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Kurbelloser Motorkompressor mit zwei gegenläufigen Freiflugkolben.
Die Wirkungsweise der kurbellosen Motorkompressoren mit zwei gegenläufigen Freiflugkolben ist bereits bekannt. In dem zwischen den beiden Kolben befindlichen Raum ist der Brennkraftmaschinenteil eingerichtet, wogegen in den äusseren Räumen die Kompressoren vorgesehen sind. Diese Anordnung wurde bisher in dem Brennkraftmaschinenteil entweder mit einer besonderen Spülpumpe zwecks Spülung des Brennraumes ausgerüstet oder sie ermöglichte die Ausnutzung der kinetischen Energie der Abgassäule in der Auspuffrohrleitung und des dadurch hervorgerufenen Unterdrueks im Zylinder zum Ansaugen von Frischluft.
Bei solchen kurbellosen Motorkompressoren ist es bekannt, die Saugschlitze auf der einen Seite der Symmetrieebene des Zylinders und auf der andern Seite dieser Symmetrieebene die Auspuffschlitze anzuordnen und mit der Atmosphäre mittels selbsttätiger Rückschlagventile zu verbinden. Ähnliche Anordnungen sind auch bei Zweitaktmaschinen bekannt, deren Zylinder durch gegenläufige, mechanisch miteinander verbundene Kolben beiderseitig geschlossen ist. Bei den bekannten Maschinen handelte es sich stets um verhältnismässig geringe Drucksteigerungen im Brennraum, da diese Maschinen als Verpuffungsmaschinen (Benzin-, Gasmaschinen) betrieben wurden.
Es sind jedoch auch kurbellose Motorkompressoren mit zwei gegenläufigen Freiflugkolben, die nach dem Dieselverfahren arbeiten, bekannt. Sie besitzen Kolben, deren Länge grösser ist als der Kolbenhub, was zur Folge hat, dass die mittlere Kolbengeschwindigkeit nur klein sein kann.
Den Gegenstand der Erfindung bildet nun ein kurbelloser Motorkompressor mit zwei gegenläufigen Freiflugkolben, bei dem die Zuleitung von Frischluft in der zum Betriebe des Brennkraftmaschinenteils nach dem Dieselverfahren benötigten Menge und bei der dabei erforderlichen Luftpressung von über 25 Atm. auf Grund einer besonderen Anordnung der Steuerschlitz in der Zylinderhülse ermöglicht wird bei gleichzeitiger Ermöglichung einer grossen Kolbengeschwindigkeit und der Anwendung eines entsprechend geänderten Viertaktspieles.
Die Erfindung besteht darin, dass der Hub des einen Kolbens um so viel grösser ist, als die Entfernung der Saugschlitze von der Symmetrieebene und der Hub des zweiten Kolbens um so viel grösser ist als die Entfernung der Auspuffschlitze von der erwähnten Symmetrieebene, dass im Brennkraftmaschinenteil die zum Betriebe nach dem Dieselverfahren erforderlichen Kompressionsdrücke von über 25 Atm. erzielt werden.
Der Kolbenhub nach dem Kompressorraume zu muss nämlich um so viel grösser sein als der Kolbenhub nach dem Brennraume, damit die Expansionsarbeit des nach dem Auspuff übriggebliebenen Luftrestes dem Kolben eine kinetische Energie eiteilt, durch die er bei seinem Hube nach dem Kompressorraume zu einen Enddruck erzielt, der höher ist als 25 Atm., wodurch die Verwendung des Dieselverfahrens und der Anwendung hoher Kolbengeschwindigkeiten ermöglicht wird. Da nun die in einstufigen Kompressoren benutzten Arbeitsdrücke niemals 8 Atm. übersteigen, muss daher der Kolbenhub nach dem Kompressorraume mehrfach grösser sein als jener nach dem Brennraume, damit durch die Luftexpansionsarbeit auf der Kompressorseite ein Kompressionsdruck im Brennraum bis 25 Atm. erreicht werden kann.
