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Gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung Die Erfindung
betrifft eine gemischverdichtende Brennkraftmaschine mit Fremdzündung und bezieht
sich insbesondere auf einen im Zylinderkopf liegenden, durch eine bis nahe an den
Kolbenboden reichende Zwischenwand in zwei Teile unterteilten Verdichtungsraum,
dessen einer Teil seitlich aus dem Zylinder herausgezogen ist und den Einlaß sowie
die Zündvorrichtung aufweist.
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Es gibt bereits Brennkraftmaschinen, die in der genannten Weise mit
einem in zwei Teile unterteilten Verdichtungsraum versehen sind. Durch die Unterteilung
des Verdichtungsraumes in zwei Kammern wird der Zweck verfolgt, die namentlich bei
höheren Geschwindigkeiten besonders wahrnehmbaren Explosionsgeräusche, die infolge
des schnellen Druckanstiegs entstehen, zum Verschwinden zu bringen. Derartige Explosionsgeräusche
sind nämlich sehr schädlich, sie stören den glatten Lauf der Maschine, beanspruchen
die Lager in äußerst unzulässiger Weise und verringern die Leistung der Maschine.
Soweit nun die bisher bekanntgewordene@Unterteilung des Verdichtungsraumes in zwei
Teile in Betracht kommt, so haben ausgedehnte Versuche einwandfrei ergeben, daß
das gewünschte Ziel nur sehr mangelhaft oder über-Haupt nicht erreicht wird. Es
ist dieses auf den äußerst engen Schlitz zurückzuführen, der in den oberen Totpunktlagen
des Kolbens zwischen dein Kolbenboden und dem unteren Rand der Zwischenwand entsteht
und der verhindert, daß bei dem schnellen Druckanstieg die Zündflamme schnell genug
von dem einen mit dem Einlaß verbundenen Teil der Kammer in den anderen Teil übertreten
kann. Die Folge ist, daß praktisch die gesamte Verbrennung in der ersten Kammer
stattfindet und hierbei in dieser Kammer eine äußerst schnelle Druckerhöhung stattfindet,
welche die bereits erwähnten Nachteile hat.
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Erfindungsgemäß werden die Nachteile der bekannten Anordnung einer
Trennwand in dem Verdichtungsraum dadurch erfolgreich beseitigt, daß die Trennwand
mit einer Öffnung versehen wird, die das Hindurchtreten der Zündflamme in den zweiten
Raum gestattet, aber das Anwachsen des Druckes in letzterem vor Einleitung der Verbrennung
verzögert. Es wird gewissermaßen der letzte Teil des Gemisches, der sich in der
zweiten Kammer befindet, gegen eine zu hohe Verdichtung geschützt, und es wird die
Neigung einer zu schnellen Verbrennung des gesamten Gemisches wesentlich verringert,
selbst dann, wenn das Verdichtungsverhältnis hoch ist. Der höchste Druck wird in
der
Verdichtungskammer mit Verzögerung nämlich dann entstehen, wenn
die Kurbel bereits einen größeren Winkel nach Erreichen der oberen Totpunktlage
durchlaufen hat. D Lauf der Maschine wird daher bedeut" ruhiger sein, und die Leistung
dersel @, wird, wie praktische Versuche ergeben habet;;: höher sein, als wenn man
eine Trennwand ohne Öffnung verwendet.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar: Abb.
i ist eine teilweise Draufsicht auf die Unterfläche des Zylinderkopfes mit dem neuen
Verdichtungsraum.
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Abb. 2 zeigt eine Schnittansicht nach 2-2 der Abb. i-.
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Abb.3 ist ein Teilschnitt nach 3-3 der Abb. i, und Abb. q. ist ein
Schaubild zur Veranschaulichung der Wirkung.
