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Brennkraftmaschine mit zwei gegenläufigen Kolben für jeden Zylinder
Es ist im allgemeinen bekannt, bei, Brennkraftmaschinen Vorverbrennungskammern zu
verweinden, die von, einem kleinen Zylinder gebildet werden, in welchem sich ein
Kolben, verschiebt und der mit dem Zylinder der Brennkraftmaschine in Verbindung
steht. Diese Vorverbrennungskammern haben insbesondere den Zweck, der Luft oder
sonstigen gasförmigen Beschickung einen Überdruck zu erteilen, um diese -Auf eine
hinreichende Temperatur zu bringen, die die Verbrennung des Brennstoffes sicherstellt.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung an Brenlkraftmaschinen mit
zwei gegenläufigen Kolben für jeden Zylinder, wobei jeder dieser Kolben seine Antriebskraft
auf eine gemeinsame Welle überträgt. Die Verbesserung besteht darin, daß man diese
Brennkraftmaschinen mit Vorverbrennungskammern mit veränderlichem Rauminhalt versieht,
wobei jede Kammer mit dem die Kolben voneinander trennenden Raum des Zylinders in
Verbindung steht und ihr Rauminhalt von den Verschiebungen eines der Kolben abhängig
ist.
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Es ist sehr einfach, diese Verbesserung vorzunehmen, weil im Gegensatz
zu dem, was sich bei den üblichen Brennkraftmaschinen mit Vorverbrennungskammern
abspielt, die Veränderung des Rauminhaltes der Kammer unmittelbar durch den einen
der Kolben gesichert ist. . Dieser Rauminhalt, der im Augenblick des Eintritts des
Brennstoffes seinen Höchstwert hat, verringert sich und wird gleich Null oder fast
gleich Null am Ende der Ausdehnung. Ist die Verbindung zwischen dieser Vorverbrennungskammer
und dem Zylinder in geeigneter Weise hergestellt, so ergibt diese Anordnung als
.erste Wirkung, daß die verbrannten Gase der Vorverbrennungskammer vollständig ausgetrieben
werden und für den folgenden Takt ein vollkommenes Füllen mit reiner Luft gesichert
ist.
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In zweiter Linie bringt diese Anordnung eine Erhöhung der Geschwindigkeit
des Lufteintritts in die Vorverbrennungskammer in dem Augenblick, wo das Einspritzen
erfolgt, mit sich, und zwar für ein und denselben Verbindungsquerschnitt zwischen
der Vorkammer und dem Zylinder. Diese Erhöhung der Lufteintrittsgeschwindigkeit
ergibt sich daraus, daB von Beginn der Verdichtung an das Gleichgewicht der Drücke
in der Vorkammer und im Zylinder nicht sofort hergestellt wird, und zwar wegen des
Verlustes an Ladung, der durch den geringen Querschnitt der Durchtrittsäffnungen
verursacht wird, und außerdem infolge der Änderung im Rauminhalt der Vorverbrennungskammer,
der von Beginn der Verdichtung an zunimmt, während der Rauminhalt der Hauptkammer
des Zylinders sich verringert. Das Anwachsen der
dynamischen Energie
der in die Vorkammer im Augenblick des Einspritzens eindringenden Luft bringt eine
bessere Zerstäubung des Brennstoffes mit sich. Diese verbesserte Zer-'-" stäubung
erzeugt eine geringere Zündungszeit; und zwar um so mehr, als das Einspritzen'.'iii
einen an Sauerstoff reicheren Kammerinhalt -erfolgt, da die Kammer frei von verbrannten
Gasen ist.
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Außerdem wird die Verbrennung in der Vorkammer, die bei einer gewöhnlichen
Brennkraftmaschine durch die geringe Luftmenge, welche sich dort befindet, beschränkt
ist, erhöht. Ein größerer Teil des Brennstoffes entzündet sich hier und verursacht
in der Vorkammer einen beträchtlichen überdruck. Das Austreiben des Brennstoffes
erfolgt infolgedessen energischer, was ein besseres Eindringen in die unter Druck
befindliche Luft sichert und demgemäß :eine vollständige Verbrennung in geringerer
Zeitdauer, so daß man erhöhte Umlauftätigkeit erreichen kann.
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Zu bemerken ist, daß diese Wirkung durch die Verringerung des Rauminhaltes
der Vorverbrennungskammer während der Arbeitszeit eingeleitet und aufrechterhalten
wird.
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Die Zeichnung stellt zwei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
beispielsweise dar, und zwar zeigen Fig. i und 2 die erste Ausführungsform im Längsschnitt
und Querschnitt.
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Fig. 3 zeigt eine Teilansicht ähnlich Fig. z der zweiten Ausführungsform.
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Es handelt sich bei diesem Beispiel um eine Zweitaktbrennkraftmaschine.
In dem Zylinder 5 der Maschine gleitet ein Kolben 4, der unter Vermittlung einer
Achse 3 und der an den Kurbelzapfen ia der Kurbelwelle i angelenkten Pleuelstange
a die Kurbelwelle i mitnimmt.
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In dem Zylinder 5 sind im oberen Teil Lufteinlaßöfinungen 6 und im
unteren Teil Gasauslaßöffnungen 7 vorgesehen.
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Das obere Ende des Zylinders ist durch einen beweglichen Verschluß
oder Kolben 8 verschlossen, der einer Bewegung unterliegt. die der Bewegung des
Kolbens 4 entgegengesetzt ist und im allgemeinen von geringerem Hub ist.
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In dem vorliegenden Beispiel ist dieser bewegliche Verschluß 8 unter
Vermittlung von Pleuelstangen 9 mit zwei Zapfen il, der Kurbelwelle i verbunden.