Da nun der gesamte Kolbenhub dem Hube nach dem Kompressionsraume des Kompressois gleich ist und der Hub nach dem Brennraum mehrmals kleiner sein soll als jener, so folgt daraus, dass die Blosslegung der Auspuffsehlitze nach dem Brennraume stets vor der Erreichung der Hubhälfte erfolgen muss. Infolgedessen kann der übrigbleibende Hubteil zur Erzeugung von Unterdruck im Zylinder auf der Brennraumseite dienen, u. zw. zwecks Ansaugens der zur Verbrennung nach dem Dieselverfahren benötigten Frischluftmenge.
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Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt worden.
Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch den Motorkompressor in einer Ausführungsform, Fig. 2 einen Längsschnitt einer Abart der erfindungsgemässen Ausführung der Erfindung dar ; Fig. 3 ist ein
Querschnitt durch das Anlassventil.
Der Motorkompressor gemäss Fig. l besteht aus dem zylinderförmigen Rahmen 1, der mit Wasser gekühlt wird, aus zwei auswechselbaren Zylinderhülsen 2 und 3, in denen die Kolben 4 und 5 hin und her laufen, sowie aus zwei Kopfstücken 6 und 7, in denen die Druekventile 8 und 9 der Kompressorteile untergebracht sind. Die Saugventile 10 und 11 dieser Kompressorteile sind ebenfalls in den Deckeln der
Köpfe 6 und 7 untergebracht. Mit Hilfe dieser Ventile arbeiten beide Aussenseiten der beiden Kolben in bekannter Weise als einfachwirkende Luftkompressoren, wobei der Rücklauf der Kolben nach der Zylindermitte infolge der Expansion aus den verhältnismässig grossen schädlichen Räumen dieser Kompressoren vor sich geht.
Die Zylinderhülse 2 besitzt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem zwischen den Kolben befindlichen, als Brennkraftmaschinenteil ausgebildeten Raume die Auspuffschlitze 12, die mit dem durch das Auspuffventil jM geschlossenen Auspuffrohr. H verbunden sind. Die Zylinderhülse 3 dagegen ist mit den Saugschlitzen 15 versehen, die mit den selbsttätigen Saugventilen 16 verbunden sind. Die Schlitze 12 und 15 sind gegenüber der Zylinderachse, in der sieh das Brennstoffventil17 und das Anlassventil 19 befinden, unsymmetrisch angeordnet.
Der beschriebene Motorkompressor arbeitet im Brennkraftmaschinenteil auf folgende Weise :
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pression der zwischen den Kolben befindlichen Luft von dem Augenblick an, in dem der Kolben 4 die Auspuffschlitze 12 verdeckt. Ist während der Kompression ein bestimmter Druck erreicht, so erfolgt durch das Brennstoffventil 17 die Einspritzung des Brennstoffes, der durch eine pneumatisch angetriebene Pumpe bekannter Bauart zugeführt wird. Nach der Einspritzung verbrennt der Brennstoff, und die Kolben kehren nach den Zylinderenden zurück. Sobald der Kolben 4 die Auspuffschlitze 12 freigibt, erfolgt ein teilweiser Auspuff der Verbrennungsgase, wobei das selbsttätige Ventil 14 geöffnet wird.
Sobald der Zylinderdruck bis auf den Atmosphärendruck gesunken ist, schliesst sich dieses Ventil, und der Kolben 5 macht in der Zwischenzeit die Saugsehlitze 15 frei. Infolge der weiteren Bewegung der Kolben entsteht im Zylinder ein Unterdruck, die Saugventile 16 werden geöffnet, und die nach dem Zylinder zu strömende Luft nimmt den Raum ein zwischen den Kolben 5 und dem Abgasvolumen, das sich hinter dem Kolben 4 her bewegt und dessen Länge der Entfernung des Kolbens 4 von den Saugschlitzen 15 im Augenblick des Öffnens der Saugventile 16 gleich ist. In der Endlage der Kolben ist der Zylinder auf der rechten Seite ungefähr mit Frischluft, auf der linken dagegen mit verbrannten Gasen gefüllt.
Bei der Rückkehr der beiden Kolben nach der Zylindermitte zu werden die Ventile 16 geschlossen, worauf infolge des zwischen den beiden Kolben entstehenden Überdrucks die selbsttätigen Auspuffventile 14 geöffnet werden, was zur Folge hat, dass das Abgasvolumen, das sich zwischen dem linken Kolben ± und der Frischluftsäule befindet, die sozusagen eine Verlängerung des rechten Kolbens 5 bildet, gänzlich oder zum grössten Teil nach aussen abströmt. Sobald schliesslich der Kolben 4 die Schlitze 12 abgedeckt hat, beginnt das Zusammendrücken der allenfalls zurückgebliebenen Verbrennungsgase sowie der Frischluft, und der beschriebene Kreislauf beginnt von neuem.
