DE569040C - Druckluftbrennkraftmaschine mit veraenderlichem Fuellungsgrad - Google Patents

Druckluftbrennkraftmaschine mit veraenderlichem Fuellungsgrad

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DE569040C
DE569040C DER81186D DER0081186D DE569040C DE 569040 C DE569040 C DE 569040C DE R81186 D DER81186 D DE R81186D DE R0081186 D DER0081186 D DE R0081186D DE 569040 C DE569040 C DE 569040C
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compressed air
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air
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combustion engine
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B9/00Engines characterised by other types of ignition
    • F02B9/02Engines characterised by other types of ignition with compression ignition
    • F02B9/04Methods of operating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

  • Druckluftbrennkraftmaschine mit veränderlichem Füllungsgrad Bei raschlaufenden Explosionsmotoren mit innerer Gemischbildung wird in vielen Fällen während der Gemischaufbereitung eine intensive Luftströmung angestrebt zu dem Zwecke, während der sehr kurzen Dauer der Brennstoffeinspritzung eine homogene Durchmischung der Ladung zu ermöglichen, um auch eine hiervon abhängige, rasch erfolgende verpuffungsartige Verbrennung zu erzielen, wie sie bei hohen U mlaufszahlen erforderlich ist.
  • Es sind einerseits Ausführungen bekannt, bei denen die Verbrennungsräume zweier benachbarter Zylinder durch einen engen Kanal miteinander verbunden sind und bei entsprechender Kolbennacheilung die gesamte verdichtete Luftladung kurz vor dem hinteren Hubende in den benachbarten Zylinder unter Beimischung des Brennstoffes übergeschoben wird, worauf dann das Gemisch nach erfolgter Entzündung beim Rückgange der Kolben in beiden Zylindern expandiert.
  • Andererseits ist bei bekannten Druckluftbrennkraftmaschinen jedem Arbeitszylinder ein besonderer Luftpumpenzylinder zugeordnet, welcher während der Gemischaufbereitung die gesamte Luftmenge unter Beimischung des Brennstoffes in den Arbeitszylinder fördert. Im ersten Falle ist eine Unterteilung des gesamten Arbeitsraumes in zwei Zylinderräume notwendig. Im zweiten Falle wird durch Hinzukommen des Druckluftzylinders die Anzahl der Zylinder verdoppelt. In beiden Fällen ist infolge der geringen Kurbelversetzung (durch die Nacheilung des zweiten Kolbens bedingt) ein zweites Kurbelgetriebe notwendig und auch infolge der Verdoppelung der Zylinderanzahl eine größere Anzahl von Steuerorganen notwendig. Die Vorteile einer erhöhten Leistung pro Gewichtseinheit, die somit durch den Schnellauf erzielt werden, sind in genannten Fällen durch das weitere Hinzukommen von Konstruktionsteilen und den komplizierten Aufbau des Motors hinfällig geworden.
  • Das Neuartige der hier beschriebenen Brennkraftmaschine liegt in ihrer Arbeitsweise. Es findet dabei ein gegenseitiger Austausch der hochverdichteten Ladeluft in den benachbarten Arbeitszylindern statt, welcher, durch ein gesteuertes Ü'berströmv entil reguliert, nur nach einer Richtung stattfindet, während das Rückströmen der verbrennenden Gase durch frühzeitiges Schließen des Ventils verhindert wird. Beim Passieren des an einem Ende als Düse ausgebildeten L'berströmv entils wird die gesamte Verbrennungsluft in äußerst rasche Bewegung versetzt und ermöglicht durch das scharfe Zusammentreffen mit dem Brennstoff und nachfolgende Zirkulation eine vollkommene homogene Gemischbildung. Dabei finden die einzelnen Vorgänge des Arbeitsspieles (sowohl die Verdichtung der Verbrennungsluft als auch die Expansion der Arbeitsladung) nacheinander in jedem einzelnen Zylinder selbst statt. Bei geeigneter Gruppierung der Arbeitszylinder zueinander ergibt sich diese Arbeitsweise mit der für den Schnellauf günstigen Gemischaufbereitung, ohne daß hierdurch eine Unterteilung der Arbeitsräume oder das Hinzukommen von besonderen Kompressorzylindem bedingt wäre, wodurch der gesamte Aufbau der Maschine bedeutend vereinfacht wird. Ein weiterer Vorteil, der besonders bei Fahrzeugmotoren zur Geltung kommt, besteht darin, daß der Motor bei Teilbelastung mit nur teilweiser Luftladung arbeiten kann und die überströmende Verbrennungsluft beim Durchfluß durch die enge Düse trotzdem die normale Strömungsgeschwindigkeit und die zur Entzündung notwendige Endtemperatur beibehält.
