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Mit vier und mehr als vier Takten arbeitende Dieselmaschille.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mit vier und mehr als vier Takten arbeitende Dieselmaschinen, die auch im Zweitakt laufen können und das Arbeitsverfahren nach dem Patente Nr. 115933 zur Ausführung bringen. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass ein dem Arbeitszylinder und der Ladeluftpumpe gemeinsamer Luftspeicherbehälter sowohl an den Arbeitszylinderraum als auch an den Ladeluftpumpenraum angeschlossen ist und entweder nur der Ladeluftpumpenkolben oder Arbeit-und Ladeluftpumpenkolben bei ihrem Druekhube unmittelbar in diesen gemeinsamen Behälter
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Die Erfindung beruht weiters auf der Feststellung, dass für die Ausführung dieses Verfahrens eine Maschine zweckmässig ist, bei der Arbeitszylinder und Ladeluftpumpe einen gemeinsamen Kolben besitzen, der auf der einen Seite als Arbeitsmaschine und auf der anderen als Ladeluftpumpe für die Arbeitsmaschine wirkt, und bei der jede Seite des Zylinders für sich mit dem gemeinsamen Speicherbehälter verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiters noch besondere Ausbildungen der Maschine, die in der Art der Steuerung der Verbindung zwischen Arbeitszylinder und Speicher sowie in der Anordnung der Luftansaugung bestehen und eine Erhöhung des Füllungsdruckes im Zylinder ermöglichen.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von Dieselmaschinen veranschaulicht, die durch Verstellung der Steuerung befähigt werden können, mit verschiedenen Taktzahlen zu laufen ; Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Arbeitszylinder nur mit Luft geladen wird, die von der Luftpumpe gefördert wird ; die Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Druckverlauf im Arbeitszylinder bei diesem Arbeitsverfahren ; Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die im Arbeitszylinder zur Verbrennung verwendete Luft (Ladung) sowohl durch Luftansaugung in den Arbeitszylinder als auch durch die Ladeluftpumpe geliefert wird ; Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem Arbeitszylinder und Ladeluftpumpe ein gemeinsames Luftansaugeventil besitzen ; die Fig. 6a und 6b zeigen die Einrichtung der Steuerung.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist 31 der Zylinder, der mit einem Kühlmantel 32 ausgestattet ist, in dem z. B. Kühlwasser umläuft, und 33 ist der Kolben. Der Raum oberhalb des Kolbens ist der Arbeitszylinderraum und der Raum unterhalb des Kolbens der Pumpenzylinderraum. 38 ist das Saugventil und 37 das Druckventil für den Pumpenzylinder. An das Druckventil 37 ist ein aus Rohr 39 und Knierohr 41 bestehender Druekraum bzw. Luftbehälter für die Pumpe angeschlossen, der über ein im Zylinderkopfe angebrachtes Ventil 34 mit dem Arbeitszylinderraum in Verbindung gesetzt ist. Der Luftbehälter ist mit einem Heizmantel 40 versehen, um gegebenenfalls die gespeicherte Luft z. B. mittels der Verbrennungsgase zu erwärmen.
Der Zylinder 31 ist unten mit einem Auspuffsehlitz 35 versehen, der in einen Raum mündet, in dem das Auspuffventil 36 angeordnet ist.
In den Fig. 2 und 3 sind Diagramme gezeigt, in denen der Druekverlauf ober dem Kolben als Ordinaten, dagegen das Volumen bzw. die einzelnen Hübe I, 11, usw. nacheinander als Abszissen aufgetragen sind.
Die Wirkungsweise dieser Maschine ist folgende : Wenn die Maschine im Zweitakt arbeitet, so verläuft der Vorgang nach Fig. 2. Ausgehend von dem Verbrennungs-und Ausdehnungshube, der in
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Fig. 2. durch die Linie a-b-e dargestellt ist, findet während der Abwärtsbewegung des Kolbens oberhalb desselben die Einführung des Brennstoffes und die Verbrennung nach der Linie a-b und die Ausdehnung der Verbrennungsgase nach der Linie b-c statt, während unterhalb des Kolbens die während des vorherigen Hubes angesaugte Luft durch das Ventil 37 in den Behälter 39 gedrückt wird.
