Verbrennungskraftmaschine. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Verbrennungskraftmaschine mit wenig stens einem Arbeitszylinder, dessen Kolben während des Arbeitshubes auf seiner Rück seite eine Ladung Luft auf den Kompres- sionsenddruck komprimiert und sie über eine Leitung in eine Zündkammer fördert, wel che mit dem Arbeitsraum eines Zylinders über ein Ventil in Verbindung steht, wobei zwischen dem Kompressionsraum des Zylin ders und der Leitung sowie der Leitung und der Zündkammer Ventile angeordnet sind.
Die Erfindung besteht nun darin, dass die Kompression nur während der Auswärtsbe wegung des die Luft komprimierenden Kol bens erfolgt und dass die Ventile unabhängig voneinander so betätigt werden, dass die Ruf ladung der Zündkammer während der er wähnten Kompression vollendet und eine komprimierte Luftladung in der Zündkam- mer vor Beginn des Arbeitshubes aufgespei chert wird und dass das Ventil zwischen dem Kompressionsraum und der Leitung nach Beginn der Kompression geöffnet wird,
wenn der Druck im Kompressionsraum demjeni gen in der Leitung wenigstens annähernd gleich ist. Zweckmässigerweise sind Mittel. zur Kühlung der Leitung vorgesehen.
Auf beiliegender Zeichnung ist als Aus führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes eine vertikale Einzelzylindermaschine sche matisch dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 zum Teil eine Seitenansicht, zum Teil einen Schnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 2; Fig. 2 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 5; Fig. 3 ist ein Vertikalschnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 2 in grösserem Massstab;
Fig. 4 ist ein Grundriss; Fig. 5 ist ein Teil eines Vertikalschnittes nach der Linie 5-5 der Fig. 2; Fig. 6 ist ein Teil eines Vertikalschnittes; Fig. 7 und 8 sind Teile von Aufrissen; Fig. 9 zeigt ein Indikator-Diagramrn der Maschine.
In einem wassergekühlten Zylinder 2 arbeitet ein Kolben 1, der über die Kolben stange 3, den in Führungen 5 gleitenden Kreuzkopf 4 und die Pleuelstange 6 mit der Kurbelwelle 7 verbunden ist. Im Zylinder boden sind zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 9 angeordnet. Die Einlassven- tile stehen über eine nicht gezeichnete An saugleitung mit der Atmosphäre oder mit einem Luftbehälter in Verbindung. An die Auslassv entile 9 schliessen sich Leitungen 10 an. die in eine Kammer 11 münden. Diese Kammer 11 steht über ein mit einer schwa chen Feder belastetes Riickschlagventil 12 mit einer Zündkammer 13 in Verbindung.
Die Leitungen 10, die Kammer 11 und < las Ventil 12 sind vollständig im Wassermantel des Zylinders angeordnet, derart, dass sie ge kühlt sind. In die Zündkammer 13 sind eine Zündkerze 1.4 und ein Brennstoffeinspritz- ventil 15 eingesetzt, welchem der Brennstoff. zweckmässigerweise Benzin, von der Brenn stoffpumpe 70 zugeführt -,wird. Die Zünd kammer 13 steht über Ventil 17 mit dem Arbeitsraum des Zylinders 2 über dem Kol ben 1 in Verbindung. Der Auslass aus dem Zylinder erfolgt über ein Ventil 18.
Die Ventile 8 und 9 werden durch Nok- ken 20 bezw. 21 über Stossstangen 22 bezw. 23 betätigt. Die Stossstange 22 wirkt auf einen Hebel 24, der auf eine Welle 25 aufgekeilt ist, die ein Hebelpaar 26 trägt. Die Hebel 26 wirken auf die Ventilspindeln der Ventile B. Die Stossstange 23 wirkt auf einen auf die Welle 30 hufgekeilten Hebel 29. Auf derWelle 30 sitzt ein Hebelpaar 31. das auf T-förmige Hebel 32 auf einer Welle 33 ein wirkt. Jeder der T-förmigen Hebel greift mit einem Arm in einen Bügel einer der Spindeln der Ventile 9.
Jedes Ventil 9 wird durch eine Feder 34, die mit dem andern Arm des Hebels 32 verbunden ist, in die Sehliesslage gezogen.
