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Vorrichtung zum Anlassen von Mehrzylinderbrennkraftmaschinen.
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Diese vier Leitungen sind durch den automatischen Mehrwegehahn 9 geführt, wovon im folgenden die Rede sein wird.
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einem Kreis in der Reihenfolge 21, 23, M, 22 verteilt sind, gemäss der durch den Pfeil 15 angegebenen
Drehrichtung. Diese Reihenfolge entspricht der Reihenfolge, laut welcher die Zündungen gegenüber den Kolben 1, 3,4, 2 in den Zylindern stattfinden, zu welchen die vier Leitungen führen, die mit Hilfe eines drehbaren Organs in der Reihenfolge 11, 13, 14, 12 unter Druck gesetzt werden.
In 16 befindet sich die Kurbelwelle des Motors, die in 17 das Schwungrad trägt. Die normale
Drehrichtung entspricht dem auf dem Schwungrad aufgezeichneten Pfeil.
Das Diagramm der Fig. 2 zeigt die Verteilung der vier Takte im Motor. Eine vollständige
Umdrehung in diesem Diagramm entspricht zwei Umdrehungen der Kurbelwelle, also einem voll- ständigen Kreisprozess im Motor. Jeder der aufgezeichneten konzentrischen Kreise entspricht den
Vorgängen eines der Kolben 1, 2,3, 4 und ist mit einem entsprechenden Bezugszeichen versehen. In diesem Diagramm ist der Verdichtungshub in dickem Vollstrich dargestellt, der Ausdehnungs-oder
Arbeitshub mit einer darauffolgenden dicken gestrichelten Linie im Sinne des Pfeiles 15, während der
Auspuffhub mit einer feinen strichpunktierten Linie angegeben und der Einlasshub fein punktiert ist.
Wird ein Vektor v um die 7200 gedreht, die eine volle Umdrehung im Diagramm darstellen, so kann man leicht die Arbeitsweise des gesamten Motors verfolgen und insbesondere in jedem Augen- blick die Lage der vier Kolben überblicken. Die dargestellte Lage des Vektors v entspricht der Lage der Organe des Motors, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Kolben 1 liegt am Anfang seines Auspuffhubes, also im Bereich des unteren Totpunktes, so dass das entsprechende Auspuffventil 6 geöffnet werden muss, was der Zeichnung entspricht. Der Kolben 2 befindet sich am Ende des Auspuffhubes im Bereich des oberen Totpunktes und das entsprechende Auspuffventil 6 ist gleichfalls offen. Der Kolben 3 nähert sich dem Ende des Verdichtungshubes : liegt also im Bereich seines oberen Totpunktes, wobei die ent- sprechenden Ventile 5 und 6 selbstverständlich beide geschlossen sind.
Endlich wird der Kolben 4 den Einlasshub bald beendigen, er liegt also im Bereich des unteren Totpunktes, und es ist das ent- sprechend Einlassventil 5 offen.
Da die dargestellte Ausgangslage eine etwas besondere ist, so wollen wir zuerst sehen, welche
Vorgänge ausgelöst würden, wenn die Ausgangslage statt in v in v'liegen würde.
In dieser Lage würde der Kolben 1 mitten im Arbeitshub liegen. Würde man folglich Druckluft durch die Öffnung 21 des Verteilers und über die Leitung 11 in den Motor führen, so würde man das
Ventil 7 öffnen und den Zylinder ?' unter Druck setzen, so dass der Kolben 1 sofort seinen Arbeitshub beendigen würde, u. zw. im normalen Drehsinn des Motors. Dies könnte jedoch nicht ohne weiteres stattfinden, weil der Kolben 3 im Verdichtungshub liegt und diese Bewegung nicht zulassen könnte.