  • Beim Aufbau des Motors können, die Zylindergruppierung betreffend, verschiedene Ausführungsarten gewählt werden; so die einreihig sternförmige Zylinderanordnung als auch die doppelreihig, dabei gestaffelte Zylindergruppierung. In dem hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine kreisförmige, jedoch achsparallele Zylinderanordnung mit gegenläufigen Kolben gewählt.
  • Abb. i zeigt in einem Querschnitt die Zylinderanordnung mit Steuerorganen und Brennstoffventilen.
  • Abb. 2 zeigt nach der Schnittlinie A-F der Abb. i zwei benachbarte Zylinder im Längsschnitt, wobei in der Mitte das Überströmventil dargestellt ist.
  • Abb. 3 zeigt in einem Schema zunächst die Anordnung der gegenläufigen Kolben zum gemeinsamen Taumelkurbelgetriebe; auch ist daraus zu ersehen, in welcher Weise die gemeinsame Regelung der Ventile bewerkstelligt werden kann.
  • In Abb.4 sind bei verschiedenen Kolbenstellungen und Überströmzeitpunkten die erzielten Kompressionsverhältnisse bei 5z1/2° Kolbenvoreilung dargestellt.
  • Bei dieser Ausführung des Motors ist ein Verbrennungsraum im üblichen Sinne nicht vorhanden. Er bildet sich erst bei Rückwärtsbewegung des Kolbens. Somit wird der ganze Zylinderkörpers vom Kolben durchlaufen, und es ist bei den Ventilen und Verbindungskanälen darauf zu achten, daß schädliche Räume möglichst vermieden werden. Der den Verbrennungsraum bildende Teil des Arbeitszylinders 5 ist verjüngt, um die wärmeabführenden Wandungsflächen von 6 und 7 zu verkleinern. Zugleich bietet diese Verjüngung der Zylinder bei der kreisförmigen Zylindergruppierung gewisse Vorteile, die Ventile auf beschränktem Raume unterzubringen und die Verbindungskanäle möglichst kurz zu halten. Der verjüngte Teil 6 und 7 des Zylinders, in dem sich das Gemisch bildet, hat eine äußerst einfache, regelmäßige Form, so daß sich die Drehwirbelung möglichst reibungslos vollzieht.
  • Die Luftzuführung wird durch ein Doppelventil io und ii gesteuert. Die Luft strömt über zwei Kanäle 17 und 18 zu dem Doppelzylinder 5. Die Kanäle münden in den erweiterten Zylinderräumen aus, so daß diese während der Gemischbildung und Einleitung der Verbrennung durch den Stufenkolben 4 von dem Explosionsgemisch abgeschlossen sind.
  • Das Überströmorgan ist, wie Abb. 2 zeigt, als Ventilkegel 2o ausgebildet und erhält durch seine Abstufung zwei verschieden große konische Dichtungsflächen. In geschlossenem Zustande werden die verbindenden Kanäle durch den dazwischenliegenden;, genau zylindrisch geschliffenen Teil des Ventils 2o gegeneinander abgeschlossen, während in geöffnetem Zustande die kleine, untere Konusfläche in den Bereich der Überströmkanäle geschoben wird und durch die sich bildende Ringspalte den Zuströmkanal mit der feinen Ausströmdüse verbindet. Das Düsenstück ist ganz aus Stahl gearbeitet und jeweils zwischen zwei Zylindern in dem unteren Gußkörper 6 befestigt. Durch eingelegte Dichtungsringe ist das Düsenstück gegen die Gußkörper 6 und 7 abgedichtet. Der Ventilstöpsel 22 ist durch eine starke Feder belastet. An dem unteren Teil des Ventilschaftes 2o ist ein schwenkbares Zwischenstück angegliedert, das die Hubbewegungen des in radialer Richtung verschiebbaren Rollenhebels 23 auf den Ventilkegel 2o überträgt. Der Steuersteller 26 hat einen breiten Nockenrücken, über dessen ganze Breite sich beim Regulieren die Rolle des Hebels 23 bewegen kann und damit den Überströmzeitpunkt ändert. Die Nockenerhöhung ist an der Innenseite in der Bewegungsrichtung breiter bemessen als an der äußeren Peripherie des Steuerstellers 26. Wird der Drehpunkt 24 des Rollenhebels 23 durch Drehung der Gewindespindel 25 in die äußere Stellung gebracht, so wird das Überströmventil zu einem späteren Zeitpunkt geöffnet, und die Überströmzeit ist entsprechend kürzer bemessen. Die Steuer-Bewegungen werden durch einen gemeinsamen Kegelradantrieb 27 und 28 auf die anderen Stößel 2o übertragen. Das Kegelrad 27 ist lose drehbar auf dem Steuersteller 26 gelagert und bewirkt durch Drehung des Kegelrades 28 auch die Bewegung der übrigen Steuerspindeln 25. Auf diese Weise wird der Überströmzeitpunkt reguliert. Die Öffnungszeiten des Einströmventils ii werden bei Teilbelastungen durch eine ähnlich ausgeführte Steuerung in zusätzlicher Weise geregelt. Beide Steuerungen sind durch Übertragungsgestänge und Kegelradantrieb 29 miteinander verbunden, so daß bei Teilbelastungen die Luftmenge reduziert wird und gleichzeitig mit der verminderten Brennstoffzuführung auch die Verzögerung des Überströmzeitpunktes, somit die Änderung des Kompressionsverhältnisses geregelt wird.