Das Ventil 17 wird durch einen Nocken 40 über eine Stossstange 41 betätigt, die auf einen auf der Welle 43 aufgekeilten Hebel 42 einwirkt. Die Welle 43 trägt ihrerseits einen Hebel 44, der in einen Bügel der Ven tilspindel des Ventils 17 greift. Das Ventil 18 wird durch einen Nocken 50 über die Stossstange 51 betätigt. die auf einen Hebel 52 einwirkt. Der Hebel 52 ist auf der Welle 43 drehbar angeordnet und trägt ein Zahn segment 53, das mit einem entsprechend ge zahnten Segment 54 am Hebel 55 in Eingriff sieht. Dieser sitzt auf der Welle 56 und wirkt auf die Spindel des Ventils 18.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Verbrennungskraftmaschine ist folgende: Die Luft wird beim Aufwärtsgang des Kolbens 1 über die Ventile 8 in die untere Zylinderseite gesogen und während des Ar beitshubes des Kolbens über die Ventile 9 in die gekühlten Leitungen 10 und die Kammer 11 gedrückt. Von der Kammer 11 gelangt die Luft über das Ventil 12 in die Zünd- kammer 13. Die Förderung der Duft in die Zündkammer 13 ist mit dem Abwärtshub des Kolbens l beendigt und die Luft in derZünd- kammer 13 bleibt während eines grossen Teils des Aufwärtshubes des Kolbens 1 in der Kammer 13 aufgespeichert.
Der Brennstoff kann gegen das Ende der Kompression oder unmittelbar nach erfolgter Kompression in die Zündkammer eingespritzt werden, so dass für die Mischung in der Luft genügend Zeit bleibt, insbesondere weil die Luft verhält nismässig heiss ist.
Die Zündung der Ladung in der Kammer 13 erfolgt durch die Zündkerze 14, bevor der Kolben 1 das Ende seines Aufwärtshubes erreicht hat. so dass sich in der Kammer 13 ein beträchtlicher Druck ausbildet, der am Ende des Aufwärtshubes, wenn das Volumen im Arbeitszylinder ein Minimum ist, sobald das Ventil 17 öffnet, auf letzteren einwirkt.
Aus dem Indikator-Diagramm in Fig. 9, in welchem die Drucke in at über dem Kolbenweg aufgetragen sind, ist ersichtlich, dass die Luft auf der Unterseite des Kol bens entsprechend der Linie A-B angesaugt und entsprechend der Linie B-C kompri miert wird.
Im Punkte C öffnen die Ven- tile 9 und der Druckanstieg erfolgt im Kom pressionsraum des Zylinders, in den Kanälen 10, der Kammer 11 und der Zündkammer 13 gemeinsam entsprechend der Linie C-D. Am Ende des Abwärtshubes nach dem Schliessen der Ventile 9 fällt der Druck im Kompressionsraum entsprechend der Linie D-A, während beim Aufwärtshub des Kolbens der Druck in der Zündkammer 13 infolge der Wämeverluste durch die Kühlung entsprechend der Linie D-E leicht abfällt. Die Zündung erfolgt im Punkte E wenig vor dem Ende des Aufwärtshubes des Kolbens.
Der Druck steigt rasch entsprechend der Linie E-F. Das Ventil 17 öffnet sich un gefähr im Punkte F, worauf eine Ausdeh nung entsprechend der Linie F-C-H statt findet. Im Punkte H ist Ventil 17 immer noch offen.
Da der Druck in der Zündkam- mer 13 nun unter den in den Räumen 10, 11 sinkt, öffnet das Ventil 12 und die Ausdeh nung im Arbeitszylinder, in der Zündkammer 13 und in den Räumen 10, 11 geht weiter, entsprechend der Linie H-I, wobei frische Luft aus den Räumen 10 und 11 in die Zünd- kammer 13 strömt und dort die Verbren nungsprodukte ausfegt. Im Punkte I schliesst das Ventil 17, worauf die Ausdehnung im Arbeitszylinder allein entsprechend der Linie 1-J erfolgt.
Das Auslassventil 18 öffnet ungefähr im Punkte J und während sich der Kolben aufwärts bewegt, erfolgt der Aus puff entsprechend der Linie J-K. Im Punkt K schliesst sich das Auslassventil 18.
Der Druck in den Kanälen 10 und in der Kammer 11 verläuft nach der Kompression entsprechend den Linien D-L und L-H, worauf das Ventil 12 öffnet und der Druck mit dem Druck im Zylinder und in den Räu men 10, 11 entsprechend der Linie<I>H-1</I> fällt. Nach dem Schluss des Ventils 17 bleibt der Druck in den Räumen 10, 11 und 13 un gefähr konstant entsprechend der Linie 1-C. Wenn im Punkte C der Druck im Kompres sionsraum des Zylinders den Druck in den Räumen 10 und 11 erreicht, öffnen die Ven tile 9, worauf der Druck wie beschrieben, entsprechend der Linie C-D infolge der Kompression während des zweiten Teils der Abwärtsbewegung des Kolbens ansteigt.
Die gezeichnete Maschine arbeitet also im Zweitakt und hat den Vorteil, dass die Verbrennungsprodukte bei der Aufwärtsbe wegung des Kolbens aus dem Arbeitsraum praktisch vollständig ausgestossen werden. Die Maschine arbeitet vorteilhaft mit einem Kompressionsverhältnis von etwa 14 : 1.
Die Quersehnittsflächen der Kanäle 10 und der Kammer 11 sind genügend gross, um übermässige Reibungsverluste beim Über strömen zu vermeiden. Das gesamte Volumen der Kanäle 10 und der Kammer 11 ist unge fähr gleich dem vierfachen Volumen der Zündkammer 13.
