Explosionsmotor und Verfahren zum Betrieb desselben. Vorliegende Erfindung betrifft einen Explosionsmotor und ein Verfahren zum Be trieb desselben.
Gemäss der Erfindung wird während des Kompressionshubes Gemisch in den Zylinder eingelassen, das kälter als das Gemisch im Zylinder ist.
Der Explosionsmotor gemäss der Erfin dung besitzt eine Kühlkammer, welche mit dem Zylinder während eines Teils des Kom pressionshubes in Verbindung ist.
Ausführungsbeispiele des Explosions motors gemäss der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und das, Verfahren gemäss der Erfindung wird anhand dieser Ausführungsbeispiele im Folgenden beispiels- wei#e beschrieben werden.
In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 einen schematischen Vertikal schnitt durch einen Einzvlindermotor mit Ventilen im Zylinderkopf; V Fig. 2 zeigt schematisch einen Vier zylinder-Doppelrohrschiebermotor in einem Kraftwagen; F'ig. 3 ist ein Querschnitt in einem etwas grösseren Massstabe durch einen der Zylinder des Motors nach der Linie A-A in Fig. 2;
Fig. 4 ist im selben etwas grösseren Mass- stabe eine schematische Seitenansicht des Explosionsmotors; Fig. 5 ist eine Draufsicht hierzu, und Fig. 6 eine Draufsicht eines ähnlichen Ausführungsbeispiels.
Die Fig. ja bis 6a zeigen die Schieber bewegung beim Motor nach Fig. 2 bis 5.
In Filg. 1 bezeichnet 1 den Motorzylinder; 2 ist das Kurbelgehäuse, 3 die Kurbelwelle und 4 die Kurbel; 5 ist die Schubstange und 6 der Kolben. Eine Nockenwelle 7 wird von der Kurbelwelle 3 aus mit halber Umdre hungszahl durch ein nicht dargestelltes Steuerzahnradgetriebe angetrieben und trägt drei Nocken 8, wovon nur einer gezeichnet ist. Die Nocken, 8 wirken mit Steuerrollen 9 zusammen, welche drei Ventilstangen 10 be tätigen.
Die Ventilstangen sind an ihren obern Enden mit den Ventilhebeln 11 ver bunden, welche die Ventile betätigen. 14 ist das Auslassventil und 13 das Einlassventil, @velclies durch das Saugrohr mit dem Ver gaser in Verbindung steht. Das Ventil 12 ist durch -einen Kanal 15 mit einer Kühl- kammer 16 verbunden. Seine Spindel ist durch den Einlasskanal nach aussen geführt, damit die Gase, welche längs der Ventil spindel entweichen, in den Einlasskanal an statt ins Freie gelangen.
Die Kühlkammer 16 und der Zylinder sind mit je einem Kühlmantel umgeben. Die Kühlkammer 16 besitzt Kühlrohre 17, welche mit dem Kühlman.telzwischenraum in Verbindung stehen. Der Motor ist mit einer nicht gezeichneten Zündeinrichtung ausgerüstet.
Es sei angenommen, der oben beschrie Lene Motor habe ein Kompressionsverhältnis -von 10, und das Volumen der Kühlkammer sei gleich dem Hubvolumen der Zylinder.
Die Wirkungsweise des Motors ist fel- (r e nde: Beim Saughub sind die Ventile 12 und 1.1 geschlossen, und da, der Kolben sich wäh rend diesem Hub abwärts bewegt, wird Ge misch in den Zylinder gesaugt. Nach dem Saughub wird das Einla.ssventil 13 geschlos sen.
Während des Kompressionshubes wird 5 bis 20 Grad nach dem Schliessen des Ven tils 13 das Kühlkammerventil 12 geöffnet und bleibt offen, bis der Kolben ungefähr in der Mitte seines Kompressionshubes angelangt is+. Jedenfalls wird es einige Grad vor der Zündung geschlossen.
Der Kolben vollendet seinen Kompre.s- sionshub, die Zündung erfolgt und darauf expandieren die Verbrennungsgase, wobei alle Ventile geschlossen bleiben. Vor dem untern Totpunkt des Arbeitshubes wird das Auslass'ventil 14 geöffnet und bleibt wäh rend des ganzen Auslasshubes geöffnet.
Wenn der Motor in Betrieb gesetzt wird, enthält die Kühlkammer 16 entweder Luft oder frisches Gemisch unter ungefähr atmo- sphä.rischem Druck. Beim ersten Kompres sionshub wird frisches Gemisch vom Kol ben durch das Ventil 12 in die Kühlkammer gedrückt und dann das Ventil 12 geschlossen. Während des nachfolgenden Arbeits-, 3uslass- und Saughubes wird dieses Gemisch in der Kühlkammer 16 gekühlt und dadurch der Druck in der Kühlkammer 16 vermindert.
