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Gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine Der Gegenstand
der Erfindung ist eine gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine, bei
welcher der Kompressionsraum beim Starten klein gehalten wird und sich beim Betrieb
der Maschine durch die Erhöhung der Zylindertemperatur und die dadurch bedingte
Ausdehnung von Teilen der Maschine vergrößert. Man erreichte dies bisher dadurch,
daß man über einen Thermostat oder ein anderes Regelorgan ein Abschlußorgan steuerte,
welches im. gegebenen Fall eine Vorkammer dem Kompressionsraum zu- oder abschaltete.
Es wurde in jedem Fall eine Vorkammer benötigt, die über enge Spalte mit dem Zylinderraum
verbunden ist. Abgesehen davon, daß solche Anordnungen nur bei Dieselmotoren besonderer
Bauart anwendbar waren, müßte, wenn der Kompressionsenddruck in der Vorkammer bzw.
im Zylinderhauptraum sich je nach den Temperaturbedingungen des Motors ändern soll,
zwischen dem Raum, in welchem die Druckänderungen erreicht werden sollen, und dem
zugeschalteten Nebenraum eine intensive Luftbewegung erfolgen. Eine solche Luftbewegung
über enge Spalte ist infolge starker Drosselwirkung sehr eingeschränkt. In dem zugeschalteten
Nebenraum baut sich vielmehr ein mittlerer Druck auf, der die gewollte Druckerhöhung
oder Druckmirnderung im Zylinderhauptraumoder in der Vorkammer kaum noch wirksam
werden läßt.
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Diese Mängel werden durch den Erfindungsgegenstand behoben. Der Brennraum
wird vielmehr über seinen gesamten Querschnitt vergrößert oder
verkleinert,
wobei Drosselungsverluste vermieden sind. Erfindungsgemäß ist im Zylinderkopf ein
Hilfskolben geführt, wobei beide Teile aus Werkstoffen verschiedener Wärmeausdehnungszahl
bestehen, so daß infolge der verschiedenen Wärmeausdehnung bei niedriger Zylindertemperatur
ein gegenseitiges Verklemmen der beiden Teile zum Zwecke der Erhaltung eines kleinen
Brennraumes, aber nach Erreichen einer erhöhten Zylindertemperatur ein Lösen der
Verklemmung erfolgt und sich der Brennraum durch den auf den Hilfskolben einwirkenden
Verbrennungsdruck selbsttätig vergrößert.
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Gegebenenfalls kann der Hilfskolben auch durch einen kegeligen Stopfen
ersetzt werden, für welchen im Zylinderkopf ein entsprechend kegeliger Sitz vorgesehen-ist,
so daß sich bei der verschiedenen Wärmeausdehnung beider Teile die Axiallage des
Stopfens in seinem Sitz verändert.
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In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand in beispielsweiserAusführungsform
zur Darstellung gebracht, und zwar zeigen Fig. i und 2 ein Ausführungsbeispiel der
Einrichtung mit einem Hilfskolben im Zylinderkopf und Fig. 3 und ,4 eine andere
Ausführungsform, wobei an Stelle des Hilfskolbens ein kegeliger Stopfen im Zylinderkopf
angeordnet ist.
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Bei der Ausführungsform der Einrichtung nach den Fig. i und 2 sitzt
auf dem Zylinder i, in welchem der Kolben 2 arbeitet, ein Zylinderkopf 3. In diesem
ist gegenüber dem Zylinderinnenraum in einer zylindrischen Bohrung 4 bzw. 5 ein
Kolbeil 6 bzw. 7 axial verschiebbar geführt. Eine sich gegen den Deckel 8 abstützende
Druckfeder 9 ist bestrebt, den Kolben 6, 7 nach unten zu drücken.
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Erfindungsgemäß besteht der Kolben 7 aus einem Material mit sehr geringer
Wärmeausdehnun:gszahl, wohingegen der Zylinderkopf 3 aus einem Material gebildet
ist, welches eine sehr hohe Wärmeausdehnungszahl aufweist. An seinem Boden weist
der Kolbenteil ? einen halbkugelförmigen Verbrennungsraum io auf, während im Deckel
8 eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Durchbohrung i i und auf der Oberseite
des Kolbenteiles 6 ein Wulstring 12 vorgesehen sind.