Aus dem Obigem folgt, dass der erfindungsgemäss gebaute Motorkompressor in seinem Brennkraft- maschinenteil keine Luftpumpe besitzt und dass die Wirkungsweise nicht auf einem im Zylinder entstehenden Unterdruck, hervorgerufen etwa durch die kinetische Energie der Auspuffgase, beruht, sondern dass die entsprechende Anordnung der Saug-und Drucksehlitze im Motorteil zur Füllung des Zylinders mit Frisehluft benutzt wird, indem die einzelnen Wir1. ìlngsphasen eines gewöhnlichen Viertaktzylinders in geänderter Reihenfolge, d. h. das Ansaugen nach der Expansion und die Kompression nach dem Auspuff und je zwei Takte in Tandemanordnung, vor sich gehen.
Da die Verbrennung im Dieselkreislauf regelmässig bei grossem Luftüberschuss erfolgt, ist es gar nicht nötig, alle Verbrennungsgase aus dem Zylinder zu entfernen. Es ist im Gegenteil vorteilhaft, einen Teil davon im Zylinder zu belassen, da hiedurch die Endtemperatur der Kompression erhöht, also die Verbrennung erleichtert wird. Man kann eine absichtlich teilweise Belassung der Verbrennungsgase im Zylinder auch durch den Einbau einer das Auspuffventil M umgehenden Rohrleitung 18 erzielen, durch welche die Auspuffgase während der Saugperiode nach dem Zylinder zurückkehren, so dass hiedurch die Menge der angesaugten Luft vermindert wird.
In Fig. 2 ist eine andere Bauart des kurbellosen Motorkompressors dargestellt, der zwar auch mit Ansaugen der zur Verbrennung des Brennstoffes benötigten Luft arbeitet, wobei jedoch die Saugventile der Kompressoren nicht in den Zylinderkopfstücken, sondern bedeutend näher der Zylindermitte gegen- über angeordnet sind und gleichzeitig zur Vollführung der Arbeitstakte der Kraftmaschine dienen.
Diese konstruktive Abart besteht wieder aus einem zylinderförmigen wassergekühlten Rahmen 20, zwei Zylinderhülsen 21 und 22, in denen die Kolben 23 und 24 hin und her laufen, sowie aus zwei Kopfstücken 25 und 26, in denen nur die Druckventile 27 und 28 der Kompressoren angeordnet sind. In der
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Zylinder hülse 21 sind im Brennkraftmaschinenteil die Auspuffschlitze 29 sowie die Saugschlitze 30 angeordnet. Die Zylinderhülse 22 ist dagegen nur mit den Saugschlitzen 31 versehen. Die selbsttätigen Saugventile 32 und 33 sind so untergebracht, dass die Saugschlitze 30 und 31 miteinander durch die Leitung 34 verbunden sind, die allfällige verschiedene Drosselungen der Luft in den Ventilen 32 und 33 auszugleichen gestattet.
Die Auspuffschlitze stehen mit der Auspuffleitung 35 in Verbindung, an derem Ende das selbsttätige Auspuffventil 36 angebracht ist.
Die Kompressoren sind an den Aussenseiten der beiden Kolben angeordnet und arbeiten in bekannter Weise mit Hilfe der Saugschlitze 30 und 31 sowie der Druckventile 27 und 28, wobei der Kolbenrücklauf in analoger Weise vor sich geht, wie dies bereits bei der Beschreibung der Bauart nach Fig. 1 dargestellt worden ist.