Das Anlassen wird aber trotzdem ermöglicht, weil die im Leiter 11 befindliche Druckluft über Leiter 103 bis hinter den Kolben 8 des Ventils 7 des Zylinders 3'geführt wird. Unter dem Druck der Luft wird der Kolben verschoben, das Ventil geöffnet und somit das Innere des Zylinders 3'mit der Aussenluft in Verbindung gesetzt. Eine entsprechende Lage der genannten Organe, die man Aufhebung der
Kompression nennen kann, ist am Zylinder 4'der Fig. 1 sichtbar. Die Verbindung mit der Aussenluft wird durch die Überlagerung von zwei Öffnungen 16 hergestellt.
Der in der Weise angedrehte Motor überwindet leicht das zwischen Ende des Arbeitshubes des
Kolbens 1 und Anfang des Arbeitshubes des Kolbens 3 liegende tote Feld. Am Anfang dieses zweiten
Arbeitshubes wird der Verteiler die Druckluft über die Öffnung 23 und den Leiter 13 dem Zylinder 3' zuführen und gleichzeitig im Zylinder 4'und über die Leitung 304 die Kompression aufheben, so dass der Kolben 4 keinen Widerstand entgegensetzen kann.
Wird die Druckluft nacheinander noch durch die Öffnungen 24 und 22 in die Leitungen 14 und 12 geführt usw., so wird der Motor angelassen, d. h. im normalen Drehsinn in Betrieb gesetzt, nur geschieht dies mit Hilfe von Druckluft an Stelle des durch die Explosion hervorgerufenen Druckes.
Wie ersichtlich, findet die Druclduftverteilung durch die Öffnungen 21, 23,24 und 22 statt, während die Motorwelle 2 volle Umdrehungen ausführt, was einem Kreisprozess entspricht. Diese
Luftverteilung wird deshalb mit Hilfe eines Organs stattfinden müssen, welches die Hälfte der Motor- geschwindigkeit besitzt, also z.. B. mit Hilfe eines mit einem Loch versehenen Organs, welches wie der Vektor v der Fig. 2 dreht.
Nun wird angenommen, es solle der Motor von der Lage v dieses Vektors aus angedreht und angelassen werden, d. h. von einer Lage aus, aus welcher keiner der Kolben einen normalen Arbeitshub ausführen kann. Befinden sich die Kolben in einer solchen gegenseitigen Lage, so ist leicht ersichtlich, dass doch stets der eine Kolben, hier der Kolben 3, im Bereich des Verdichtungshubes liegt. Dieser
Kolben kann aber immer einen Arbeitshub ausführen, jedoch umgekehrt gegenüber dem normalen ) Drehsinn.
Die jetzt beschriebene Vorrichtung benutzt diese Arbeitsmöglichkeit des einen Kolbens im rückwärtigen Sinn, um die Organe des Motors in eine Lage wie z. B. die Lage v'zurückzuführen, aus welcher das Anlassen im normalen Drehsinn möglich wird.
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Da diese Art und Weise des Anlassens sich im vorliegenden Fall nur der Kolben 1 und 3 bedient, weil die Kolben 2 und 4 im Laufe der in Betracht gezogenen halben Umdrehung zwischen 0 und 180 keine Arbeit leisten können, wurden diese Kolben 1 und 3 in Fig. 3 herausgezeichnet, u. zw. einander gegenüberliegend, wie dies in mechanischer Beziehung im Motor der Fall ist.
Die Fig. 4 zeigt die Scheibe 10 des Verteilers mit den Öffnungen 21, 23,24, 22, welche, wie bereits gesagt, mit den Leitungen 11, 13, 14 und 12 verbunden sind. Ausserdem zeigt diese Figur ein drehbares Verteilungs organ 10'mit zwei Öffnungen 18 und 19, wovon die erste verhältnismässig klein und die zweite verhältnismässig gross ist. Der normale Drehsinn des Verteilungsorgans 10'entspricht dem Drehsinn des Pfeiles 15 und die dargestellte Lage der Ausgangslage des Vektors v. Jedesmal, wenn eine Öffnung 18 oder 19 über die eine der Öffnungen 21, 22,23, 24 gelangt, kann Druckluft in diese Öffnung eindringen und von da aus in die entsprechende, damit verbundene Leitung.
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entsprechenden Lage. Wie bereits gesagt, drehen das Verteilungsorgan 10'und der Vektor gleich schnell.