Wenn der Kolben in seiner unteren Totlage ankommt, wird das Auspuffventil 36 geöffnet und es findet oberhalb des Kolbens die Entspannung der Verbrennungsgase nach der Linie e-d statt.
Nachdem dies geschehen ist, wird das Ventil 34 geöffnet und Luft strömt aus dem Behälter 39 in den Zylinder und schiebt die noch darin befindlichen Verbrennungsgase durch das zu dieser Zeit noch offene Auspuffventil 36 ins Freie. Im Diagramm ist-vorausgesetzt, dass dieses Ausschieben der Verbrennungsgase während der Ruhelage des Kolbens in der unteren Totpunktstellung erfolgt-diese Zustandsänderung also in der Linie e-d inbegriffen.
Hierauf wird sowohl das Auspuffventil 36, als auch das Ventil 34 geschlossen und es erfolgt während der Aufwärtsbewegung des Kolbens oberhalb des Kolbens die Verdichtung der Luftladung, dagegen unterhalb des Kolbens das Ansaugen von frischer Luft durch das Saugventil 38. Die Zustandsänderung oberhalb des Kolbens zeigt die Linie d-e.
Der Kolben 33 muss so lange gebaut sein, dass der Schlitz 35 auch in der höchsten Kolbenstellung nicht von der unteren Kolbenkante freigegeben wird.
Beim nächsten Hub erfolgt wieder oberhalb des Kolbens die Verbrennung nach der Linie e-b', dann die Ausdehnung nach der Linie b'-ss'wie vorher beschrieben, und mit diesem Takt beginnt die
Wiederholung des Arbeitsspieles.
Fig. 3 zeigt die Wirkungsweise beim Arbeiten im Sechstakt. Bei der Darstellung des Druck- verlaufes wird wieder mit dem Verbrennungs-und Ausdehnungshub begonnen, der so, wie früher beschrieben wurde, verläuft. Im unteren Totpunkt des Kolbens erfolgt, ebenso wie früher, zuerst Auspuff durch das Ventil 36 und dann Ausblasen der Verbrennungsgase aus dem Zylinder durch die vom Behälter 39 durch das Ventil 34 in den Zylinder strömende Luft.
Der zweite Hub hingegen verläuft anders als beim Zweitakt. Es wird nämlich im Totpunkt nur das Ventil 36 geschlossen, während das Ventil 34 offen bleibt. Beim Aufwärtsgange des Kolbens wird also die Luft im Zylinder und in dem damit verbundenen Raum 39 verdichtet (Linie d-e), dagegen unterhalb des Kolbens, so wie früher beim Arbeiten nach dem Zweitakte, frische Luft angesaugt.
Während des dritten Hubes bewegt sich der Kolben nach unten. Das Ventil 34 ist offen, so dass
Luft aus dem Behälter 39 wieder in den Zylinder zurückströmt. Zur gleichen Zeit wird unterhalb des
Kolbens die Luft, die während des früheren Hubes angesaugt wurde, durch das Druckventil 3'1 in den
Behälter 39 befördert.
Nachdem die Volumenvergrösserung, die oberhalb des Kolbens durch die Kolbenbewegung nach unten verursacht wird, genau so gross ist, wie die Volumenverkleinerung unterhalb des Kolbens, verlauft die Linie des Arbeitsdiagrammes (in der Figurmit e-f bezeichnet) anfänglich mit einer Druckverminderung, die so lange andauert, bis der im Pumpenraum steigende Druck den im Arbeitsraum abfallenden Druck erreicht, und dann weiter bei gleichbleibendem Drucke.
Während des vierten Hubes wird die Luft oberhalb des Kolbens durch das noch immer offene
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angesaugt.
