Mit Vorverdichtung arbeitende Explosionskraftmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf mit Vor- C> und Spülung arbeitende Explo- sionskraftmaschinen, wie Gas- oder Benzin maschinen, deren Verbrennungszylinder der Brennstoff in Form von Brennstoffluftge- misch zugeführt. wird.
Gemäss der Erfindung ist vor dem Einlassorgan am Zylinder ein Vorraum angeordnet und welcher nach aussen durch mindestens ein Vorsteuerorga.n abgeschlossen ist, welchem beim Öffnen des Einlassorgans zuerst Brennstoff mit Luft und am Ende des Einlassvorganges nur Luft zuströmt und welcher so gross ist, dass er die für die folgende Spülung des Verbrennungs zylinders notwendige Luft aufnimmt, welche am Ende des Auspuff- und zu Beginn des Einlassvorganges vor dem Brennstoff @uft- gemisch in den Zylinder strömt.
Dasselbe Vorsteuerorgan kann sowohl das Brennstoff- hiftgemisch, als auch die Spülluft eintreten lassen. Das Vorsteuerorgan kann als Rund schieber ausgebildet sein und von der Motor welle aus betätigt werden. Die Luftzufuhr kann durch einen Hohlraum des Rundschie- bers erfolgen. Ein Kanal im Gehäuse des Schiebers und ein Schieberkanal können die Spülluft in den Vorraum führen. Zur Ver hinderung des Einströmens von Brennstoff luftgemisch in den Vorraum zur Unzeit kann im Rundschieber ein R.ückschlagorgan ein gebaut sein.
Zweckmässig sind die Steuer zeiten des Vorsteuerorgans so, dass diejenigen des Einla.ssorgans nicht beeinträchtigt wer den. Der Luftzutritt durch das Vorsteuer organ kann auch erst nach beendetem Ge mischzutritt beginnen, um den Luftzutritt durch einen Unterdruck im Zylinder zu unterstützen.
Ausführungsbeispiele des Erfindungs gegenstandes sind in den beiliegenden Zeich nungen in ihrem Aufbau und ihrer Wir kungsweise dargestellt.
Fig. 1 bis 6 stellen schematische Schnitte durch den Zylinder von zwei vertikalen Viertaktverbrennungskraftmaschinen dar; Fig. 7, 8 und 9 zeigen Steuerdiagramme für die Auslass-, Einlass- und die Gemisch- und Luftvorsteuerorgane bei Maschinen ent sprechend Fig. 1 bis 6; Fig. 10 und 11, bezw. 12 und 13 zeigen vollständige Maschinenanlagen gemäss der Erfindung; Fig. 14 zeigt schematisch einen Zweitakt motor.
In Fig. 1 bis 4 ist 1 ein Zylinder mit einem Kolben ?, der mittelst der Schubstange 3 auf die Kurbelwelle 4 wirkt. 5 ist das Einlassventil und 6 das Auslassventil am Zylinder. Vor dem Einlassventil 5 ist ein Vorraum 11 angeordnet, .der nach aussen durch ein Vorsteuerorgan 7 abgeschlossen ist. Dieses ist als Rundschieber ausgebildet und in einem zu ihm zentrischen Gehäuse 8 angeordnet. Der Brennstoffluftgemischein- tritt zum Vorsteuerorgan 7 erfolgt durch die Leitung 9, die Luftzufuhr .durch die Leitung -10.
Der Inhalt des Vorraumes 11 ist so gross, dass er die für die Spülung des Ver brennungszylinders notwendige vorverdich tete Luft aufnehmen kann.
Fig. 1 zeigt die Stellung der Steuer organe während des Spülvorganges. Beide Organe im Zylinder, Einlassventil 5 und Auslassventil 6, sind offen. Der Arbeits kolben 2 befindet sich vor dem obern Tot punkt. Der Rundschieber 7 lässt das Brenn stoffluftgemisch aus der Leitung 9 in den Raum 11 übertreten. In diesem Raum 11 befindet sich aber von der letzten Luftein- lassperiode her Luft. Deshalb muss das ein tretende Gas zuerst diese Luft vor sich her in und-mindestens teilweise durch den Zylin der hindurchschieben, womit dieser mit Luft gefüllt und gespült wird.