Der Fig. 5 sind also alle Verhältnisse zu entnehmen bezüglich der Lage der Öffnungen 21, 22, 23, 24, der Lage des Vektors v, der Lage der Öffnungen 18 und 19 und endlich der Lage der Kolben 1 und 3.
Das Andrehen und Anlassen findet nun in der folgenden Weise statt :
Die mit der Öffnung 23 übereinstimmende Öffnung 18 lässt Druckluft durch die Leitung 13 zum Zylinder 13 zu.
Das entsprechende Ventil 7 öffnet sich sowie das Ventil 7 des Zylinders 4'unter dem Einfluss der Druckluft in der Leitung 304. Während die Bewegung des letztgenannten Ventils einflusslos ist, da der entsprechende Kolben 4 im Einlasshub liegt, entspricht hingegen die Bewegung des erstgenannten Ventils 7 einem Einlassen von Druckluft in den Zylinder 3'.
Unter dem Einfluss dieser Druckluft tritt der Kolben 3 zurück, es wird der Motor angelassen, jedoch im rückwärtigen Sinn, d. h. entgegen dem normalen Drehsinn gemäss 15 der Fig. 1-4. Dieses Zurücktreten des Kolbens entspricht einer Bewegung des Vektors v im Sinne des Pfeiles 20 der Fig. 5 und wird keinesfalls von einer etwaigen Verdichtung im Zylinder l'verhindert, da das Auslassventil 6 dieses Zylinders offen ist (s. Fig. 1-3).
Dieses Anlassen, umgekehrt dem normalen Sinn, findet sehr langsam statt, da die kleine Öffnung 18 für die Druckluft eine ziemlich grosse Abdrosselung bedeutet.
Der Vektor v dreht somit langsam aus der Lage gemäss Fig. 5 bis in die Lage gemäss Fig. G, in welcher er nun in den Arbeitshub des Kolbens 1 gelangt. In diesem Augenblick wird der Vektor v plötzlich im normalen Drehsinn zurückgedreht, weil in diesem Augenblick die Öffnung 18 die Speisung des Zylinders 3'mit Druckluft beinahe nicht mehr vornimmt, während die Öffnung 19 über die Öffnung 21 gelangt und diese ziemlich rasch abdeckt, so dass eine schnell zunehmende Druekluftmenge in den Zylinder 1 eingeführt wird. Die Kurbelwelle des Motors ist also einerseits der Gegenwirkung der Druckluft im Zylinder 3'und der Wirkung der Trägheit des Schwungrades 17 unterworfen, anderseits der plötzlich eintretenden Wirkung der über 19, 21 und 11 in den Zylinder l'eintretenden Druckluft, die den Kolben 1 entsprechend dem normalen Drehsinn zu bewegen sucht.
Letzteres wird in diesem Augenblick dadurch ermöglicht, dass die beiden Ventile 5 und 6 des Zylinders l'geschlossen sind.
Die Drehung, entgegengesetzt dem normalen Drehsinn, wird also ziemlich schnell abgebremst und es kann dann der nun im normalen Drehsinn stattfindende Impuls folgendes auslösen :
Entweder genügt dieser Impuls, um das Anlassen des Motors, wie bereits beschrieben, ohne weiteres vorzunehmen.
Oder es ist der Impuls ungenügend und der Vektor wird bloss bis in die Lage gemäss Fig. 7 gedreht, d. h. etwas über seine ursprüngliche Ausgangslage hinaus, jedoch so, dass das Anlassen noch nicht stattfinden kann.
In diesem Fall wiederholen sich die soeben beschriebenen Prozesse von neuem, d. h. die Öffnung 18 gelangt mindestens zum Teil über die Öffnung 23 und setzt den Zylinder 3'mit der Druckluft in Verbindung, so dass der Kolben 3, entgegengesetzt dem normalen Drehsinn, also entsprechend dem Pfeil 25, bewegt wird.
