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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Abb. i zeigt in einem Querschnitt die Zylinderanordnung mit Steuerorganen
und Brennstoffventilen.
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Abb. 2 zeigt nach der Schnittlinie A-F der Abb. i zwei benachbarte
Zylinder im Längsschnitt, wobei in der Mitte das Überströmventil dargestellt ist.
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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.
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In Abb.4 sind bei verschiedenen Kolbenstellungen und Überströmzeitpunkten
die erzielten Kompressionsverhältnisse bei 5z1/2° Kolbenvoreilung dargestellt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.