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Verbrennungskraftmaschine mit gesonderter Verdichtung von Brennluft
und Brennstoff und mit einem aus getrennter Verbrennungs- und Luftkammer bestehenden
Verdichtungsraum Die Erfindung bezieht sich auf selbstzündende Verbrennungskraftmaschinen
mit getrennter Verdichtung von Brennstoff und Luft und mit einem aus getrennter
Verbrennungs-und Luftkammer bestehenden Verdichtungsraum, ferner mit Einführung
des Brennstoffes in den verdichteten Luftinhalt der Verbrennungskammer durch Einspritzen
oder Einblasen.
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Zweck der Erfindung ist eine Verbesserung der Verbrennung. Diese wird
nach der Erfindung dadurch erzielt, daß der Verdichtungsraum durch eine Scheidewand
mit einer oder mehreren Öffnungen ,in zwei oder mehrere Kammern geteilt wird. Eine
oder einige dieser Kammern bilden die Verbrennungskammer, in welche während der
Verbrennung Brennluft von der anderen als Brennluftkammer bezeichneten Kammer zwangläufig
durch Verkleinerung ihres Rauminhalts ausgestoßen wird, wodurch der Zufluß der frischen
Luft zum Verbrennungsraum beschleunigt und eine schnellere Verbrennung erzielt wird.
Da, wie bekannt, die Verbrennung ,um so intensiver vor sich geht, je reiner die
Verbrennungsluft ist, so wird nach .der Erfindung ferner die Brennluftkammer allein
oder auch gleichzeitig die Verbrennungskammer nach :der Verbrennung durch einen
oder mehrere Hilfskolben praktisch restlos von Abgasen entleert. Um schließlich
bei Bedarf,den Verdichtungsgrad dem zugeführten Luftgewicht anpassen zu können,
wird nach der Erfindung durch Hubverstellung ;des Hilfskolbens die Größe des Verdichtungsraumes
veränderlich gemacht.
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Es sind Ausführungen der hierhergehörigen Maschinengattung bekannt,
bei welchen der Verdichtungsraum zwar auch aus Brennluft-und Verbrennungskammer
besteht, bei xvelchen aber die Brennluft von der ersten in die zweite Kammer frei
ausfließt. Dieser freie Ausfluß kann, wie bekannt, nur bei einem erheblichen Druckunterschied
beider Kammern, im allgemeinen also nur bei einer Verbrennung mit sinkendem Druck,
id. 1i. bei sehr langsamer Verbrennung, vor sich gehen. Eine derartige langsame
Verbrennung verschlechtert aber die spezifische Leistung und den Wirkungsgrad im
Vergleich mit der schnellen, explosionsartigen Verbrennung und sogar mit der Verbrennung
bei unveränderlichem Druck bedeutend. Es sind andererseits Vorschläge bekannt, die
Brennluft zwar zwangläufig in die Verbrennungskammer mit unveränderlichem Druck
auszustoßen, aber diese Brennluft nicht in dem Arbeitszylinder selbst zu verdichten,
sondern die Verdichtung in einem besonderen 'Verdichter zu bewirken. Das Hubvolumen
des besonderen Verdichters geht in diesem Falle für die Ausdehnung ganz verloren,
-,voraus eine Verschlechterung,des thermischen
Wirkungsgrades, eine
Verminderung des mechanischen Wirkungsgrades und eine Erhöhung der Wärmebeanspruchungen
infolge der Verlängerung derVerbrennungszeit entstrh@en. Es sind schließlich Vorschläge
bekannt, bei welchen zwecks Ermäßigung des Verdichtungsdruckes nur Abgase im Hauptzylinder
verdichtet werden und Frischluft aus einer besonderen -Pumpe mittels .einer durch
die Abgase beheizten Leitung in den Hauptzylinder während der Verbrennung
eingestoßen werden. Durch diese Anordnung wird nicht nur, wie schon erwähnt, der
Ausdehnungsgrad verkleinert, sondern auch durch die Erwärmung das Luftgewicht verringert
und noch dazu durch die Anwesenheit einer großen Menge Abgase eine sehr langsam
stattfindende Verbrennung bewirkt.
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Es ist aber bekannt, daß der Wirkungsgrad einer Maschine um so besser
ist bzw. seine spezifische Leistung um so größer ist, je näher die Verbrennung am
Totpunkt stattfindet und je mehr frische, unverbrauchte Luft der Brennstoff während
der Verbrennung findet.