Die Rückwärtsbewegung wird jedoch einem grösseren Winkel entsprechen als vorher bis der Stillstand stattfindet und der Motor wieder in der normalen Drehrichtung angetrieben wird, dies weil das Schwungrad mehr Energie aufgespeichert hat. Der Stillstand wird also in der Lage gemäss Fig. 8 stattfinden, die weiter zurücksteht als die Lage gemäss Fig. 6. Durch die Öffnung 19 gelangt jetzt mehr Luft in den Zylinder l'mit gleichzeitiger Aufhebung der Kompression zum Zylinder 3'über Leitung 103, so dass der in direktem Sinn gegebene Impuls vielleicht genügen kann, um den Motor in die Lage des Vektors v gemäss Fig. 9 zu bringen. In dieser Lage wird über die Öffnung 19 Druckluft dem Zylinder 3'über die Öffnung 23 und die Leitung 13 zugeführt.
Der daraus folgende Impuls auf den Kolben 3 ist wieder normal gerichtet und wird durch die Aufhebung der Kompression im Zylinder 4' (s. Fig. 2) ermöglicht. Das Anlassen findet ohne weiteres statt.
An Stelle einer einzigen Hin-und Herbewegung der Motorwelle könnte das Anlassen selbstverständlich mehrere Hin-und Herbewegungen benötigen.
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Während die drehbare Seheibel0'beim Anlassen im normalen Sinn dreht (im Sinne des Pfeiles 15), wird selbstverständlich bei jedem Durchgang der kleinen Öffnung 18 vor einer der Öffnungen 21, 22, 23, 24 jeweils etwas Luft in den. entsprechenden Zylinder eingeführt, u. zw. jedesmal, wenn der entsprechend Kolben den Verdichtungshub ausführt. Dies ist jedoch nicht nachteilig, weil die eingeführte Luftmenge in bezug auf den durch die zum Anlassen benutzten Kolben erhaltenen Impulse zu klein ist, um diesem Anlassen störend entgegenzuwirken. Die dabei eintretende kleine Abbremsung kann vernachlässigt werden.
Die Fig. 10 zeigt eine einfachere Art, die drehbare Scheibe des Verteilers auszuführen. An Stelle von zwei Öffnungen 18, 19 kann man auch die einzige Öffnung 19, wie in 26 angedeutet, spaltförmig verlängern.
Endlich zeigen die Fig. 11 und 12 eine weitere Ausführungsform des vollständigen Verteilers, die den Vorteil aufweist, dass mit der Druckluft zum Anlassen des Motors gleichzeitig Brennstoff in diesen eingeführt werden kann.
Es wurde soeben gesagt, dass im normalen Anlasssinn die Öffnung 18 oder eine andere, die gleiche Rolle spielende Öffnung, jeweils eine kleine Luftmenge in jeden Zylinder einführt, dessen Kolben den Verdichtungshub ausführt. Wird diese kleine Luftmenge mit etwas Brennstoff geladen, so kann nach erfolgtem Verdichtungshub eine Zündung stattfinden, die dann genügt, damit der Motor mit eigenen Mitteln anfährt. Zu diesem Zweck ist der Verteiler gemäss den Fig. 11 und 12 mit einer Düse 27 versehen, die in der Kammer 28 liegt, durch welche die Druckluft in den Kanal 29 eingeführt wird. Diese zur Zerstäubung'von Brennstoff bestimmte Düse reicht in eine Aussparung 30 der Welle 31, wodurch die Verteilerscheibe 10'in Gang gesetzt wird. Von der Aussparung 30 aus führt ein abgedrosselter Kanal 32 bis zum Loch 33, welche das Loch 18 ersetzt.
Die Drehung der Welle 31 und damit der Scheibe 10'bringt somit das Loch 33 und die Öffnung 19 nacheinander mit den Öffnungen 23,24, 22 und 21 in Verbindung (von der dargestellten Ausgangslage aus gezählt) und es wird jeweils in alle Zylinder etwas Brennstoff mit der Luft eingeführt, anstatt reiner Luft.
