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.
Explosion engine and method of operating the same. The present invention relates to an explosion engine and a method for operating the same.
According to the invention, mixture which is colder than the mixture in the cylinder is let into the cylinder during the compression stroke.
The explosion engine according to the invention has a cooling chamber which is in communication with the cylinder during part of the compression stroke.
Embodiments of the explosion engine according to the invention are shown in the drawing, and the method according to the invention will be described below with reference to these embodiments.
The drawing shows: FIG. 1 a schematic vertical section through a single cylinder engine with valves in the cylinder head; V FIG. 2 shows schematically a four-cylinder double-pipe valve engine in a motor vehicle; F'ig. Figure 3 is a cross-section, on a slightly larger scale, through one of the cylinders of the engine taken along line A-A in Figure 2;
4 is a schematic side view of the explosion engine on the same somewhat larger scale; Fig. 5 is a plan view thereof, and Fig. 6 is a plan view of a similar embodiment.
Yes to 6a show the slide movement in the motor according to FIGS. 2 to 5.
In Filg. 1, 1 denotes the engine cylinder; 2 is the crankcase, 3 the crankshaft and 4 the crank; 5 is the push rod and 6 is the piston. A camshaft 7 is driven from the crankshaft 3 at half the number of revolutions by a timing gear, not shown, and carries three cams 8, only one of which is shown. The cams, 8 cooperate with control rollers 9, which operate three valve rods 10 be.
The valve rods are ver at their upper ends with the valve levers 11 a related party, which actuate the valves. 14 is the outlet valve and 13 is the inlet valve, @velclies communicates with the carburetor through the intake manifold. The valve 12 is connected to a cooling chamber 16 by a channel 15. Its spindle is led to the outside through the inlet channel so that the gases that escape along the valve spindle get into the inlet channel instead of into the open.
The cooling chamber 16 and the cylinder are each surrounded by a cooling jacket. The cooling chamber 16 has cooling tubes 17 which are in communication with the Kühlman.tel Zwischenraum. The engine is equipped with an ignition device (not shown).
Let us assume that the Lene engine described above has a compression ratio of -10 and that the volume of the cooling chamber is equal to the displacement of the cylinders.
The engine works as follows: on the suction stroke, valves 12 and 1.1 are closed, and since the piston moves downwards during this stroke, a mixture is sucked into the cylinder. After the suction stroke, the inlet valve opens 13 closed.
During the compression stroke, 5 to 20 degrees after closing the valve 13, the cooling chamber valve 12 is opened and remains open until the piston is approximately in the middle of its compression stroke +. In any case, it will be closed a few degrees before ignition.
The piston completes its compression stroke, ignition takes place and then the combustion gases expand, with all valves remaining closed. Before the bottom dead center of the working stroke, the outlet valve 14 is opened and remains open during the entire outlet stroke.
When the engine is started, the cooling chamber 16 contains either air or fresh mixture under approximately atmospheric pressure. During the first compression stroke, fresh mixture is pressed from the piston through the valve 12 into the cooling chamber and then the valve 12 is closed. During the subsequent working, exhaust and suction strokes, this mixture is cooled in the cooling chamber 16 and the pressure in the cooling chamber 16 is thereby reduced.
When valve 12 is opened on the next compression stroke, part of the mixture flows back from the cooling chamber into cylinder 1, where it mixes with the mixture previously sucked in, with pressure immediately; a.is between space 1.6 and cylinder 1. takes place A. As the compression stroke progresses, the mixture flows back into the cooling chamber from the cylinder;
one, and at the end of the second compression stroke - the filling in the cooling chamber 16 will have a higher pressure than after the first stroke.
The process described above is repeated a few times, after which the following steady state is achieved: Before the cooling chamber valve 12 is opened, the cooled mixture from the cooling chamber is under a pressure of, for example, five atmospheres (depending on the actuation of valve 1? and the quality of the cooling in the cooling chamber). When opening, pressure equalization takes place and then cylinder 1 and the cooling chamber contain a fresh mixture of approximately -)
# '2 Atmospheric pressure and a temperature of, for example, 100 C.
During the following compression stroke up to the moment when the valve 12 closes, this mixture is compressed. After the cooling chamber valve 1 has been closed, the mixture in the cylinder is compressed further until ignition.
The temporary connection of the cooling chamber with the cylinder results in a cooling of the cylinder contents. which has the effect that the final pressure and the final temperature of the compressed mixture in the cylinder are lower than if the compression were purely adiabatic.
