the compression takes place in the cylinders 2 and the piston has reached its lowest position, the recess 22 of the crankshaft 9 establishes the connection of the compression chamber with the combustion chamber in the cylinder (in the direction of rotation of the machine) behind this cylinder, where just the combustion takes place. This causes the combustion to take place in the ignition
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expected cylinder transferred. As the crankshaft 9 rotates, the combustion spreads all around the star machine and a kind of continuous intermittent combustion gives the machine a character similar to a pulsating explosion turbine. After the first combustion has been caused by some kind of ignition, the artificial ignition can actually no longer be maintained.
To be on the safe side, you can equip a cylinder with continuous ignition, which always ignites at the right moment.
In the embodiment according to FIG. 8, the tube 17 at the crankshaft opening is designed as a channel which does not run out to the side of the cylinder 2 between them. Since these channels can be shifted in this way, the correct setting can be chosen arbitrarily, most favorably with regard to the suction control.
In the embodiment according to FIGS. 9-12, the tube 17 is guided from the pre-compression chamber to a pin 9 a of the crankshaft 9 and extends into the bearing housing 30 of the pin. The combustion air is sucked in from the outside through the opening 31, which is constantly connected to the channel 15a provided in the pin 9a, which is guided up to the area around the pin. From the crankshaft 9 acting as a rotary slide valve, a channel 32 leads through the pin 9 a. A cavity 34 is recessed in the crankshaft and communicates with the cylinder bore 2 through an opening 18. The mouths of the channels 15 a and 32 are opposite one another, so that they come into contact alternately with the mouth of the tube 17 as the pin 9 a rotates.
The pin 9 a lies in two rotatable bearing shells 35, 36 (FIG. 11), which carry arms 37, 38 with which they can be adjusted from the outside and can be locked in different positions by means of pins 39. One edge of the bearing shell 35 is extended into a tongue 40 (FIG. 12) which engages in a longitudinal slot 41 of the bearing shell 36. By rotating the bearing shell 35, the size of the slot opening can be changed. By adjusting the arms 37, 38, the size and the relative position of the slot opening 41 can be changed, which is below the mouth of the tube 17 and with which the mouths of the channels 15 a and 32 come in connection.
By adjusting the bearing shells 35, 36, not only the duration of the fuel introduction, but also the time of ignition can be changed during one revolution, whereby the most economical setting is possible for each number of revolutions of the machine.
In the connecting opening 18 of the cylinder bore 2 with the cavity 34 of the crankshaft 9, a sealing ring 42, preferably made of steel, is inserted, which is slotted and ground on its underside to correspond to the area around the crankshaft (FIG. 10). The ring is partially exposed at the top, so that it is pressed against the crankshaft by the combustion pressure and a good seal is achieved. At the same time, the ring, which can also be used with a preload, is pressed apart so that it also seals the walls of its seat. The remaining parts of the embodiment of the machine are designed in accordance with the corresponding parts of the embodiment according to FIGS. 1-8.
When the crankshaft rotates, the channel 15a reaches the position in which it is connected to the tube 17 through the slot 41. The downward moving piston now sucks in fresh air from the outside into the pre-compression chamber. When the piston moves upwards again with further rotation of the crankshaft, the pipe 17 is connected to the channel 32 through the slot 41 and the pre-compressed combustion mixture flows through the channel 32 into the space 34 of the crankshaft, from where it flows upwards and into the Cylinder flushed. After the flushing is complete, the exhaust openings 14, the channel 32 and the opening 18 are closed, whereupon the compression and ignition takes place.
The design according to FIGS. 9-11 enables a very precise suction and flushing that can be varied within wide limits. The exhaust can be regulated by slide valves in a similar way to the intake. The sealing ring 42 ensures the reliable seal between the combustion chamber and the crankshaft. As a result of the formation of the cavity 34 in the crankshaft 9, a larger cooling surface is obtained, it being possible to cool with air, water or oil or several of these agents. The fuel is supplied as described earlier z. B. by a arranged in the crankshaft with this rotating mouthpiece. The fuel can also be supplied from a carburetor through the opening 31. By changing the shape of the slot 41 and the tongue 40, regulation of the beginning and the end of the suction or just the end can be achieved.
The edges 43, 44 of the slot 41 can run obliquely (FIG. 12) or be rounded.
The bearing shells 35, 36 can also be designed differently, and it is also possible to manage with just one bearing shell which is attached directly to the journal of the crankshaft.
Any desired ratio between piston stroke and cylinder bore can be achieved.
The ignition can take place with a spark plug or ignition head and the machine can also work as a diesel machine. Instead of a carburetor, a mouthpiece can be fitted in the intake pipe 17 or in the crankshaft 9. In the case of a diesel engine, an injection nozzle can be used that rotates with the crankshaft, which works by continuous pressure. The machine can be built with any number of cylinders as a star or as an in-line machine with one or more rows of cylinders.
Two three-cylinder star machine blocks can be combined offset from one another at 1800, which means that the moving parts can be perfectly balanced. The same can be achieved with a larger number of cylinders.
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A check valve can be installed in pipe 17, but this is usually not necessary. In the case of a star-shaped cylinder arrangement, a single carburetor can supply all cylinders and be directly connected to the pipe 17. Then the lisa channel is omitted. The suction also takes place through the pipe 17 to the pre-compression chambers 3. The machine can also be built with only one connecting rod and also in connection with a special compressor. The exhaust can also be guided through the crankshaft 9. If the pre-compression chamber has to be selected to be smaller than the combustion chamber, the piston can have the same cross-section and a bore at the top. The machine cover is then fitted with a stationary piston.
In this case, it is advisable to design channels or recesses in the connecting rods as inlet channels. The valve 16 can also be omitted, in which case the inlet opening is regulated only through the slot in the crankshaft 9.
After the exhaust ports are closed, the piston exerts an upward pull on the connecting rods and the crankshaft 9, so that the pressure on the sealing surface between the crankshaft and the sealing ring 42 increases with increasing compression pressure. By appropriately dimensioning the piston area and the free surface of the crankshaft, which is pressed on by the combustion pressure, a favorable seal is achieved. This applies not only during the compression stroke, but also during the combustion stroke. The fuel can also be preheated in space 34 of the crankshaft. The content of the space 34 can be 30% of the combustion space or more. The bearing shells 35, 36 can be controlled by a controller, e.g. B. a centrifugal governor, can be set automatically.
PATENT CLAIMS:
1. Single or multi-cylinder internal combustion engine, in particular two-stroke engine, in which the combustion chamber (2) of each cylinder (1) is located between the piston (5) and the crankshaft (9), characterized in that the crankshaft forms a direct closure of each cylinder, so that the crankshaft is under the direct effect of the combustion pressure.