Beim Offnen des Ventils 12 beim nächst folgenden Kompressionshub strömt ein Teil des Gemisches aus der Kühlkammer in den Zylinder 1 zurück, um sich dort mit dem vorher angesaugten Gemisch zu vermengen, wobei sogleich Druel;a.iisgleich zwischen dem Raum 1.6 und dein Zylinder 1. stattfindA. Beim Fortschreiten des Kompressionshubes tritt wieder ein Rüekströmen von Gemisch aus dem Zylinder in die Kühlkammer lt;
ein, und am Schluss des zweiten Kompres sionshubes -wird die Füllung in der Kühl kammer 16 einen höheren Druck haben als nach dem ersten Hub.
Der oben beschriebene Vorgang wieder holt sich noch ein paarmal, wonach der fol gende Beharrungszustand erreicht wird: Vor dem Offnen des Kühlkammerventils 12 steht darin das abgekühlte Gemisch aus der Kühlkammer unter einem Drucke von zum Beispiel fünf Atmosphären (je nach der Betätigung des Ventils 1? und der samkeit der Kühlun@@in der Kühlkammer). Beim Öffnen findet Druckausgleich statt und dann enthalten der Zylinder 1 und die Kühlkammer frisches Gemisch von ungefähr -)
#' 2 Atmospliäreii Druck und einer Tempera tur von zum Beispiel 100 C.
Während des folgenden Kompressions- hubes bis zum Augenblick, wo sich das Ventil 12 schliesst, wird dieses Gemisch kom primiert. Nachdem das Kühlkammerv entil 1 geschlossen wurde, wird das Gemisch im Zy linder allein bis zur Zündung weiter kom primiert.
Die zeitweise Verbindung der Kühlkammer mit dem Zylinder hat eine Ab kühlung des Zylinderinhaltes zur Folge. die bewirkt, dass der Enddruck und die End- iemperatur des komprimierten Gemisches im Zylinder niedriger sind, als wenn die Kompression rein adiabatisch wäre.
Das vorbe3cliriebene Verfahren. ermöglicht daher beim Betrieb mit den gewöhnlichen flüssigen Brennstoffen, ohne Vorzündungea zu riskieren, hohe Kompressionsverhältnisse. Dies ergibt eine Erhöhung des Wirkungs grades des Motors und einen Gewinn an me chanischer Arbeit.
In den Fig. 2 bis 5 und 11a bis 6a ist eine Vierzylindermaschine mit Rohr schiebersteuerung dargestellt. Nach diesen Figuren ist der wassergekühlte Viertakt Automobilmotor 19 im Vorderteil des Fahr gestelles eines Automobils unmittelbar-hin- ter dem Kühler 20 eingebaut, durch welchen das Kühlwasser für die Kühlmäntel des Mo tors zirkuliert. Die Einlass- und Auslassrohre des Motors sind nicht dargestellt. Der Kol ben 31 ist mit der Kurbel 34 der Kurbel welle verbunden.
Die Kurbeln der Steuer welle 32 sind durch Schubstanäen 33 mit den Rohrschiebern 29 und 30 verbunden. Die Rohrschieber 29 und 30 weisen je drei Schlitze auf, und zwar die Einlassschlitze 35, die Auslass'schlitze 36 und die Kühlkammer schlitze 37.
Um die Mündung der Kühlkammer schlitze in dem Schieb.erspiegel des äussern Rohrschiebers 29 ist zweckmässig eine Nut angeordnet, die in einen mit der Einlass- Jeitung verbundenen Kanal mündet, damit Gemisch, das bei der Kühlkammer entweicht, durch die Nut und den Kanal in die Einlass- leitung zurückfliesst.
Die Kühlkammerschlitäe in den Rohr schiebern des Motors münden in einen Kanal ?8. der nach der Kammer 27 führt. Die Kammer 2 7 ist durch Rohrstutzen 23 an läng, einer Seite des Motors angeordnete Kühlkammerrohre 21 und 23 angeschlossen, die hinten miteinander verbunden sind. Rückschlagventile 24 in den Rohrstutzen 23 bewirken, dass das Gemisch aus -dem Rohr 21 in den Zylinder und aus dem Zylinder in das Rohr 22 strömt.