Fig. 2 zeigt den Kolben beim Saughub. Das Auspuffventil 6 ist geschlossen; das Ein lassventil 5 ist noch offen. Nur Brennstoff luftgemisch strömt in den Zylinder.
In Fig. 3 gegen Ende des Saughubes des Kolbens ist das Einlassventil noch offen, das Auspuffventil hingegen geschlossen. Luft gelangt von .der Leitung 10 in den Hohlraum 12 des Rundschiebers und von dort über den Kanal 13 im Gehäuse 8 des Schiebers 7 in den Schieberkanal 14 und von dort in den Raum 11 und drückt das Gemisch hinaus. Am Ende ,des Saughubes, wenn -das, Einlass- ventil schliesst, ist der Raum 11 mit Luft gefüllt.
Beim Auspuff (Fig. 4) ist nur das: Aus lassventil offen und die Auspuffgase werden ausgestossen. Der Rundschieber 7 gelangt in eine Zwischenstellung; wo die Gemischleitung 9 durch den Kanal 14 und die Luftleitung 10 durch den Hohlraum 12 des Schiebers mit dem Vorraum 11 verbunden sind.
Ist der Druck in der Gemischleitung 9 und der Luftzuleitung gleich oder nur wenig ver schieden, so #strömt weder Luft noch Brenn stoffluftgemisch aus. Ist hingegen der Druck -der Luft höher, so kann der Raum 11 kleiner gehalten sein, indem dann Spülluft in den obern Teil der Leitung 9 eintritt. Da mit verhindert wird, dass Brennstoffluft gemisch aus der Leitung 9 zur Unzeit in den Vorraum 11 eintritt, ist indem Rundschieber ein den Kanal 14 abschliessendes Rückschlag organ 15 eingebaut.
In Fig. 4 ist noch eine Vorrichtung ge zeichnet, mit der der Inhalt des Vorraumes 11 verändert werden kann, um ihn der geför derten Spülluftmenge anzupassen. In eine Bohrung in der Wand des Vorraumes ist ein Kolben 316 eingepasst, der unter dem Druck der Feder 37 steht und mittelst der Betäti gungsverrichtung 38 angehoben werden kann.
Damit sich die eintretende Luft verhält nismässig wenig mit dem Brennstoffluft- gemisch mischt, ist gemäss Fig. 5 und 6 der Raum 11 in einer langen, verhältnismässig dünnen LeitLing angeordnet. Fig. 5 zeigt den Spülvorgang gegen Ende des Auspuffs und Fig. 6 den Lufteintritt in den Vorraum 11 gegen Ende des Saughubes.
Die eintretende Luft schiebt, quasi als Kolben wirkend, das im Raum 11 noch befindliche BrennstoTfluft- gemisch vor sieh her in den Zylinder.
In Fig. 7 zeigen die Kurven b und z die Öffnung des Ein- und Auslassventils 5 bezw. 6 in Funktion des Kolbenhubes. Das Au-sla.ss- ventil öffnet im Punkt ai vor dem untern Totpunkt und schliesst nach der obern Tot punktstellung des Kolbens im Punkt a-,. Das Einla.ssventil öffnet vor der obern Totpunkt stellung des Kolbens im Punkt b1 und schliesst nach dem untern Totpunkt im Punkt b,
. Der Zeitabschnitt. hl bis R-, entspricht der Spülperiode der Maschine und wird ent- sprechend der Spülluftmenge bemessen. In Fig. 8 und 9 zeigen die Linien e und d die Üffnungszeiten des Vorsteuerorga.ns für das Brünnstoffluftgemisch bezw. die Spülluft.
Der Eintritt. des Brenn:stoffluftgemisehes beginnt in<B>ei</B> und endet in e2. <I>Das</I> Einlass- ventil 5 öffnet nach Beginn des Gemiscbein- tritte:s, damit der Eintritt der Luft durch das Einlassventil in den Zylinder erleichtert wird.