Während des fünften Hubes findet, bei noch immer offenem Ventil 34, dieselbe Zustandsänderung statt, wie während des dritten Hubes (Linie gh).
Im unteren Totpunkte des Kolbens wird nun das Ventil 34 geschlossen ; und während des sechsten Hubes wird die Luft oberhalb des Kolbens nach der Linie h-i verdichtet und unterhalb des Kolbens wieder frische Luft angesaugt.
Wenn die Maschine im Viertakt arbeitet, dann sind die ersten drei Takte dieselben wie beim Sechstakt ; an Stelle der beim Sechstakt im vierten Takt stattfindenden Verdichtung fa erfolgt jedoch die Verdichtung h-i mit dem Ausgangspunkte f.
Im Achttakt werden zu den beim Sechstakt beschriebenen ersten fünf Takten noch zwei Takte dazugeschaltet, die entsprechend dem vierten und fünften Takt beim Sechstakte verlaufen, und dann erst erfolgt die endgültige Verdichtung der Luft im Zylinder während des achten Taktes.
Es genügt also eine Änderung der Steuerung der Ventile 36"und 34, um die Maschine nach einer beliebigen Taktzahl arbeiten zu lassen. Im Zweitakt bleibt das Ventil 34 immer nur während der kurzen Zeit des Ausschiebens der Verbrennungsgase (Linie c-d) offen, während welcher Zeit auch das Ventil 36
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dem Ausdehnunghube auf kurze Zeit geöffnet, Ventil 34 hingegen, das ebenfalls in demselben Totpunkt geöffnet wird, bleibt während der Dauer von zwei Hüben offen, um wieder im unteren Totpunkt des Kolbens geschlossen zu werden. Im Sechstakt wird das Auspuffventil 36 nach je sechs Hüben im unteren Totpunkt geöffnet und kurze Zeit offen gelassen, wie beim Arbeiten nach anderen Taktzahlen.
Das Ventil 34 wird wie früher nach dem Ausdehnungshube im unteren Totpunkt des Kolbens geöffnet und
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bleibt während der Zeitdauer von vier Hüben offen. Im Achttakt erfolgt die Bewegung des Auspuffventils nach jedem achten Hube und das Ventil 34 bleibt während der Dauer von sechs Hüben offen.
Bei der Ausführung nach Fig. 4 ist 42 ein Saugventil und 36 ein Auspuffventil für den Arbeitszylinder, wogegen die übrigen Ventile wie in Fig. 1 bezeichnet sind.
Der Arbeitsvorgang ist folgender : Erster Hub : Wenn der Kolben 33, der in dem unter ihm gelegenen Raum als Verdichter-und in dem ober ihm gelegenen als Arbeitskolben wirkt, von seiner oberen Tot-
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Verbrennung und Ausdehnung statt, während im Pumpenraum die während des vorangegangenen, Hubes angesaugte Luft durch das Druckventil 37 in den wieder für Pumpe und Arbeitszylinder gemeinsamen Behälter 39 gedrückt wird. Im unteren Totpunkte öffnet sich Auspuffventil 36 und es findet eine Entspannung der Verbrennungsgase statt. Im selben Momente öffnet sich das Ventil 34 und die Luft strömt aus dem Behälter 39 in den Arbeitszylinderraum und reinigt ihn von den Auspuffgasen.
Der Verlauf der folgenden Takte hängt davon ab, ob die Maschine im Zwei-oder Mehrtakt arbeiten soll : Im Zweitakt werden nach Beendigung des Ausblasens gleich nach der unteren Totpunktstellung am Anfang des zweiten Hubes sowohl das Ventil 36 als auch das Ventil 34 geschlossen und es erfolgt im Arbeitsraum Verdichtung bis zum oberen Totpunkt, während im Pumpenraum Luft durch das Saugventil 38 angesaugt wird. Im oberen Totpunkt beginnt die Brennstoffeinspritzung durch das Ventil 10 in den Arbeitsraum und das Spiel beginnt von neuem. Das Ventil 42 bleibt ständig geschlossen. Beim Arbeiten im Mehrtakt, z.