Da jedoch das Aufheben der Kompression über die Leitungen 201, 402, 103 und 304 stattfindet, so könnte das Anlassen mit Hilfe der Zündung und von Explosionen ohne weiteres stattfinden. Diese Aufhebung der Kompression muss also kurz nach dem Andrehen des Motors unterdrückt werden. Zu diesem Zweck wird der automatische Mehrwegehahn 9 benutzt, welcher im folgenden beschrieben wird :
Gemäss Fig. 13 werden die vier Leitungen 201, 402, 103 und 304, welche dazu dienen, die Kompression in den verschiedenen Zylindern aufzuheben, durch den Mehrwegehahn hindurchgeführt. In diesem Hahn, dessen Körper aus einem Hohlzylinder besteht, ist ein zylindrisches Stück 34 verschiebbar, das mit Nuten 35 in der Anzahl von vier versehen ist, die dazu dienen, die Verbindung in den soeben genannten vier Leitungen herzustellen.
Eine Feder 36 dient dazu, das Stück 34 in derjenigen Lage festzuhalten, in welcher die Verbindungen hergestellt sind.
Die über 37 beim Anlassen eingeführte Druckluft sucht das zylindrische Stück 34 aus der gezeichneten Lage zu verschieben, was nur sehr langsam stattfinden kann, weil die Abdrosselung 38 dafür sorgt, dass die Luft sehr langsam eintritt, während eine weitere, sehr kleine Öffnung 39 den an der Stelle der Feder 36 befindlichen Luftkissen sich nur sehr langsam entleeren lässt. Diese langsame Verschiebung führt endlich dazu, dass die Speisung der Leitungen 201, 402, 103 und 304 unterbrochen wird und dass diese am Ende der Bewegung des Stückes 34 über die längsgefrästen Nuten 40 und Öffnungen 41 mit der Aussenluft verbunden werden. Mit andern Worten heisst das, dass die Vorrichtungen zum Aufheben der Kompression in den vier Zylindern untätig werden, weil ihre Kolben 8 dem Druck der Aussenluft unterliegen.
In dieser Weise wird also selbsttätig das Anlassen des Motors mit eigenen Mitteln ermöglicht, u. zw. nach Ablauf einer gewissen Zeit, die vom Gang des automatischen Mehrwegehahnes 9 abhängt.
Das vollständige Andrehen und Anlassen beginnt also mit einem Andrehen mit Hilfe von Druckluft, mit oder ohne Hin-und Herpendeln der Motorwelle, wonach das Anlassen an und für sich unter dem Einfluss der Druckluft wirklich eintritt und mit Hilfe vom eingeführten Brennstoff zu Ende geführt wird.
Der mit der beschriebenen Vorrichtung ausgestattete Motor kann aus jeder beliebigen Lage aus angelassen werden, jedoch nicht, wenn der Vektor v bei 0 , bei 180 , bei 360 , bei 540 usw. liegt oder in nächster Nähe einer solchen Lage. Diese Lagen entsprechen den mechanischen Totpunkten, die nur durch eine äussere mechanische Beeinflussung überwunden werden können, aber nicht durch die Wirkung der Kolben.
Um das Anlassen aus einer solchen Lage aus zu ermöglichen, kann die beschriebene Vorrichtung durch die in den Fig. 14-16 dargestellte Hilfsyorrichtung ergänzt werden. Diese Hilfsvorrichtung wird z. B. in die Leitung 29, welche die Druckluft dem Verteiler der Fig. 11 und 12 zuführt, eingeschaltet.
Die Druckluft wird dann durch die Leitung 42 zuerst in die Hilfsvorrichtung eingeführt und gelangt zur Leitung 29 erst nach Öffnen eines durch die Feder 44 zurückgehaltenen Ventils 43.