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Die Passungen des Stufenkolbens 6, 7 in seiner Führung 4, 5 bzw. die
Wärmeausdehnungszahlen von Stufenkolben und Zylinderkopf sind so gewählt, daß durch
Schrumpfungen des Zylinderkopfes 3 der Kolbenteil 6 in seiner unteren Stellung,
in die er durch die Druckfeder 9 geführt wurde, zunächst festgehalten wird. Die
Verklemmung löst sich erst etwa bei einer Temperatur von über 1001 C, d.
h. also, daß beim Anlassen der kalten Maschine der kleinstmögliche Verbrennungsraum
gebildet wird. Die Maschine kann in diesem Zustand mühelos angelassen werden. Bei
zunehmender Betriebswärme erfolgt einAusdehnen des Zylinderkopfes und damit eine
Freigabe des Stufenkolbens 6, 7, der unter der Einwirkung des Verbrennungsdruckes
in seine obere Endstellung wandert, so daß damit der im Zylinder für die Kompression
zur Verfügung stehende Raum erheblich vergrößert wird.
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Zweckmäßig ist es, dem größeren Teil 6 des Stufenkolbens und dem Raum
4, in welchem dieser arbeitet, eine nach oben hin sich erweiternde schwach konische
Form zu geben, damit sich der Stufenkolben beim Lösen der Schrumpfung sofort frei
bewegen kann.
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Beim Gaswechsel wird ein Zurückschnellen des Stufenkolbens unter der
Wirkung der Feder 9 verhindert, weil sich unterhalb des Kolbenteiles 6 in dem Zylinder
4 Luft- bzw. Verbrennungsgase ansammeln und sich in diesem Raum ein Verbrennungsdruck
aufbaut, der das plötzliche Zurückschnellen verhindert.
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Der Ringwulst 12, der sich in der oberen Endstellung des Kolbens gegen
die Innenseite des Deckels 8 anlegt, verhindert zunächst ein Entweichen der in dem
Zylinderraum 4 enthaltenen Gase und ein Nachlassen dieses Druckes.
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Nach dem Abstellen des Motors entweicht der Gasdruck aus dem Zylinderraum
4, so daß der Kolben 7 unter der Einwirkung der Feder 9 wieder den kleinstmöglichen
Verbrennungsraum einstellen kann.
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Um zu verhindern, daß sich beim Betrieb Ölkohle an den Wandungen des
Zylinders 5 für den Kolbenteil ? ablagert, die ein Verklemmen des Kolbens zur Folge
hätten, kann der Zylinder 5 eine nach dem Arbeitszylinder i zu offene Ausdrehung
aufweisen.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. #-:, -aid 4 sitzt auf dem Zylinder
i', in dem der Kolben :2' arbeitet, ein Zylinderkopf 3', der aus einem Material
mit sehr geringer Wärmeausdehnungszahl besteht.
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In seinem Innern weist der Zylinderkopf 3' eine sich nach oben erweiternde
kegelige Ausdehnung 13' auf, in welcher ein entsprechend kegeliger Stopfen 14 eingesetzt
ist. Mit Hilfe eines vorstehenden Bundes 15 legt sich der Stopfen 14 auf ,eine durch
eine Augdrehung 16 im Zylinderkopf 3' gebildete Schulter auf. . Andererseits bildet
der Stopfen 14 den Sitz für eine Druckfeder 17, die sich gegen eine Abdeckplatte
a8 anlegt.
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Der kegelige Stopfen 14 besteht aus einem Material mit einer relativ
hohen Wärmeausdehnungszahl.
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In seiner unteren Endstellung gemäß Fig.3 bildet der Stopfen 14 den
kleinsten Verbrennungsraum. In dieser Stellung wird er im kalten Zustand des Motors
durch die Druckfeder 17 gehalten. Wird in diesem Zustand -der Motor kalt
angelassen, so wirkt während einiger Hübe der Stopfen 14 als Rückschlagventil für
den durch die Ausdrehung 16 gebildeten Raum. Ist die Aufladung dieses Raumes so
weit gesteigert, da$ bei einem bestimmten Verdichtungsverhältnis die Selbstzündtemperatur
überschritten wird, so läuft der Motor an. Bei der nun folgenden Erwärmung dehnt
sich der kegelige Stopfen 14 sehr schnell aus. Er kann infolgedessen nicht mehr
so tief in seinen Sitz 13' hineintreten,
d. h., es wird automatisch
ein größerer Verdichtungsraum eingestellt, wie dies etwa Fig.4 zeigt.
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Ein Festklemmen des Stopfens 14 wird dadurch vermieden, daß durch
die rasche Folge der Druckspitzen während der Verbrennung der Stopfen 14 ganz leicht
angelüftet wird. Der oberhalb des Stopfens sich in dem Raum 16 bildende Druck kann
durch ein nicht dargestelltes, im Deckel 18 vorgesehenes Überströmventil genau eingestellt
werden, und zwar so weit, daß durch den größtmöglichen Spitzendruck der Stopfen
gerade noch leicht angehoben wird. Nach dem Erkalten des Motors stellt sich automatisch
unter der Wirkung der Druckfeder 17 der kleinstmögliche Verbrennungsraum wieder
ein.