  • Die Brennstoffdüse ist so angeordnet, daß der eingespritzte Brennstoff mit hoher Geschwindigkeit auf den heißen Luftstrahl auftrifft, sich dabei fein zerstäubt und durch das scharfe Zusammentreffen entzündet. Durch die gleichzeitige regelmäßige Zuführung von Luft und Brennstoff vollzieht sich die Gemischaufbereitung unter andauernder Zuteilung und nachlialtiger Durchmischung von Luft und Brennstoff in einer äußerst kurzen Zeitspanne. Die Arbeitsgemischladung nimmt hierbei stetig zu, und die Verbrennung wird in allen ihren Funktionen während aller ihrer Phasen vollkommen beherrscht und läßt sich sehr leicht regeln.
  • Die Anwendung dieser Art der Gemischaufbereitung ermöglicht insbesondere bei ölverbrennungsmotoren, die zum Antrieb von Fahrzeugen dienen, eine den stark wechselnden Kräftebeanspruchungen entsprechend günstige Regulierung des Verbrennungsvorganges in ihren weitesten Grenzen, so daß sich der Betrieb des Fahrzeugmotors, der den weitaus größten Teil nur mit Teilbelastung arbeitet, durch die zwangsläufig bewirkte Gemischaufbereitung ökonomisch und betriebssicher gestaltet und auch in weitgehendstem Maße den verschiedenen Brennstoffarten angepaßt werden kann.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Mehrzylindrige Druckluftbrennkraft maschine, dadurch gekennzeichnet, -daß die in einen Arbeitszylinder eingeführte und in diesem verdichtete Verbrennungsluft zu Ende des Verdichtungshubes durch eine Cberströmdüse finit eingebautem, gesteuertem Durchströmventil in den benachbarten Arbeitszylinder eingelassen wird, in welchen, auf die LTberströmmenge entsprechend abgestimmt, der Brennstoff eingeführt wird, so daß er mit der in einem geschlossenen scharfen Strahl einströmenden hocherhitzten Druckluft-ein homogenes, zündfähiges Gemisch bildet, welches nach eingeleiteter Entzündung verpufft und während des sich anschließendenArbeitshubes expandiert, worauf dann bei Hubwechsel die Verbrennungsgase durch Spül- und Ladeluft ausgetrieben werden.
  2. 2. Druckluftbrennkraftmaschine nachAnspruch i mit kreisförmiger Zylinderanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine bestimmte Anzahl von Arbeitszylindern derart gruppiert wird und der Antrieb der Kolben durch ein gemeinsames Getriebe so erfolgt, daß einerseits immer während des Lberströmens der Verbrennungsluft der zur Einleitung der Verbrennung notwendige Verdichtungsenddruck erzielt wird, andererseits die verdichtete Luft in ununterbrochener Folge in den nächstfolgenden Zylinder einströmt.
  3. 3. Druckluftbrennkraftmaschine nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei verminderter Ladung der Zylinder mit Verbrennungsluft das regelbar gesteuerte Überströmorgan zu einem späteren Zeitpunkt als bei normaler Ladung geöffnet wird, so daß die überströmende Verbrennungsluft beim Durchfluß durch die enge Düse die normale Strömungsgesch-,vindigkeit und Endtemperatur beibehält. 4.. Druckluftbrennkraftmaschine nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Verbrennungsraum bildende Teil des Arbeitszylinders in an sich bekannter Weise verjüngt ist, um die wärmeabführenden Wandungsflächen zu verkleinern, Ventile und Düsen auf beschränktem Raum unterzubringen und den schädlichen Raum durch kürzeste Verbindungskanäle möglichst klein zu halten.
DER81186D 1931-03-29 1931-03-29 Druckluftbrennkraftmaschine mit veraenderlichem Fuellungsgrad Expired DE569040C (de)

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