Die vordern Enden der Rohre 21 und 22 sind mit dem obern bezw. untern Ende einer Kühlschlange 25 verbunden, welche vor denn Kühler 20 angeordnet ist. Die Kühlerhaube umschliesst die Kühlschlange und den Kühler und ist aal der Stirnseite mit einstellbaren Verschlussklappen 26 versehen, durch die die Luftzufuhr zur Kühlschlange 25 und zum Kühler 20 reguliert werden kann.
Die Kühlschlange 25 kann aus nahtlosem Rohr hergestellt sein und hat zweckmässig eine kleine lichte Weite, zum Beispiel 18 min für einen Vierzylindermotor mit 88 mm Boh rung und 126 mm Hub.
Das gesamte Fassungsvermögen der Rohre 21 und 22- und der Kühlschlange 25 ist zweckmässig ungefähr gleich oder beträchtlich grösser als das Hubvolumen eines Zylinders des Motors.
In der Fig. la ist der Kolben im obern Totpunkt und -die Rohrschieber sind in der -Lage, welche sie beim Beginn des Saughubes einnehmen, das heisst die beiden Einla.ss- schlitze 35 sind im Begriff, zu öffnen, um das frische Gemisch in den Zylinder ein strömen zu lassen. Während des Einlasshubes, das heisst für 180 Grad, bleiben die Einlass schlitze offen und die Auslasssclilitze 36 und Sühieberschlitze 37 geschlossen.
Beim Beginn, des Kompressionshubes (Fig. 2a) schliessen sich .die Einla.ssschlitze; die Kammerschlitze 3 7 und die Auslass- schlitze 36 sind noch geschlossen.
Nach Beginn der Kompression (Fig. 3a) sind die Einlass- und Auslassschlitze ge schlossen, während die Kammerschlitze sich öffnen, um ungefähr bis zur Mitte des Kom pressionshubes des Kolbens (Fi.g. 4a) offen zu bleiben.
In diesem Zeitpunkt schliessen sich die Kammerschlitze und während des, Restes des Kompressionshubes (Fi.g. <B>59)</B> bis gegen Ende des Arbeitshubes bleiben sämtliche Schlitze geschlossen. Der Auslassschlitz 36 öffnet sich kurz vor Ende des Arbeitshubes, wie in Fig. 6a gezeigt, und bleibt während des nachfolgenden Auslasshubes offen. Da mit ist die Stellung nach Fig. ja wieder er reicht.
Gemäss Fig. 6 sind die Rohre 21' und 22' hinten nicht miteinander verbunden.
Dies bewirkt eine bessere, Kühlung des Gemisches, da das die Zylinder des Motors verlassende Gemisch in das Rohr 21 eintritt und die Rohrschlange 25 durchströmen muss, um durch das Rohr 22 in die Zylinder zurück zukehren.
Anstatt der dargestellten Einrichtung könnten besondere Rohrs-chieberschlitze für den Eintritt des Gemisches aus der Kühl kammer in die Zylinder und den Austritt aus den Zylindern in die Kühlkammer vor gesehen sein. Diese Schlitze sind zweckmässig mit den betreffenden Rohren 21 bezw. 22 auf einander entgegengesetzten Seiten der Zylinder angeordnet.
Ein nach dem vorste hend beschriebenen Verfahren arbeitender Motor kann nach der üblichen Drossel methode reguliert werden. Wenn höhere Wirkungsgrade bei geringer Belastung ver langt wenden, erfolgt die Regulierung vor teilhafterweise durch Änderung des Mi schungsverhältnisses.
Bekanntlich können verhältnismässig arme Gemische noch entzündet und verbrannt werden, wenn sie vor der Entzündung auf hohe Temperatur gebracht werden. Diese Wirkung kann erzielt werden, indem die Kühlwirkung auf das Gemisch in der Kühl kammer während der Kompression reduziert wird. Zu diesem Zwecke kann zum Beispiel die Steuerung der Verbindung zwischen dem Zylinder und der Kühlkammer verstellbar sein, so dass bei kleiner Belastung d-r Zy linder während des Kompressionshubes nur kurze Zeit mit der Kühlkammer in Verbin dung bleibt.
Zum Beispiel kann das Steuer organ durch einen schrägen Nocken betätigt ,verden, der von einem Regler oder von Hand entsprechend der Belastung in achsialer Rieb- z2 verstellt wird.
Motoren mit hohem Kompressionsverhältnis, für welche sieh das Verfahren gemäss der Erfindung besonders eignet, können durch Verringerung des Ge mischverhältnisses und gleichzeitige Erhöhung der Gemischtemperatur bei der Zündung his zu ganz geringen Belastungen derart reguliert werden, dass sie sowohl unter Voll- last, als auch bei geringer Belastung einen hohen 'Wirkungsgrad besitzen.