CH109964A - Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen und Flugkolbenmotor zur Ausführung desselben. - Google Patents

Description

  Arbeitsverfahren für     Verbrennuugskraftmaschinen    und Flugkolbenmotor<B>zur</B>  Ausführung desselben.    Die Motoren, bei     welchen    der Brennstoff  ,)in Ende des Verdichtungshubes in die     vor-          lier    hoch verdichtete und erhitzte Verbren  nungsluft im Zylinder eingeführt wird     und     ;ich in ihr entzündet, haben einen hohen  thermischen Wirkungsgrad, aber die hohen  Drücke bedingen infolge des nur     unvollkom-          inen    ausgenutzten Getriebes einen ungünsti  gen mechanischen Wirkungsgrad und verur  sachen hohe Baukosten der Maschine.  



  Gemäss der Erfindung wird die Verbren  nungsluft im Zylinder eines Flugkolben  motors mit Hilfe eines während des Arbeits  hubes aufgeladenen Energiespeichers minde  stens bis zur     Zündtemperatur    des     BreDnstof-          fes    verdichtet. Der Brennstoff wird in der  Nähe des innern Totpunktes des Kolbens  in den Zylinder eingeführt und entzündet  sich in der verdichteten Luft. Die ungenaue  Begrenzung der Arbeitshübe einer solchen  Maschine liesse zwar befürchten, dass die für  dieses Arbeitsverfahren erforderliche, in  ihrem Verlauf in bezug auf den Kolbenweg  genau geregelte Brennstoffzufuhr nicht er-         reichba.r    sein würde, aber überraschenderweise  ergibt sieh erfahrungsgemäss ein Betrieb von  ganz besonderer Vollkommenheit.

   Offenbar  beruht dies darauf,     -dass    geradezu infolge des  Wegfalles einer festen Hubbegrenzung     die          Kolbenbewegung    sich     selbsttätig    dem Ver  brennungsverlauf anpasst, also nicht,     wie    bis  her üblich, umgekehrt, der Verbrennungsver  lauf durch Regelung der Brennstoffzufuhr  der Kolbenbewegung anzupassen ist.  



  Infolge der Verringerung der mechani  schen Reibung können ein     grösseres        Verdich-          tungs-    und Expansionsverhältnis und viel  höhere Verbrennungsdrucke, als sie bei Kur=       belmaschinen    wirtschaftlich möglich sind, zur  Verwendung kommen. Dies gibt     wiederum     die Möglichkeit zu einer günstigeren thermi  schen Ausnutzung des Brennstoffes, weil  jetzt die weit getriebene Expansion ohne er  hebliche mechanische Reibungsverluste durch  führbar ist.  



  Zur Brennstoffeinspritzung können an     cler     Maschine Mittel vorgesehen sein, welche be  wirken, dass die Einspritzung noch erfolgt,      wenn der Arbeitskolben den     innern    Totpunkt  schon überschritten hat. Hierzu kann zum  Beispiel ein Energiespeicher dienen,     der    durch  die     Arbeitskolbenbewegung    aufgeladen und  am Hubende zum Zwecke der Betätigung der       Einspritzvorrichtung        entladen        wird.    Der       Energiuspeicher        künn        statiselier    Art (zum  Beispiel     druchluftbelasteter    Kolben, Feder)

         oder        dynamischer        Art          Massel    sein.  



  Die Zeichnung     veranschaulicht    in     Fig.        1_     als Ausführungsbeispiel des Motors     gemäss     der     Erfinduilg    eine     Kolbenmaschine    mit ge  genläufigen     Kolben    im Längsschnitt. Anhand  dieser Maschine soll     dass    Verfahren gemäss  der Erfindung im folgenden beispielsweise  erläutert     werden.        Fig,    2 zeigt in     Ansicht;    eine       Variante    der Einrichtung für die     Steuerung     der Brennstoffzufuhr.  



  Der Motor nach     Fig.    1 besitzt einen Ar  beitszylinder 1 mit zwei Arbeitskolben 2 und  3, die je einen     Verdiehterkolben    4 und 5 in  einem     V        erdichterzylinder    6     bezw.    7     linniit.tel-          ba.r    antreiben.