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Es sei hier zuerst auf das Schaubild nach Abb. 4 Bezug genommen, worin
schematisch dargestellt wird, welchen Einfluß eine Erhöhung der Geschwindigkeit
der Verbrennung auf jene Zeitlänge hat, die notwendig ist, um den Höchstdruck zu
erreichen, wobei auf den Kreislauf der Kurbel Bezug genornmen wird.
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Der Kurbelweg ist in Abb. d. bei A angedeutet. Die Abbildung zeigt
ferner zwei Kurven, die das Anwachsen des Druckes darstellen. Die Kurve B ist jene
Kurve, gemäß welcher der Druck in einem Verdichtungsraum bekannter Art anwächst,
wobei diese Zunahme des Druckes, bezogen auf den Kurbelweg, für die meisten Maschinen
noch als zufriedenstellend betrachtet wird. Die Kurve C der Abb. 4 gibt nun den
Druckverlauf gemäß der Erfindung wieder.
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Der Punkt D stellt den Zündpunkt dar. Der Punkt E gibt die Druckwerte
an, wenn sich die Kurbel in der oberen Totpunktlage befindet. Der Punkt F gibt den
höchsten erreichbaren Druckwert nach Überschreiten der Totpunktlage an der Kurve
B, und der Punkt G gibt den höchst erreichbaren Druckwert nach Überschreiten der
Totpunktlage in der Kurve C wieder. Werden diese Punkte von den Kurven
B, C auf den Kurbelkreis A
projiziert, so ergibt sich, daß die Stelle
G, an welcher bei der Kurve C der Höchstdruck erreicht wird, sich in einem größeren
Winkelabstand von der Totpunktlage der Kurbel befindet, als dies bei dem Höchstdruckpunkt
F der Kurve B der Fall ist. Um auf die Kurbel das gleiche Drehmoment auszuüben,
müßte also an der Stelle F eine bedeutend größere Kraft auf die Kurbel einwirken
als an der Stelle G. Obwohl demnach in diesen beiden Fällen die Verdichtungsverhältnisse
in den Verbrennungskammern annähernd die gleichen sind, ergibt sich dennoch, daß
in der Verdichtungskammer, in welcher der Druck gemäß der Kurve C anwächst, dieser
Druck M4uf die Kurbel ein viel günstigeres Dreh -y i, ment ausübt, als in der Verdichtungs-,ka`mmer,
in der der Druck nach der Kurve B änwächst, denn der Hebelarm, bedingt durch die
Lage des Punktes G, ist bedeutend größer.
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Aus diesen Bemerkungen wird verständlich werden, daß die Beeinflussung
der Verbrennung zweckmäßig ist, und zwar eine derartige Beeinflussung, daß der Höchstdruck
auf die Kurbel zur Einwirkung gelangt in einem großen Winkelabstand hinter der Totpunktlage
der Kurbel. Eine derartige Beeinflussung liefert die Möglichkeit, das Drehmoment
zu vergrößern, und zwar um einen Betrag, der zunimmt mit dem Kompressionsverhältnis.
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Gemäß der Erfindung wird die Verbrennung durch Verwendung einer neuartigen
Verdichtungskammer beeinflußt. Die Verdichtungskammer ist in den Abbildungen bei
io angedeutet und hat die beiden durch eine Trennwand 13 voneinander getrennten
Räume i i und 1:2. Der Raum i i ist jener Raum, der mit der seitlich aus dein Zylinder
herausgezogenen Ventilkammer verbunden ist, während der Raum 12 einen kleineren
Inhalt hat als der Raum i i. Beide Räume stehen jedoch durch die Öffnung rd. in
der Trennwand 13 miteinander in unmittelbarer Verbindung. Der Rauminhalt des Teiles
12 hat zum Rauminhalt des Teiles i i ' ein Verhältnis, dessen Größe von dem Verdichtungsverhältnis
abhängt, sowie von der Zeitspanne, die man verstreichen lassen will, ehe der Höchstdruck
erreicht wird. fis ist demnach aus dem Obigen zu entnehmen, daß die dargestellten
Größenverhältnisse der Teile i i und 12, nur für einen ganz bestimmten Fall gedacht
sind und daß diese Größenverhältnisse der beiden Teile sehr wohl von der dargestellten
Ausbildung abweichen können.