The procedure described above. therefore enables high compression ratios when operating with ordinary liquid fuels without risking preignitiona. This results in an increase in the efficiency of the engine and a gain in mechanical work.
In Figs. 2 to 5 and 11a to 6a, a four-cylinder machine with pipe slide control is shown. According to these figures, the water-cooled four-stroke automobile engine 19 is installed in the front part of the chassis of an automobile immediately behind the radiator 20 through which the cooling water for the cooling jackets of the engine circulates. The engine intake and exhaust pipes are not shown. The Kol ben 31 is connected to the crank 34 of the crank shaft.
The cranks of the control shaft 32 are connected to the slide rods 29 and 30 by push rods 33. The pipe slides 29 and 30 each have three slots, namely the inlet slots 35, the outlet slots 36 and the cooling chamber slots 37.
Around the opening of the cooling chamber slots in the sliding mirror of the outer tubular slide 29, a groove is expediently arranged which opens into a channel connected to the inlet line, so that the mixture that escapes from the cooling chamber through the groove and the channel into the Inlet line flows back.
The cooling chamber slots in the pipe slides of the motor open into a channel? 8. which leads to chamber 27. The chamber 27 is connected by pipe stubs 23 to cooling chamber pipes 21 and 23 which are arranged along one side of the engine and are connected to one another at the rear. Check valves 24 in the pipe socket 23 cause the mixture to flow from the pipe 21 into the cylinder and from the cylinder into the pipe 22.
The front ends of the tubes 21 and 22 are respectively with the upper. connected below the end of a cooling coil 25, which is arranged in front of the cooler 20. The radiator hood encloses the cooling coil and the cooler and is provided on the front side with adjustable closing flaps 26, through which the air supply to the cooling coil 25 and to the radiator 20 can be regulated.
The cooling coil 25 can be made of seamless tube and expediently has a small inside width, for example 18 min for a four-cylinder engine with 88 mm drilling and 126 mm stroke.
The total capacity of the tubes 21 and 22 and of the cooling coil 25 is expediently approximately the same or considerably greater than the displacement of a cylinder of the engine.
In FIG. 1 a, the piston is at top dead center and the pipe slides are in the position they occupy at the start of the suction stroke, that is to say the two inlet slots 35 are about to open to allow the fresh mixture to flow into the cylinder. During the inlet stroke, i.e. for 180 degrees, the inlet slots remain open and the outlet slot 36 and suction valve slots 37 are closed.
At the beginning of the compression stroke (Fig. 2a) close .die Einla.ssschlitze; the chamber slots 37 and the outlet slots 36 are still closed.
After the start of compression (Fig. 3a), the inlet and outlet slots are closed, while the chamber slots open to remain open approximately until the middle of the piston compression stroke (Fig. 4a).
At this point in time, the chamber slots close and all slots remain closed during the remainder of the compression stroke (Fig. 59) until the end of the working stroke. The outlet slot 36 opens shortly before the end of the working stroke, as shown in FIG. 6a, and remains open during the subsequent outlet stroke. Since with the position according to Fig. Yes he is enough again.
According to FIG. 6, the pipes 21 'and 22' are not connected to one another at the rear.
This has the effect of better cooling of the mixture, since the mixture leaving the cylinder of the engine enters the pipe 21 and has to flow through the pipe coil 25 in order to return through the pipe 22 to the cylinders.
Instead of the device shown, special pipe slide slots could be seen for the entry of the mixture from the cooling chamber into the cylinder and the exit from the cylinders into the cooling chamber. These slots are appropriate with the relevant tubes 21 BEZW. 22 arranged on opposite sides of the cylinder.
A motor operating according to the method described above can be regulated according to the usual throttle method. If higher efficiencies apply at low loads, the regulation takes place before geous by changing the mixing ratio.
It is known that relatively poor mixtures can still be ignited and burned if they are brought to a high temperature before ignition. This effect can be achieved by reducing the cooling effect on the mixture in the cooling chamber during compression. For this purpose, for example, the control of the connection between the cylinder and the cooling chamber can be adjusted so that with a low load the cylinder only remains in connection with the cooling chamber for a short time during the compression stroke.
For example, the control organ can be actuated by an inclined cam, which is adjusted by a controller or by hand according to the load in the axial drive z2.
Engines with a high compression ratio, for which the method according to the invention is particularly suitable, can be regulated by reducing the mixture ratio and simultaneously increasing the mixture temperature during ignition up to very low loads so that they are both under full load and at low load have a high 'efficiency.