   Mit. dem     Arbeitskolben    3 ist  ausserdem noch ein     Spülpumpenholben    8 ge  kuppelt, der sieh im     Spülpumpenzylinder    9       bewegt.    Am einen Ende des Arbeitsraumes  des     Arbeitszylinders    1 befinden sich die vom  Arbeitskolben 2 gesteuerten Spülschlitze 11,  am andern Ende die vom Arbeitskolben 3 ge  steuerten Auspuffschlitze 12. Die Spül  schlitze 11 sind von einem     grossen    Behälter  20 umgeben, der als     Spülluftaufnehmer    dient  und .dem die Spülluft     durch    die Leitung 21  von der Spülpumpe 8, 9 her zugeführt wird.  



  .rede der beiden Flugmassen ist mit einem       Zahnstangenpaar        1-t        bezw.    15 ausgestattet,  das .an die eine Masse durch ein Querhaupt  17, an die andere Masse vermittelst des Spül  pumpenkolbens 8     angeschlossen    ist, Die  Zahnstangen greifen paarweise in im     Ma-          tn          s        -chineneg        -estell        gelagerte        Zahnräder        16        ein,          wodurch    die genaue Gegenläufigkeit der bei  den Flugmassen gesichert ist.  



  Zur Speisung dieses Motors mit flüssigem  Brennstoff dient eine     Brennstoffpumpe,        @de-          ren    Kolben 22 unter der     Wirkung    der Feder       23    auf dem Schwinghebel 21 liegt, der in  einem     Grelenk    25 belagert ist     und    sich     mit       einer Rolle 26 auf eine     Zahnstange    1-1     nützt.     Auf dieser ist ein     Nocken    2 7     vorgesehen,    der  den Hebel 24 und damit den     Pumpenkolben     22 anhebt, sobald die Arbeitskolben 2,

   3 in  der Nähe ihrer     innern        L'otpuilktlage    ange  langt     sind.    Die     Puinpe        fördert    den     Brenn=          4off        durch        L('ltlllig   <B>3</B>0     zli    der     Einspritzdüse     10, durch     welche    er fein zerstäubt in den Ver  brennungsraum     eingt@spritzt        wird.    Der Hebel  24 ist mit seinem Gelenk 25 nicht fest,

       son-          clern    in einem     verschiebbaren    Steile 28     gel.a     fiert, dessen     St(Iltili.'    durch eine     S_@hr < iu1)ell-          spindel    29 von Hand eingestellt     werden    kann.

    Dadurch ist in     @'erbiilduilg    mit der     seitlich     in den     Pumpenzylinder    mündenden. von der       Stirnha.nte    des     Pumpenkolbens    ?? gesteuerten  Zutrittsöffnung für den Brennstoff eine Ver  änderung des zur Brennstofförderung ausge  nutzten     Teils        des;

          Pumllenhul)es    und der ein  gespritzten     Brenn@toffnienbe        entsprechend    der       jeweils        erforderlichen        Leistung     Die Verstellung     des        Hebelgelenkes    25 könnte  auch von einem Regler     bewerkstelligt    werden.  Die     Brennstoffeinspritzung        könnte    auch mit  telst Druckluft     bewirkt    werden,     wobei    der  Nocken 2 7     da.Einblaseventil        betittigen     würde.  



  Bei der in     der    Zeichnung dargestellten  äussern     Totpunlztlage    der     Arbeitskolben    ist       Fier        Arbeitszylinder    1 bereits     von    Spülluft       durchströmt        worden    und also     mit    frischer  Luft gefüllt.

       Iil        deit        beiden        V        erdicllt(@r7yIin-          dern        befindet    sich noch     Druckluft,    die nun  mehr, indem sie     expandiert,    die     Kolben    ?, 3  einander nähert. wodurch diese.

       zunächst    die  Schlitze 11, 12     abschliessen    und dann die so       elnz'Cschlu#selle        ruft        unter        Ali@llntzuno,        der     Expansionsarbeit der in den     @e@dic111e@z@-lin-          dern        befindlichen    Luft bis über die     Zünd-          temperatur    des     Brennstoffes    verdichten.

   Bei  Verdichtern, die mit     >überdruck    in     (1(#r    Saug  leitung arbeiten, zum Beispiel bei     sogenann-          ten        lireisla.ufluftanlagcn,    könnte auch der  Druck in     der        Saugleitung    die     Kolbenrück-          führung    bewirken.

       Sobald    die Kolben ?, 3  nahe an ihre innerste     Tolllunktlage    gelangt       sind,    läuft Rolle 26 auf den Nocken 2 7 auf  und bewirkt die     Ein#pritzung        11e#    Brennstof-           fes,    .der sich in der im Zylinder hoch     verdic.li-          teten    Luft entzündet, worauf der Arbeitshub  erfolgt.