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Die beiden Räume ii und 12 stehen natürlich auch miteinander um den
unteren Rand der Teilwand 13 herum in Verbindung. Dieser untere Rand der Trennwand
liegt in derselben Ebene wie die Unterfläche des Zylinderkopfes, und bei Ankunft
des Kolbens 15 in seiner oberen Totpunktlage verbleibt nur ein ganz geringer Schlitz,
durch welchen hindurch die beiden Räume i i und 12 miteinander in Verbindung stehen
(Abb.2). Will man diesen Schlitz nahezu zum Verschwinden bringen, dann kann man
die Teilwand an ihrer Stirnseite mit einer besonderen Abschlußleiste 16 versehen.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Abschlußleiste 16 ein Stab aus
verhältnismäßig weichem Metall gewählt. Diese Leiste ragt aus
der
Stirnfläche der Trennwand etwas heraus und erstreckt sich im wesentlichen über die
ganze Breite der Verdichtungskammer. Es kann zweckmäßig sein, den Kolben bei 17
mit einer Nut zur Aufnahme der Leiste 16 zu versehen.
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Wird das Gemisch in dem Verdichtungsraum i o entzündet, ehe der Kolben
15 seine obere Totpunktlage erreicht hat, so wird natürlich ein bestimmter Druck
auf jenen Teil des Gemisches ausgeübt werden, welcher sich im Raum 12 befindet.
Dieser Druck wird durch die Verbrennung des Gemisches in dem Raum i i der Kammer
erzeugt. Der Druck in dem Raum i i wird jedoch nicht zu einem gefährlichen oder
kritischen Druck, wenn der Kolben an die Trennwand gelangt ist, da die enge Öffnung
14 vorhanden ist, welche die Verbindung zwischen den beiden Räumen ii und 12 herstellt.
Der OOuerschnitt der Öffnung ist so groß gewählt, daß er wohl die Flamme aus dem
Raum ii in den Raum 12 übertreten läßt, jedoch den Durchgang des unter Druck befindlichen
Gemisches aus dein Raum, in dem die Zündung erfolgt, in den anderen verzögert.
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Das Gemisch in dem Raum. i i wird beim Verdichtungshub des Kolbens
15 in bekannter Weise durch die Zündkerze 18 zur Entzündung gebracht, und das Gemisch
in diesem Teil des Verdichtungsraumes ist im wesentlichen vollständig verbrannt,
ehe noch die Zündflamme vom Raum i i durch die enge Öffnung 14 in den Raum 12 hineinschlagen
kann. Während der Verbrennung des Geinisches im Raum i i erhöht sich der Druck in
diesem Raum. Infolge des geringen Querschnittes der Verbindungsöffnung 14 und infolge
der ganz kurzen Zeit, die für die Verbrennung des Gemisches im Raum i i verbraucht
wird, wird die Geschwindigkeit, mit welcher das Gemisch im Raum 12 verbrannt wird,
beträchtlich verzögert. Das Ergebnis ist, daß der Höchstdruck erst erreicht wird,
wenn der Kolben sich bereits auf seinem Arbeitshub befindet, d. h. wenn die Kurbel
um eine wesentliche Bogenstrecke über die Totpunktlage hinaus fortgeschritten ist.
Diese Verzögerung des Höchstdruckes, eine Verzögerung, die auf die Öffnung in der
Trennwand 13 zurückzuführen ist, ist deutlich ersichtbar aus Abb. 4 an der Kurve
C. Diese Kurve hat zwischen ihrem Ursprung bei D und dem höchsten von ihr erreichten
Punkt G einen Knick, so daß sie sich von der im wesentlichen ununterbrochen ansteigenden
Kurve B unterscheidet.