Da die Verbindung der Zündkammer mit der Kammer 11 durch ein Rückschlagventil 12 mit schwacherSchliessfeder beherrscht ist, kann der Druck im Kompressionsraum des Zylinders und in der Leitung nie viel höher als in der Zündkammer sein, so dass unnötige hohe Kompressionsdrucke im Kompressions raum vermieden werden. Ausserdem wird die Zündkammer reichlich vor Beginn des Arbeitshubes gefüllt, so dass # ein beträcht licher Spielraum für die Zündung vorhanden ist und die Ladung vor der Zündung in der Zündkammer aufgespeichert ist.
Ohne hohe Gegendrücke auf den Kolben auszuüben, können verhältnismässig hohe maximale Ver brennungsdrucke erzielt werden, weil die Zündung in der Zündkammer vor dem Ende des Aufwärtshubes eingeleitet werden kann. Es können also in der Zündkammer beträcht liche Drucke erzeugt und am Ende des Auf wärtshubes in den Arbeitsraum übertragen werden.
Natürlich könnten die Ventile 8, 9 auch als Rückschlagventile ausgebildet sein. Der Brennstoff könnte der komprimierten Luft auch vor ihrem Eintritt in die Zünd- kammer zugeführt werden; es ist auch mög lich, Gas oder leichtflüchtige, flüssige Brenn stoffe mit der Luft in den Kompressions raum unter den Kolben anzusaugen.
Der Kolben 1 könnte auch als Differen tialkolben ausgebildet sein. Die Kolbenstange 3 und der Kreuzkopf 4 können dann wegfal len, indem die Pleuelstange durch einen Kol benmantel von geringerem Durchmesser als der Zylinder 2 hindurchgeht und am Kolben selbst aasgelenkt ist, während der Kolbenman tel in einer Stopfbüchse in dem mit den Ven tilen 8 und 9 versehenen Zylinderboden ge führt ist. So kann ein grösseres Expansions verhältnis erreicht werden und die Endtem- peratur und der Enddruck der Verbrennungs produkte beim Auspuff vermindert werden.
Bei mehrzylindrigen Maschinen kann die im Kompressionsraum eines Zylinders kom primierte Luftladung über eine Zündkam- mer entweder dem Arbeitsraum desselben oder eines andern Zylinders zugeführt. wer den.
Bei einem Dreizylindersternmotor zum Beispiel, bei welchem die Zylinder einen Winkel von 120' einschliessen und die Zün dungen in der Reihenfolge 1, 2, 3 stattfinden, kann die Zündkammer des ersten Zylinders vom Kompressionsraum unterhalb des Kol bens des Zylinders 2 geladen werden, wäh rend die Zündkammer des Zylinders 2 vom Kompressionsraum unter dem Kolben des dritten Zylinders und die Zündkammer des Zylinders 3 vom Kompressionsraum unter halb des Kolbens des ersten Zylinders gela den wird.
Im Falle eines fünfzylindrigen Sternmotors mit der Zündfolge 1, 2, 3, 4, 5 kann die Zündkammer des ersten Zylinders vom Kompressionsraum unterhalb des Kol bens des zweiten Zylinders, die Zündkammer dieses Zylinders vom Kompressionsraum un terhalb des Kolbens des dritten usw. geladen werden.
Bei mehrzylindrigen Motoren kön nen die Zylinder in Paare von nebeneinander angeordneten Zylindern aufgeteilt werden, in denen die Verbrennung abwechselnd nach je einer halben Drehung der Kurbelwelle er folgt, wobei die Zündkammer jedes Zylin derpaares über eine einzige Leitung gespie- sen werden, welche zwischen den Zylindern liegt, über an ihren einem Ende angeordnete Ventile einerseits mit den Zündkammern bei der Zylinder in Verbindung steht und ander seits über am andern Ende angeordnete Ven- eile an die Kompressionsräume der beiden Zylinder angeschlossen ist, wobei im Betrieb jede Zündkammer von der Rückseite ihres Zylinders gespiesen wird.
Die Zündkammer kann bei Benzinmoto ren hinter einer Kühleinrichtung angeordnet werden, in welcher die Luft soweit gekühlt wird, dass Selbstzündungen der Brennstoff luftmischung vor der Zündung auch bei ver hältnismässig hohen Kompressionsdrücken entsprechend Verdichtungsgraden von 10 bis 16 : 1 vermieden werden.
Die Maschine gemäss der Erfindung kann für gasförmigen und für flüssigen Brennstoff gebaut werden, dessen Zündpunkt. wesent lich höher liegt, als die. Temperatur, bei wel cher die Verdampfung beginnt, also zum Bei spiel von Paraffin oder Schweröle. Schwer öle werden bei den Temperatur- und Druck verhältnissen, wie sie am Ende der Kompres sion vorhanden sind, verdampfen, ohne sich zu entzünden.