B. im Sechstakt, wird im zweiten Hub, gleich nachdem der Kolben die untere Totpunktstellung verlassen hat, also nachdem die Verbrennungsgase aus dem Arbeitzylinderraum ausgeblasen wurden, das Auspuffventil 36 geschlossen, während das Überströmventil 34 offen bleibt, bis der Kolben in seinen oberen Totpunkt gelangt, und es wird während dieses Hubes die Luft aus dem Arbeitszylinder in den Behälter 39 hinübergeschoben, während im Pumpenraum Ansaugen von frischer Luft durch das Ventil 38 stattfindet.
Es kann zweckmässig sein, während des Auspuffes durch eine Drosseleinrichtung-z. B. durch geringeres Öffnen des Auspuffventils-den Auspuff zu drosseln und dadurch die Füllung des Zylinders mit der Luft aus dem Behälter 39 bei höherem Druck zu veranlassen, was auch den Vorteil hat, dass der Verlust an Luft, der während des Ausblasen entsteht, geringer wird, also mehr Luft, die dann für die Verbrennung herangezogen werden kann, im Behälter 39 zurückbleibt. Hiebei kann dieser Druck entweder von Hand aus oder selbsttätig durch einen
Regler der jeweiligen Drehzahl der Maschine entsprechend eingestellt werden, indem z. B. bei geringerer Drehzahl der Auspuff entsprechend stärker gedrosselt wird.
Dritter Hub : Im Arbeitszylinder wird, nachdem Ventil 34 im oberen Totpunkt geschlossen wurde, Luft durch ein Saugventil 42 angesaugt, während im Pumpenraum die verdichtete Luft durch das Ventil37 in den Behälter 39 gefördert wird.
Vierter Hub : Die Luft im Arbeitsraum wird, nachdem das Ventil 42 im unteren Totpunkt geschlossen wurde, verdichtet und nach Öffnung des Ventils 34in den Behälter 39 gedrückt, wogegen im Pumpenraum wieder Luft durch das Ventil 38 angesaugt wird.
Fünfter Hub : Im Arbeitsraum wird, nachdem das Ventil 34 im oberen Totpunkt geschlossen wurde, Luft durch das Saugventil 42 angesaugt, im Pumpenraum hingegen erfolgt Verdichtung und Überschieben der Luft durch das Ventil 37 in den Behälter 39.
Sechster Hub : Nachdem das Ventil 42 im unteren Totpunkt geschlossen wurde, wird gleich im Totpunkt oder, nachdem die im Arbeitszylinderraum befindliche Luft bis zu einem gewissen Grad verdichtet wurde, das Ventil 34 geöffnet, worauf die während der vorangegangenen Hübe in den Behälter 39 geförderte Luft in den Arbeitsraum zurückströmt. Nachdem dies geschehen ist, d. h. nachdem der Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum und dem Behälter stattgefunden hat, wird Ventil 34 geschlossen und es erfolgt im Arbeitszylinder während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens bis zum Hubende die endgültige Verdichtung der gesamten Verbrennungsluft. Im Pumpenraum wird während dieses Hubes, wie beim vierten Hub, wieder Luft durch das Ventil 38 angesaugt. Im oberen Totpunkt beginnt dann die Brennstoffeinspritzung und das Spiel wiederholt sich.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von dem vorher beschriebenen insofern unterscheidet, dass ein Saugventil 42a gemeinsam für den Arbeit-und für den Pumpenraum angeordnet ist. Die Wirkungsweise bei diesem Ausführungsbeispiel ist folgende : Beim Arbeiten im Zweitakt : Der Kolben 33 bewegt sich beim ersten Hub von seinem oberen Totpunkt nach unten. Im Arbeitsraum findet im Totpunkt Brennstoffeinspritzung und während des Hubes Ausdehnung der Verbrennungsgase statt. Im Pumpenraum erfolgt Luftförderung durch das Druckventil 37 in den Behälter 39. Wenn die obere Kante des Arbeitskolbens die im Arbeitszylinder vorhandene Öffnung 35 freilegt, wird das Auspuffventil 36aentweder von dem im Arbeitsraum herrschenden Überdruck selbsttätig oder von einer Steuerung zwangläufig geöffnet und es findet eine Entspannung der Verbrennungsgase im Arbeitsraum statt.