Aus der Federkammer 44 führt ein Kanal 45 die Luft bis hinter den Kolben 46, dessen lang ausgebildete Kolbenstange am Ende eine schwenkbare Klinke 48 trägt, die mit einem Zahn 49 des Schwungrades 17 zusammenwirken kann. Entgegen der Wirkung einer Feder 50 verschiebt die Druck-
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luft den Kolben 46 und seine Stange 47 derart, dass die Klinke 48 das Schwungrad 17 im Sinne des Pfeiles 15 dreht, d. h. im normalen Drehsinn des Motors. Dies entspricht der Fig. 1, wenn diese Vorrichtung in 100 vor dem Schwungrad 17 angebracht wird.
Am Ende seines Hubes deckt der Kolben 46 eine Öffnung 51 ab, durch welche die Druckluft nun bis hinter den Kolben 52 gelangen kann, um das Ventil 43 entgegen der Wirkung der Federn 53 und 44 zu öffnen.
Beim Anlassen wird also zuerst die Klinke 48 betätigt und erst dann gelangt die Luft zum Verteiler und zum automatischen Mehrwegehahn. Das Schwungrad besitzt selbstverständlich nur so viele Zähne, als es nötig ist, damit die Klinke 48 es erlaubt, mechanische Totpunkte zu überwinden. Zwischen diesen Zähnen gleitet die Klinke ohne weitere Wirkung über das Schwungrad hinab.
Ferner muss diese Klinke nach ihrer Betätigung sofort zurücktreten, was mit Hilfe einer geneigten Leitfläche 54 der Klinke stattfindet, wenn diese gegen Anschläge 55 der Hülse 56 gelangt. Hiedurch wird die Klinke zurückgestossen in die strichpunktiert dargestellte Lage der Fig. 14, welche dem Schnitt der Fig. 16 entspricht.
In dieser Lage fallen zwei seitliche, durch die Feder 58 belastete Kolben 57 je in eine seitliche Nut 59 der Hülse 56. Diese Nuten liegen parallel zur Achse dieser Führungshülse, d. h. parallel zur Bewegungsrichtung der Stange 47 und dienen dazu, die Klinke 48 während der Rückgangsbewegung in die Ausgangslage zurückzuhalten. Im Bereich der Ausgangslage werden die kleinen Kolben 57 mit Hilfe von zusammenlaufenden Ebenen 60 zusammengedrückt, so dass die befreite Klinke wieder nach vorn verschwenkt werden kann und in der Weise für das nächste Anlassen bereit liegt. Die Klinke kann mit Hilfe irgendwelcher, nicht dargestellten, Feder nach vorn verschwenkt werden.
Es genügt also, die Druckluft in die Leitung 42 einzulassen, um sämtliche Andreh- und Anlassvorgänge auszulösen, welche mit der mechanischen Wirkung der Klinke 48 beginnen, dann mit der pneumatischen Wirkung, die mit Hilfe eines Verteilers, wie z. B. in Fig. 11 und 12 dargestellt, stattfindet, sich weiter entwickelt, wobei letztere Wirkung mit Hilfe des Mebrwegehahnes 9 selbsttätig unterbrochen wird, was endlich dazu führt, dass der Motor mit Brennstoff von selbst den Anlassvorgang beendigt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum Anlassen von Mehrzylinderbrennkraftmaschinen mit einem zwangsläufig durch den Motor angetriebenen Verteiler eines unter Druck befindlichen Fluidums, welches nacheinander zu mindestens einem Zylinder geführt wird, dessen Kolben am Anfang eines Arbeitshubes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Verteiler (10) mit einem Kanal (18) versehen ist, welcher, wenn kein Kolben am Anfang eines Arbeitshubes liegt, von dem unter Druck befindlichen Fluidum in einen Zylinder führt, dessen Kolben im Verdichtungshub liegt, so dass das Andrehen zuerst im umgekehrten Sinn stattfindet, bis ein Kolben, welcher hiedurch in den Arbeitshub geführt wurde, einen normal gerichteten Impuls erhält, welcher die Organe des Motors über die Ausgangslage hinausbringt, u. zw.
bis in eine Lage, in welcher diese Vorgänge sich wiederholen, falls noch kein Kolben in einem Arbeitshub liegt, oder von wo aus das Anlassen stattfinden kann, wenn ein Kolben in die Lage seines Arbeitshubes gelangt.