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Diese Verbesserung der Verbrennung kann wie beim Erfindungsgegenstand
dadurch erzielt werden, daß die ganze in den Arbeitszylinder eingeführte Luft während
des Rückganges des Kolbens von diesem selbst in der Brennluftkammer und in der Verbrennungskammer,
welche beide den Verdichtungsraum bilden, verdichtet wird und -der in die Verbrennungskammer
einsgespritzte oder eingeblasene Brennstoff zunächst anfängt, mit der Luft in dieser
Kammer zu verbrennen, worauf die in der Brennluftkammer befindliche frische Luft
zwangläufig :durch Verkleinerung des Rauminhalts dieser Kammer in die Verbrennungskarnmer
ausgestoßen wird und in dieser die Verbrennung des weiter eingeführten Brennstoffes
unterhält.
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Die Erfindung ist beispielsweise auf den Zeichnungen dargestellt,
und zwar zeigt Abb. i eine Ausführungsform der Maschine im Querschnitt, Abb. 2 den
Grundriß dieser Ausfiihrungsform, Abb. 3 und q. einen Reguliernocken in Seitenansicht
und im Querschnitt, Ab#h.5 das Druckvolumendiagramm für Viertaktarbeit, Abb. 6 das
Volumenänder ungsdiagramin der Brennluftkammer bei Viertakt und bei einer unbeweglichen
Scheidewand zwischen den beiden Kammern, Abb.7 dasselbe Diagramm bei Zweitaktarbeit,
Abb.8 das Bewegungsdiagramm des oder der Hilfskolben der in Abb. i und 2 dargestellten
Maschine, Abb. 9 die Nockenscheibenausführung dazu für den Hilfskolben, Abb. io
die Nockenscheibenausführung dazu für die Scheidewand.
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Auf der Abb. i und 2 sind i der Arbeitskolben, 2, 3, 4 .das Auspuff-,
Saug- und das Brennstoffventil, 7 .der Führungszylinder der beweglichen Scheidewand
mit der Öffnung 8, 9 der bewegliche Hilfskolben, io die Nockenscheibe, «-elche die
Hebelrollen i i aufhebt und damit den Kolben 9 senken kann, 12 die ockenscheibe
zum Anheben der beweglichen Scheidewand.
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Die in Abb. i dargestellte Lage der beiden Kolben i und 'g sowie der
Scheidewand entspricht :dein Ende der Verdichtung in dem Augenblick des Verbrennungsbeginnes
eines Teiles des Brennstoffes mit der Luft der Verbrennungskammer in der Verbrennungskammer
j, Gleichzeitig mit dieser Teilmengeni-erbrennung wird die Scheidewand nach oben
zwangläufig durch den Nockenantrieb gegen deti Kolben 9 gehoben, wodurch die frische
Luft mit großer Geschwindigkeit aus der Brennluftkaminer 6 ausströmt und eine schnelle
und vollständige Verbrennung des noch nicht verbrannten und des weiterhin eingeführten
Brennstoffes bewirkt. Nach dem Ausdehnungshub hebt während des Auspuffes die N ockenscheibe
io die Rolle i i und senkt den Kolben g zusammen mit der Hülse 7, so daß die Abgase
aus der Brennluftkarnmer und aus der Verbrennungskammer vollständig ausgestoßen
werden. Beim Saughub stellen sich der Kolben 9 und die Hülse 7 mit der Scheidewand
wieder -in die Lage, wie es in Abb. i dargestellt ist.
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Da es sich dabei um eine relative Bewegung des Hilfskolbens und der
Scheidewand handelt, d. h. also, daß während des Luftausstoßens aus der Brennluftkamnier
6 entweder der Hilfskolben bei stillstehender Scheidewand sich zur Scheidewand oder
umgekehrt die Scheidewand bei stillstehendem Kolben zu dem Kolben verschiebt oder
aber beide zueinander sich bewegen, so daß in jedem Falle die Luft ausgestoßen wird,
so kann selbstverständlich im ersteren Bewegungsfalle die Scheidewand in starrer
Verbindung mit dem Deckel oder dem Zylinder stehen. Der Führungszylinder (Hülse
y) ist also nicht unbedingt notwendig. Desgleichen kann auch nur die Scheidewand
beweglich sein und der Hilfszylinder stillstehen.
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Abb. 3 und .a. stellen die Hubregulierung des Kolbens 9 dar. Die Nockenscheibe
hat eine kegelartige Grundkreisfläche und eine zylindrische Rastfläche, so daß bei
Verschiebung des Nockens auf der Nockenwelle der Kolbengang sich ändert. Bei dieser
Veränderung des Kolbenhubes zwecks Veränderung
des Verdichtungsgrades
wird der Hilfskolben stets dicht bis zur Scheidewand zwecks vollständiger Ausdrängung
der Luft aus der Brennluftkaininer hinuntergeschoben. Seine tiefste Lage bleibt
also unveränderlich, während die oberste Lage gemäß der Größe des Ver-lichtungsraumes
veränderlich sein muß.
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Der Arbeitsgang der Maschine bei Viertakt ist aus dem Diagramm (Abb.