Nachdem dies erfolgt ist, wird das Ventil 34 geöffnet, die Luft strömt aus dem Behälter 39 in den Arbeitsraum, schiebt die Verbrennungsgase vor sich her und reinigt den Arbeitszylinder von den Verbrennungsgasen, der mit frischer Luft gefüllt wird. Diese Füllung des Arbeitszylinders dauert so lange, bis der Kolben 33 den Schlitz 35 während seiner Aufwärtsbewegung (zweiter Hub) schliesst, worauf das Ventil 34 ebenfalls
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geschlossen wird. Während des weiteren Verlaufes des zweiten Hubes wird die Luft im Arbeitsraum endgültig verdichtet. Im oberen Totpunkt beginnt wieder die Brennstoffeinspritzung und das Spiel wiederholt sich. Während des zweiten Hubes entsteht infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Pumpenraum Luftleere, deren Grad sich so lange erhöht, bis die untere Kante des Kolbens 33 den Schlitz 35 öffnet und durch das-z.
B. selbsttätige - Ventil 42a Luft in den Pumpenraum strömt und die Luftleere ausgleicht.
Beim Arbeiten im Sechstakt : Erster Hub : Der Arbeitskolben bewegt sich nach unten. Nachdem im oberen Totpunkt die Brennstoffeinspritzung begonnen hat, erfolgt die Ausdehnung und in dem Momente, wo die Oberkante des Kolbens den Schlitz 35 freilegt, beginnt, wie beim Zweitakt, der Auspuff und nach Öffnung des Ventiles 34 das Ausblasen der Verbrennungsgase. Auch bei dieser Ausführung kann es zweckmässig sein, während des Auspuffes durch eine Drosseleinrichtung entweder durch stärkere Federbelastung eines z. B. selbsttätig wirkenden Auspuffventils oder durch geringeres Öffnen eines gesteuerten Auspuffventils, den Auspuff zu'drosseln und dadurch die Ausspülung und Füllung des Zylinders aus dem Behälter bei höherem Drucke zu veranlassen.
Im Pumpenraum erfolgt während des ersten Hubes Verdichtung und Förderung der Luft über das Druckventil 37 in den Behälter 39.
Zweiter Hub : Nachdem die obere Kante des sich nach aufwärts bewegenden Kolbens den Schlitz 35 geschlossen hat, wird die Luft durch das offen bleibende Ventil 34 in den Behälter 39 überführt. Im Pumpenraum entsteht während dieses Hubes Luftleere, die im oberen Totpunkt, nachdem die-untere Kante des Kolbens den Schlitz 35 freigelegt hat, durch die über das Ventil 42a zuströmende Luft ausgeglichen wird.
Dritter Hub : Ventil 34 wird im oberen Totpunkt geschlossen und es entsteht, während der Kolben sich nach abwärts bewegt, Luftleere im Arbeitsraum, die nachdem die obere Kante des Kolbens den Schlitz 35 freilegt, durch die über das Ventil 42a zuströmende Luft ausgeglichen wird. Im Pumpenraum erfolgt Luftförderung durch das Druckventil 37 in den Behälter 39.
Vierter Hub : Im Arbeitsraum erfolgt Verdichtung und, nachdem das Ventil 34 geöffnet wurde, findet das Überschieben der Luft in den Behälter 39 statt. Im Pumpenraum entsteht Luftleere, die wieder im oberen Totpunkt durch die zuströmende frische Luftladung ausgeglichen wird.