Während der Kolbenbewegung aus der dargestellten Lage nach der Zylindermitte zu beginnt im Brennkraftmaschinenteil die Luftkompression in dem Augenblick, in dem die Auspuffschlitze 29 durch den Kolben 23 verdeckt werden. Sobald der Kompressionsdruek eine bestimmte Grösse erreicht hat, erfolgt, wie vorhin beschrieben, die Brennstoffeinspritzung durch das Brennstoffventil 49. Deckt nun während der Rückbewegung der linke Kolben 23 die Auspuffschlitze 29 auf, so erfolgt ein teilweiser Aus- puff der Verbrennungsgase, wobei sich das selbsttätige Auspuffventil 36 öffnet. Die Innenränder der
Saugschlitze 30 und 31 sind so angeordnet, dass sie von den Kolben 23 und 24 freigegeben werden, wenn der Druck zwischen den Kolben auf den Atmosphärendruck gesunken ist. In diesem Augenblick schliesst sich das selbsttätige Auspuffventil 36.
Infolge der weiteren Kolbenbewegung nach den Enden der Zylinder zu entsteht zwischen den Kolben ein Unterdruck, der das Ansaugen von Frischluft durch die Saug- ventile 32 und 33 zur Folge hat, wobei die in den Zylinder einströmende Luft auf der einen Seite den
Raum zwischen den Saugschlitzen 30 und dem Kolben 23, auf der andern Seite dagegen den Raum zwischen den Schlitzen 31 und dem Kolben 24 einnimmt. Während der folgenden Bewegung der beiden
Kolben nach der Zylindermitte wird aus dem zwischen ihnen befindlichen Raume die Frischluftsäule, die zwischen den Saugschlitzen 30 und den Kolben 23 entstanden ist, nach der Auspuffleitung 35 zu ent- fernt und ebenso teilweise die Verbrennungsgassäule, die zwischen den Schlitzen 30 und 31 vorhanden war.
Gleichzeitig gelangt die Frischluftsäule, die sich zwischen den Schlitzen 31 und dem Kolben 24 befand, in den Raum zwischen den Schlitzen 31 und 29 und wird zusammen mit dem zurückgebliebenen
Teil der Verbrennungsgassäule komprimiert.
Man kann den Gehalt an Abgasen in der verdichteten Luft in derselben Weise wie vorhin beschrieben erhöhen, nämlich durch Einbau einer Umgehungsleitung 37 zum Auspuffventil 36. Durch Einbau mehrerer Auspuffventile in die Auspuffleitung 35, die eine gewisse Länge besitzt, wird die Bewegung dieser Ventile gedämpft, wodurch ein schneller Verschleiss dieser Ventile verhindert wird.
Die vorhin beschriebene Konstruktion ist dadurch gekennzeichnet, dass dieselben Saugschlitze, die zum Ansaugen von Frischluft auf der Brennkraftmaschinenseite dienen, auch zum Ansaugen der Luft auf der Kompressorseite benutzt werden. Die eben beschriebene Bauart ist insofern vorteilhafter als jene nach Fig. 1, als durch das stete Austreiben eines Teils der angesaugten Luft durch die Auspuffleitung eine Kühlung der Auspuffventile herbeigeführt wird.
Das Anlassen des Motorkompressors erfolgt mittels Druckluft. Die Bauart der Anlassventile 19
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hinausgetrieben zu haben. Infolge einer Vergrösserung der eingespritzten Brennstoffmenge wird die kinetische Energie der Kolben vergrössert, und sie kehren erst nach Förderung einer gewissen Luftmenge zurück, die um so grösser ist, je mehr Brennstoff vorher eingespritzt worden war.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kurbelloser Dieselmotorkompressor mit zwei gegenläufigen Freiflugkolben, zwischen denen der Brenn1. -raftmaschinenteil angeordnet ist und bei dem die Saugschlitze auf der einen Seite der Symmetrieebene des Zylinders, die Auspuffschlitze auf der andern Seite dieser Symmetrieebene angeordnet und mit der Atmosphäre mittels selbsttätiger Rückschlagventile verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hub des einen Kolbens dz 2) um so viel grösser ist als die Entfernung der Saugsehlitze (1/i,.'31) von der Symmetrieebene und der Hub des zweiten Kolbens (4, 23) um so viel grösser ist als die Enfernung der Auspuffschlitze (12, 29) von der erwähnten Symmetrieebene, dass im Brennkraftmaschinenteil Luftkompressionsdrücke (über 25 Atm.)
erzielt werden, welche die Anwendung hoher Kolbengeschwindigkeiten bei Dieselmotorkompressoren ermöglichen.