5 ) zu ersehen. Die Kurvenstücke a bis b stellen die Verdichtung dar: b, i, c die
Verbrennung; b, 2, c die mit einem Überdruck gegenüber dem Verbrennungsdruck zwangläufig
geführte Ausströmung der Luft aus der Brennluftkammer, c bis d die Ausdehnung, d
bis g den Auspuff und g bis a die Ansaugung. Bei Zweitaktmotoren findet der Auspuff
und die Spülung, wie üblich, am Ende des AusdehnUngs- und (oder) am Anfang des Verdichtungshubes
statt; der Gang der Verdichtung, der Verbrennung und Ausdehnung bleibt sonst derselbe.
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Abb.6 stellt das Schema der Volu:nienänderung der Brennluftkammer
bei einem Viertaktmotor dar, und zwar in der Annahme einer unbeweglichen Scheidewand.
Die Unbeweglichkeit der Scheidewand kann durch den äußeren Kreis a-b-c-d-f-g-h-a,
dagegen die Bewegung des Kolbens 9 durch die stark ausgezogene Kurve A-B-c-D-f-g-la
dargestellt werden, so daß die radialen Abstände zwischen den beiden Kurven die
Volumenänderung der Brennluftkammer,angeben. A, B entspricht rler Verdichtung,
B, c dem Ausschub der Luft au.s der Brennluftkarn@mer während der Verbrennung;
c, D zeigt das ' Wiederaufsteigen des Hilfskolbens während der Ausdehnung,
D, f, g, Ir, das Sinken des Hilfskolbens zwecks Ausstoßens der Abgase aus
der Brenn.luftkammer, h, A das Freilegen der Brennluftkammer zwecks Ansaugens der
frischen Luft.
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Abb. 7 bezieht sich in ähnlicher Weise auf Z@veitaktmotoren. In dem
Diagramm bedeuten: I und II den Anfang und ,den Schluß der Öffnung des Auspuffs,
während III und IV den Anfang und Schluß der Öffnung des Spülschlitzes darstellen.
Kurz vor I beginnt der Hilfskolben die Abgase aus der Brennluftkam.mer auszutreiben
(bis f') und kehrt während des Spülens wieder zurück (von h'), uni Frischluft in
die Brennl:uftkammer anzusaugen.
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Abb.8 stellt das aus den Steuernocken (Abb. g und i(S) hergestellte
Bewegungsdiagramm der Scheidewand und des Hilfskolbens dar, entsprechend der beispielsweise
oben vorgeführten Beschreibung der Steuerung und in Annahme einer Entleerung des
ganzen Verdichtungsraumes von Abgasen. Die Linie a"-b"-c"-d"-g"-h"-ä' entspricht
der Bewegung des Hilfskolbens, die Linie A"-B"-c"-d"-g"-<4" derjenigen der Scheidewand,
wobei die Abstände zwischen den beiden Linien die Volumenänderung der Brennluftkammer
bezeichnen. Während der Verdichtung a.", b"
bleibt der Hilfskolben .und die
Scheidewand unbeweglich. Bei der Verbrennung B", c" hebt sich die Scheidewand und
stößt die Luft aus der Brennluftkammer in die Verbrennungskammer aus und bleibt
alsdann mit dein Hilfskolben zusammen während der Ausdehnung c", d" unbeweglich.
Irn Verlauf des Auspuffes d", e", g' bewegen sich beide zusaininen dem Hauptkolben
zu und stoßen die Abgase aus dem nun einzigen Verdichtungsraum aus. Schließlich
während des Saughubes g", h", ä ' werden der Hilfskolben und die Scheidewand
gehoben, und zwar der Kolben höher als :die Scheidewand, so daß wieder der Verdichtungsraum
in zwei Räume, nämlich die Brennluftkaminer und die Verbrennungskammer, geteilt
wird.
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Die Steuerung des Hilfskolbens und (oder) rler Scheidewand kann selbstverständlich
nicht nur durch \ uckenscheiben, sondern beispielsweise auch durch Exzenter oder
direkt ,durch besondere Pleuelstangen von der Maschinenwelle aus erfolgen. Hauptsache
ist, daß die Brennluftkammer zusammen mit dem Verbrennungsrauin .den Verdichtungsraum
des Arbeitszylinders bilden hilft und daß die Luft aus der Arbeitszylinders zwangläufig
während der Verbrennung in die Verbrennungskammer ausgestoßen wird, und zwar durch
Verkleinerung des Rauminhalts der Luftkainnier.
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Die Erfindung findet Verwendung für Viertakt- und Zweitaktmotoren
mit schneller oder langsamer Verbrennung; für stehende sowie liegende Ausführungen,
einfach oder doppelt wirkend oder mit gegenläufigen Kolben; für stationäre sowie
für Fahrzeug-, See- oder Luftschiffinaschinen.