Fünfter Hub : Wie dritter Hub.
Sechster Hub : Nachdem die obere Kante des Kolbens den Schlitz 35 geschlossen hat, wird entweder gleich danach oder, nachdem während eines Teiles des Hubes die Luft im Arbeitsraum verdichtet wurde, das Ventil 34 geöffnet und es findet ein Druckausgleich zwischen Arbeitsraum und Behälter statt, indem die während der vorangegangenen Hübe in den Behälter geförderte Luft in den Arbeitsraum strömt.
Hierauf erfolgt während des restlichen Hubteiles die endgültige Verdichtung der ganzen Ladung im Arbeitsraum. Im Pumpenraum entsteht während dieses Hubes Luftleere, die wieder im oberen Totpunkt von der über das Ventil 42a zuströmenden Luft ausgeglichen wird.
Die zur Änderung der Taktzahl notwendige Änderung in der Steuerung kann auf verschiedene Weise, z. B. durch Verschiebung der Steuerwelle, erreicht werden. Die Veränderung der Steuerung kann sowohl von Hand aus als durch einen Regler, z. B. einen Fliehkraftregler, selbsttätig durchgeführt werden. So kann z. B. die Maschine im Zweitakt angelassen werden und der Fliehkraftregler nach Erreichung gewisser, im voraus bestimmter Drehzahlen die Steuerung auf Viertakt, dann weiter auf Sechstakt und endlich auf Achttakt verstellen, um die Vorteile, die der Mehrtakt bekannterweise bei höheren Drehzahlen bietet, auszunutzen und dabei ein leichtes Anlassen zu erzielen.
Es sei erwähnt, dass eine nach dem Mehrtakt arbeitende Maschine mehr leistet als im Zweitakt, weil der Verlust an Ladeluft während des Ausblasens beim Zweitakt bei jeder Ladung, die einem Pumpenförderhube entspricht, zur Geltung kommt, während dieser Verlust beim Mehrtakt nur für jene durch die Pumpe geförderte Ladung auftritt, die das Ausblasen der Verbrennungsgase aus dem Zylinder bewirkt, jedoch nicht bei den übrigen Ladungen, die zeitweilig im Behälter und Zylinder gespeichert werden.
Ausserdem kann für den Mehrtakt-wie oben beschrieben wurde-ausser der von der Pumpe geförderten Luft auch die im Arbeitsraum angesaugte Luft verarbeitet werden.
In den Fig. 6a und 6b ist eine beispielsweise Ausführungsform veranschaulicht, durch die ermöglicht wird, dass die Maschine entweder von Hand oder selbsttätig durch einen Regler von Zwei-auf Vier-, Sechstakt usw. geschaltet werden kann ; u. zw. ist jener Teil der Steuerung dargestellt, der das Auslassventil 36 bzw. 38a betätigt. A ist die die Bewegung des Ventils steuernde, mit einer Rolle B versehene Stange, die je nach der Stellung der auf der Steuerwelle F verschiebbaren Nockenscheibe H durch die Nocken 0, D oder E bewegt wird. Die Nockenscheibe läuft mit einem Sechstel der Maschinendrehzahl, so dass beim Arbeiten im Zweitakt sechs Nocken E bei einer Umdrehung der Steuerwelle zur Wirkung kommen müssen.
Wenn hingegen die Nockenscheibe durch den Schleifring G verschoben wird und die Nocken, 0 zur Wirkung kommen, dann wird das Auslassventil, da drei solcher 0- Nocken vorhanden sind, während einer Umdrehung der Nockenscheibe dreimal geöffnet werden und die Maschine arbeitet im Viertakt. Kommen hingegen die Nocken D (zwei an der Zahl) zur Wirkung, dann arbeitet die Maschine im Sechstakt.
Das Brennstoffeinspritzventil wird ganz gleich dem Auspuffventil gesteuert, u. zw. mittels einer ebenfalls verschiebbaren Nockenscheibe.