   Die Brennstoffzufuhr dauert noch  an, wenn die Kolben 2, 3 bereits beginnen,  sich wieder :auseinander zu bewegen, da in  folge der elastischen Nachwirkung des     stark          zusammengepressten    Brennstoffes die Ein  spritzung länger als die     Förderbewegung    der  Pumpe anhält.

   Da zu Beginn des Hubes in       den    Verdichtungszylindern der     Widerstand          noeli    gering ist, wird fast die ganze Arbeits  fähigkeit -der Verbrennungsgase zunächst in  kinetische Energie der Massen umgesetzt, so  dass die     Kalben    sehr rasch eine hohe     Ge-          schwindigkeit    annehmen und dementspre  chend eine     schnelle    Ausdehnung, also rasche  Druck- und Temperaturabnahme der heissen  Gase, erfolgt.

   Bei dieser Auswärtsbewegung  der Arbeitskolben wird der     Nacken    27 unter  der Rolle 26 weggezogen, der     Hebel    24 senkt  sich und der Pumpenkolben 22 vollführt den  Ansaughub, so     da.ss    frischer Brennstoff für  den nächsten Arbeitshub des Motors zur Ver  fügung steht.     Durch    den     Gegendruck    in den       Verdicliterzylindern    wird später die Bewe  gung der Kolben 2     und    3 verlangsamt. Gegen  Ende des Hubes wird Luft aus den     Verdich-          lun@gszylindern    in die Druckleitungen über  wesühoben.

   Ferner öffnet der Kolben 3 die  Auspuffschlitze 12 und kurz darauf der Kos  beil 2 die Spülschlitze 11. Da     inzwischen     auch die Pumpe 8 den     Spülluftbehälter    20  wieder aufgefüllt hat, wird nunmehr eine  neue Spülung eintreten und das Spiel kann  von neuem beginnen. Sowohl die     N,erdi.ch-          t:uil@gsarbeit    wie auch die     Rückführungsarbeit          könnten    bei einer solchen Maschine auch auf  einer Seite abgeben     bezw.    geleistet werden,  dann müsste eine Arbeitsübertragung durch       rlas        Ausgleichsgestänge    stattfinden.  



       Fig.    2 zeigt eine Anordnung des     Brenn-          sto±fpumpennoehens,    die auch noch beim       Stillstand    der Arbeitskolben und bei Beginn       ihres    Arbeitshubes eine Arbeitsgabe zur     Be-          t < i.tigung    der Einspritzvorrichtung     elanöglicht.     Der     Nockenhörper    27 ist verschiebbar auf  der Zahnstange 14     gelagert    und durch eine  Feder 32 mit dieser verbunden.

   Bei der star-         ken    Verzögerung, die der     Arbeitskolben        und          ni    ihm<B>d*e</B>     Zalinstan-e    14 bei     Erreiellun-          r        't   <B>1</B>     tn        tD     der     innern        Totpunktlage    erfährt, bewegt sich  der Nocken 27, der seine Geschwindigkeit  beibehalten will, unter Anspannung der Fe  der '32 noch in der alten     Richtung        weiter,

       bis die Federspannung der Massenkraft des  Nockens das     Glcicligewicht    hält, was in der.  Regel erst nach Umkehr der     Bew        egungsricll-          tung    der.     Arbeitskolben    der Fall ist. Diese  Anordnung bietet also die     Möglichkeit,    die       Einspritzvorrichtung    (Pumpe oder     Einbla.se-          ventil)    über die     Totpunktlage    des Arbeitskol  bens hinaus zu betätigen und so die Ein  spritzung über den Beginn des     Ausdehnungs-          liiibes    zu erstrecken.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Arbeitsverfahren für -\'erbrennitngs@ra.ft- masühinen, dadurch bekeniizeichiiet, dass .die Verbrennungsluft im Zylinder eines Flugkolbenmotors mittelst. eines während des Arbeitshubes des Motors aufgelade nen Energiespeichers wenigstens bis zur Zündtemperatur des Brennstoffes ver dichtet, und dass der Brennstoff in der Nähe des innern Totpunktes des Kolbens in den Zylinder eingefübrt-wird und sich in der verdichteten Ladung entzündet. Il.

   Flugkolbenmotor zur Ausführung des Arbeitsverfahrens gemäss Patentanspruch I, dadurch bekennzeichnet, dass an einem der hin- und hergehenden Teile des Mo tors ein die Brennstoffzufuhr beherr schender Steuerkörper angebracht ist., der in der Nähe .des innern Totpunktes die Brennstoffzufuhr bewirkt. UNTERANSPRCCHE 1.

   Arbeitsverfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdich- tulrg über das zur Zündung des Brenil- stoffes nötige Mass getrieben und damit auch der Verbrennungshöchstdru.ek und das Expansionsverhältnis über das bei Kurbelmaschinen wirtschaftliche Mass gesteigert werden.

   EMI0004.0001 ?. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I <SEP> und <tb> Unteranspruch <SEP> 1, <SEP> dadurch <SEP> gekennzeichnet, <tb> dass <SEP> auf <SEP> der <SEP> ersten <SEP> Hälfte <SEP> des <SEP> Expan sionshubes <SEP> wenig <SEP> äussere <SEP> Arbeit <SEP> geleistet <tb> wird, <SEP> zwecks <SEP> kolier <SEP> Kolbenbesehleuni 01111b <SEP> und <SEP> schneller <SEP> Expansion. <tb> . <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <SEP> I <SEP> und <tb> C'nteranspritchen <SEP> 1 <SEP> und <SEP> \?, <SEP> dadurch <SEP> ge hennzeichnet, <SEP> dass <SEP> der <SEP> Verdichtunbshuli <tb> des <SEP> Arbeitskolbens <SEP> mit <SEP> verliültnisniässi;;

   <tb> geringer <SEP> Geschwindigkeit <SEP> durclibeführt <tb> wird. <tb> s. <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> Patentansprueli <SEP> I <SEP> und <tb> Unteransprüchen <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 3, <SEP> daclureh <SEP> ge IzennzeicIinet, <SEP> -dass <SEP> als <SEP> Energiespeicher <SEP> ein <tb> Verdichter <SEP> mit. <SEP> über <SEP> der <SEP> Atmosphäre <SEP> lie gender <SEP> Spannung <SEP> der <SEP> ihm <SEP> zuströ <SEP> rnenden <tb> Luft <SEP> dient. <tb> :@. <SEP> I'lubl@olbenmoior <SEP> nach <SEP> Pa.tentansprueli <tb> II, <SEP> Aekennzeichnet <SEP> durch <SEP> zwei <SEP> in <SEP> einem <tb> benieinsamen <SEP> Zylinder <SEP> gegenläufige <SEP> Kol ben, <SEP> von <SEP> denen <SEP> der <SEP> eine <SEP> rluspuffsclilitze <tb> und <SEP> der <SEP> andere <SEP> Spülschlitze <SEP> des <SEP> 7@-lin ders <SEP> steuert.

   EMI0004.0002 G. <SEP> I'lugkolbenniotor <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <tb> II, <SEP> dadurch <SEP> gekennzeichnet, <SEP> dass <SEP> der <SEP> die <tb> Brennstoffzufuhr <SEP> beherrschende <SEP> Steuer körper <SEP> einen <SEP> Energiespeicher <SEP> darstellt, <tb> welcher <SEP> durch <SEP> die <SEP> Bewegung <SEP> cles <SEP> einen' ' <tb> der <SEP> hin- <SEP> und <SEP> hergehenden <SEP> Teile <SEP> des <SEP> Mo tors <SEP> aufgeladen <SEP> wird, <SEP> inn <SEP> sieb:

   <SEP> am <SEP> eiit sprecheriden <SEP> Hubende <SEP> zwecks <SEP> Herbeifüh runb <SEP> (1"-r <SEP> Brennstoffeinspritzung <SEP> zu <SEP> ent laden, <SEP> das <SEP> Ganze <SEP> derart, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Ein spritzung <SEP> noch <SEP> erfolgt, <SEP> wenn <SEP> der <SEP> Arbeits kolben <SEP> den <SEP> innern <SEP> Totpunkt <SEP> bereits <SEP> über schritten <SEP> hat. <tb> 7. <SEP> rlugkolbenniotor <SEP> nach <SEP> Patentanspruch <tb> II <SEP> und <SEP> Lntcransprui,li <SEP> (3, <SEP> dadurch <SEP> bekenn zeicliriet, <SEP> dass <SEP> der <SEP> die <SEP> Brennstoffzufuhr <tb> beherrschende <SEP> Steuerkörper <SEP> bei <SEP> der <SEP> Ein spritzung <SEP> reit <SEP> c-inein <SEP> der <SEP> hin- <SEP> und <SEP> berge hernden <SEP> Teile <SEP> des <SEP> Motors <SEP> in <SEP> feclerndc# <SEP> Ver bindun:,r <SEP> tritt.