Der Lufteintritt beginnt in dl und endet in d-. Zwischen dem Beginn des Lufteintrittes und dem Ende des Brenstoffluftgemisehein- trittes findet eine Beschleunigung der Luft und eine Verzögerung des Gemisches statt. L1e r Beginn .des Lufteintrittes kann aber auch erst nach Schluss des Gemischein trittes beim Punkt dl' stattfinden.
Dann wird nach Schluss des Gemischeintrittes Allreh den abwirtgehenden Kolben 2 im Zylinder und im Vorraum 1 eine Depression erzeugt, so dass dann später die Luft mit #;rti.(3erer Geschwindigkeit in den Raum 11 eintritt und sich der Zylinder besser mit Ge inisch füllt. Der Schluss des Lufteintrittes d_ ist später als der Schluss F>. des Einla.ssorga.ns 6, damit der Spülluftdruck sich unge hindert bis zum Schluss des Einlassorgans im Zylinder auswirkt.
Nach Fig. 9 beginnt der Brennstoffluft- gemischzutritt erst nach der Clffnung b1 des Einlassventils 5.
Dies ist zweckmässig, wenn nur die Luft vorv erdichtet wird, das Gemisch l.c r aus der Atmosphäre unter niedrigerem Druck als die Luft angesaugt. wird, beispiels- tveise bei Verwendung von Sauggasgenerato- rcn oder Saug-vei,gasern. Der Cremischeintritt endet bei c.,, .der Luftzutritt beginnt erst ,später bei dl' und endet bei d.,, etwa.
nach Schluss des Einlassargane 5.
Fig. 10 und 11 zeigen eine zwölfzylind rige Viertaktbenzinma,schine. Fig. 10 ist eine Stirnansicht und Fig. 11 eine Seitenansicht. Die Zylinder 1 sind in V-Form, 6 auf jeder Seite, angeordnet und arbeiten auf eine ge meinsame Kurbelwelle 4. Es ist für je zwei Zylinder ein Vergaser 16 angeordnet, in welchen Brennstoffzufuhrleitungen 17 ein münden.
Zur Vorverdichtung :der Luft ist ein abgasturbinengetriebenes Gebläse 18 ange ordnet, welches mit einem Gebläserad 19 und einem Turbinenrad 20 ausgerüstet ist. Diese Räder sitzen auf einer gemeinsamen Welle '1, welche bei 22 und 23 gelagert ist. Die vom Gebläse vorverdichtete Luft strömt durch eine Leitung 24 sowohl zu den Ver gasern 16, als auch durch die Zweigleitungen 10 direkt zu den Vorsteuerorganen 7.
Diese sind in Gehäusen 8 untergebrachte, mitein ander gekuppelte Schieber 7 entsprechend Fig. 1 bis 6, welche mittelst einer Welle 2:-5 und eines Kettengetriebes 26 von der Steuer welle 2 7 des Motors, aus: mit dessen halber Drehzahl angetrieben werden. Die Steuer welle 27 wird durch ein Kettengetriebe 28 von der Kurbelwelle 4 aus angetrieben. Von der Steuerwelle 27 aus werden die Ventile 5 in den Zylindern betätigt.
Die :die Luft und das Brennstoffluftgemisch vom Vors:teuer- organ 7 zum Zylinder führenden Vorräume sind durch 11 bezeichnet. Die Abgase der Maschine gelangen von den nicht gezeichne ten Auslassventilen durch die Leitungen 29 und 3,0, 31 und 32 zu der Abgasturbine 18 und beaufschlagen dort das Turbinenrad 20.
Die ;(,trennte Aufteilung in vier Abgas leitungen 29, 30, 31, 32 erfolgt, damit .die Spülvorgänge in den Zylindern nicht -durch die Auspuffvorgänge in andern Zylindern g (,stört werden.
Nach den Fig. 12 und 13 wird nur vor verdichtete Luft in die Vorsteuerorgane 7 eingeführt. Als Brennstoff wird hingegen während des Saughubes des Motorkolbens Gas aus dem Saugga.sgenerator 33 angesaugt. Für die Maschine gelten :die Steuerschema nach den Fig. 7 und 9. Allerdings ist diese Ausführungsart nur bei selbstsaugenden Ver- brennungskra.ftmasehinen, wie Viertaktma- @chinen, anwendbar.