Diese Zapfen ib sind mit Bezug auf den Zapfen ia um etwa i8o° versetzt. , Der bewegliche
Verschluß 8, der im Zylinder 5 beispielsweise durch Ringe abgedichtet ist wie im
Falle eines gewöhnlichen Kolbens, trägt in seinem oberen Teil einen Kolben i o von
geringerem Durchmesser, der ebenfalls dicht in einem feststehenden Zylinder i i
gleitet, der von dem Mantel 1a des Zylinders gebildet wird und der die Vorverbrennungskammer
13 .einschließt, so daß sich der Raum-' i.nhalt dieser Kammer 13 ändert,
wenn der Doppelkolben 8, i o sich verschiebt.
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In die Kammer 13 mündet der Injektor 14, ' der das Einspritzen des
Brennstoffes in den Zylinder bewirkt.
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Der bewegliche Teil 8, 1o ist angeordnet, um die Verbindung
zwischen der Vorverbrennungskammer und dem Zylinder zu ermöglichen. Die Gase, die
von dem einen Raum zum anderen gehen, gehen durch einen Brenner 15 hindurch, der
eine oder mehrere öffnungen von geringem Querschnitt hat.
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Die in Fig. 3 veranschaulichte Ausführungsform weicht von der oben
beschriebenen nur dadurch ab, daß der Zylinder j6, welcher die Vorverbrennungskammer
einschließt, beweglich und mit dem beweglichen Verschluß des Arbeitszylinders fest
verbunden ist. Hier steht der Verschlußkolben 17 der Vorverbrennungskammer fest
und trägt den Injektor 14. Die Verbindung zwischen der Vorverbrennungskatnmer und
dem Arbeitszylinder schließt den Brenner 18 ein.
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Die Arbeitsweise ist folgende Bei Beginn des Arbeitshubes befi4det
sich der Kolben ,. in seinem oberen Totpunkt, und der Doppelkolben 8, i o befindet
sich in seinem unteren Totpunkt, so daß der Rauminhalt der Vorverbrennungskammer
seinen Höchstwert hat (Fig. 2). Während des Arbeitstaktes geht der Kolben 4 abwärts,
und «-enn er in die Nähe seines unteren Totpunktes kommt, entweichen die verbrannten
Gase durch die öffnungen 7.
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Der Doppelkolben 8, io ist andererseits aufwärts gegangen und hat
am Ende seines Hubes die öffnungen 6 freigegeben (Lage des Zylinders in Fig. i).
Eine Spülpumpe schickt in diesem Augenblick frische Luft durch die Öffnungen 6 in
den Zylinder, wodurch das Ausfegen der verbrannten Gase -gesichert ist.
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Während des Arbeitstaktes hat die aufsteigende Bewegung des Doppelkolbens
8, 1 o das Austreiben der in der Vorverbrennungskammer enthaltenen Gase in die Hauptverbrennungs-
und Ausdehnungskammer i o bewirkt (durch die Kolben 4 und 8 begrenzte Kammer im
Zylinder 5). Auf diese Weise ist ein tiefes Eindringen des zerstäubten Brennstoffes
in den Zylinder während des ganzen Ausdehnungshubes gesichert. Man vermeidet auf
diese Weise den Übelstand, der den Brennkraftmaschinen mit gewöhnlichen Vorverbrennungskammern
von feststehendem Rauminhalt anhaftet, bei welchen die Drücke zwischen der Vorkammer
und dem Zylinder sich scImell ausgleichen, was das Eindringen des Brennstofes in
die Luft während der Ausdehnung
verringert und entweder die Zufuhr
von Brennstoff für eine bestimmte Luftmenge verringert oder eine unvollständige
Verbrennung mit sich bringt.
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Es ist noch zu bemerken, daß der Kolben 8, i o einem Arbeitsdruck
unterliegt, der sich aus der Wirkung des Druckes der Gase auf die Oberfläche des
Kolbens 8, verringert um diejenige des Kolbens io, ergibt, so daß die Brennkraftmaschine
alle Vorteile der Maschinen mit zwei Kolben pro Zylinder und insbesondere ein zufriedenstellendes:
Ausgleichen der abwechselnden Trägheitswirkungen aufweist. ` Am Ende dieses ersten
Taktes ist der Rauminhalt der Vorverbrennungskammer 13 sehr klein und praktisch
sogar gleich Null: geworden. Diese Vorverbrennungskammer ist also zuverlässig von
allen verbrannten Gasen befreit.
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Während des zweiten Hubes (des Verdichtungshubes) geht der Kolben
q. wieder aufwärts, während der Kolben 8, i o wieder abwärts geht. Zu derselben
Zeit, wo die Luft zusammengepreßt wird, füllt sie die Vorverbrennungskammer 13
in dem Maße aus, als der Rauminhalt dieser Kammer größer wird. Am Ende des Verdichtungstaktes
wird der Brennstoff durch den Injektor i q. eingespritzt und entzündet sich. Ein
neues- Arbeitsspiel beginnt.
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Die im vorstehenden beschriebenen Ausführungsformen sind natürlich
nur beispielsweise angegeben, und man kann die Erfindung auch auf alle anderen Brennkraftmaschinen
anwenden, die auf demselben Grundsatz beruhen. Man kann andererseits auch alle anderen
Mittel als die beschriebenen Mittel .verenden, um die Änderungen im Rauminhält der
Vorverbrennungskamm-er herbeizuführen und Maschinen herstellen, welche andere Steuersysteme
haben als das beschriebene.