Bei nicht selbstsaugen- den Motorarten ist in die Leitung zwischen dem Gaserzeuger und der Maschine ein Ge bläse eingebaut, wie es durch 34 in Fig. 13 punktiert angedeutet ist.
Ferner mündet eine regelbare Luftzu leitung 10' in die Gasleitung 9. damit ein Brennstoffluftgemisch hergestellt werden kann.
Fig. 14 zeigt schematisch in einem Schnitt durch den Verbrennungszylinder, das Vorsteuerorgan und den: Vorraum einer Zweitaktmaschine. 1 ist ein Zylinder, 2 der Arbeitskolben. 5 und 5' sind die Eintritts- öffnungen für die Luft und das Brennstoff luftgemisch, 6 die Austrittsöffnungen für die Auspuffgase.
Ein Vorsteuerorgan 7, als Rundschieber ausgebildet, ist in einem Ge häuse 8 angeordnet und steuert den Gemisch- und den Luftzutritt zum Vorraum 11. 9 ist die Brennstoffluftgemischzuleitung, 10 die Luftzuleitung.
Der Raum 11 ist wieder so gross bemessen, dass er ungefähr die den Zylinder ausspülende, vorverdichtete Luft menge aufnehmen kann. Zwischen den Ein trittsöffnungen 5 und 5' sind noch Rück schlagventile 35 angeordnet, die beim Nieder gang des Kolbens das Austreten der höher gespannten Auspuffgase in .den Vorraum 11 verhindern. Sie öffnen erst, wenn der Druch im Verbrennungszylinder unter den Druck im Vorraum 11 gesunken ist, und dienen namentlich zum Aufladen des Verbrennungs zylinders, indem die in den Raum 11 ein tretende vorverdichtete Luft ,
das Brennstoff luftgemisch durch diese Ventile zu den Schlitzen 5' und in den Zylinder vor sich her schiebt. Um ein Durchströmen des. Brenn- stoffluftgemisehes durch den Kanal 14 zur Unzeit zu vermeiden, sind an den Schiebern Rüekschlagorgane 15 angeordnet.
Als besonderer Vorteil der Erfindung ist anzugeben, dass während des Verdichtung--, Verbrennung--, Ausdehnung,-- und Auspuff vorganges ein grosses Luftkissen zwischen Zylinder und Gemischzuleitung eingeschoben ist. Auch bei Beginn der Spülung, wenn im Zylinder noch heisse Verbrennungsgase und Verbrennungsrückstände vorhanden sind, ist keine Entzündungsgefahr vorhanden, weil vorerst ein grosses Quantum reine Luft ein tritt.
Wenn, wie bei bekannten Motoren, der Brennstoffluftgemischabschluss nahe am Zy linder angeordnet ist, so besteht immer Entzündungsgefahr, weil Ventile oder Schie ber praktisch nicht absolut dicht schliessen, insbesondere wenn mehrere Gemiech- und Luftöffnungen vorhanden sind. Wenn die Gemisch- und Luftvorsteuerorgane vom Zy linder durch .den Vorraum 11 getrennt ange ordnet sind, können sie viel grössere Quer- schnitte und Spiele besitzen.
Auch die Steue rung eines solchen Organs ist einfacher, beson ders wenn dasselbe bei Maschinen mit in meh reren Reihen angeordneten Zylindern für eine ganze Reihe von Zylindern als Rundschieber ausgebildet ist.
Wie bereits erwähnt, kann nur die Spülluft vorverdichtet werden, oder aber auch das Brennstoffluftgemiseh. Es kann aber auch Luft vorverdichtet werden, ein Teil durch den Gasgenerator bezw. den Vergaser hindurch zur Verbrennungskraft- ma.schine und der Rest direkt über -das Vor steuerorgan in den Vorraum 11 geführt wer den. In diesem Fall steht der Vergaser bezw. Gasgenerator unter Druck. Der Vor verdichter wird vorzugsweise von den Ab gasen der Verbrennungskraftmaschine ange trieben.
Die Luft kann auch in einem Ge bläse verdichtet werden, während das Gras in verdichtetem Zustand, z. B. von Gasgene ratoren, Hochofen etc. zugeführt wird.