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Mit einer Zweitaktbrennkraftmaschine vereinigter einstufiger Druckluftkolbenverdichr
Bei den bisher bekannt gewordenen fahrbaren oder ortsfesten Drucklufterzeugern, die durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden, ist der Verdichter mit dem Viertakt-oder Zweitaktmotor entweder mittels elastischer oder einund ausrückbarer Kupplung direkt verbunden oder es werden Motor und Verdichter in einem gemeinsamen Zylinderblock mit einstückiger Kurbelwelle ausgeführt. Die Vereinigung von Verdichter und Motor in einem gemeinsamen Block bietet den Vorteil grösserer Gewichtsersparnis und kleineren Platzbedarfes und wird daher für fahrbare Drucklufterzeuger, für leicht transportable Baustellenaggregate und bei jenen ortsfesten Anlagen bevorzugt, bei denen geringes Gewicht und kleinster Platzbedarf verlangt werden.
Bekannt ist weiterhin eine Kolbenverdichtergruppe mit drei Zylindern, u. zw. einem Verbrennungskraft-, einem Verdichtungs-und einem Lade-oder Spülzylinder. Die drei Zylinder sitzen bei dieser bekannten Ausführung auf einem gemeinsamen Kurbelgehäuse, wobei die Kolben an eine gemeinsame Kurbel angeschlossen sind.
Bei dieser Ausführung ist die Brennkraftmaschine als Zweitaktmotor ausgebildet. Ein Speicherraum für die vorverdichtete Luft ist nicht vorgesehen und der Raumbedarf dieser Verdichtergruppe ist infolge der um je 90 0 gegeneinander versetzten Zylinderanordnung verhältnismässig gross.
Bei der erfindungsgemässen Ausführung ist demgegenüber eine wesentliche Gewichts-und Raumersparung solcher Anlagen möglich durch Anwendung des Nachladens am Verdichter und einer wirksamen Spülung des Zweitaktmotors unter Verwendung eines gemeinsamen Speicherraumes, wodurch auch bei grösseren Druckluftanlagen der erforderliche höhere Enddruck unter Verzicht auf die übrige zweistufige Kolbenverdichterbauart erzielt wird.
Die Zweitaktbauart der Brennkraftmaschine bietet im Vergleich zum Viertaktmotor den Vorteil, dass bei genügender Spülluftmenge pro Zylinder nahezu die doppelte Nutzleistung erzielt werden kann. Durch eine geringe Vergrösserung von Zylinderdurcbmesser und Kolbenhub kann somit beispielsweise ein Einzylinder-Zweitaktmotor den Zweizylinder-Viertaktmotor hinsichtlich Nutzleistung ersetzen. Wenn es gelingt, durch ge- eignete Massnahmen die einfache iurbelkasten- spülpumpe des Zweitaktmotors so zu verbessern, dass eine ausreichende Luftmenge zur Spülung zur Verfügung steht, dann lässt sich nach obigem Vergleich nahezu das halbe Motorgewicht ersparen.
Für grössere Druckluftanlagen, bei denen der Zweitaktmotor vorteilhaft mit einem Spülgebläse ausgerüstet wird, ergibt sich noch gegen- über dem Viertaktmotor eine wesentliche Gewichtsersparnis, da das Gebläsegewicht geringer ist als das
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Verdichter in einen Block mit gemeinsamer Kurbelwelle gestattet eine wesentliche Vergrösserung der Verdichterkolbenfläche, falls die Verdichterkurbelwelle mit gleichen Abmessungen wie am Motor ausgeführt wird. Zufolge der häufig angetroffenen Bauweise, nach welcher z. B. zwei Verdichterzylinder mit zwei Viertaktmotorzylinder gleicher Bohrung und gleichen
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werden.
Die dadurch bedingte Verdoppelung des gesamten Kolbendruckes im Zylinder bildet keine Gefahr für die Wellen-und Kurbellager, weil der Zünddruck im Motor ein Vielfaches des Verdichterenddruckes beträgt und ausserdem der Verdichter thermisch wesentlich geringer belastet ist.
Es lässt sich demnach nach obigem Beispiel ein Vierzylinderaggregat, bestehend aus je zwei Viertaktmotor-und Verdichterzylindern, auf ein Zweizylinderaggregat gleicher Liefermenge vereinfachen, das aus je einem Verdichter-und Zweitaktmotorzylinder besteht und infolgedessen eine beträchtliche Raumersparnis einbringt. Für grössere Leistungen soll die Vorverdichtung der Spülluft vorteilhafterweise in einem zusätzlichen Gebläse erfolgen.
Nachteile der Vergrösserung der Verdichterkolbenfläche bei gleicher Drehzahl ergeben sich aus den Schwierigkeiten, grössere Luftmengen durch Plattenventile grösseren Querschnittes bei gleichbleibendem Liefergrad anzusaugen. Ferner
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gemeinsamen Speicherraum 6. Das Nachladen im Verdichter erfolgt, sobald der Kolben 4 die Schlitze 8 freigibt. In gleicher Weise beginnt das Ausspülen der Abgase im Gleichstrom, wenn im Motorzylinder 1 der Kolben 3 die Spülschlitze 7 freigelegt hat, wobei die Abgase durch die unmittelbar vorher geöffneten Auslassventile 9 entweichen. Das Gebläse 14 kann z. B. auch als Turbogebläse ausgebildet werden.
Für kleinere Durckluftanlagen, bei denen nll- wenige Pressluftwerkzeuge mit verhältnismässig kurzen Druckleitungen versorgt werden müssen, genügt ein Enddruck der Verdichtung von 6 bis 7 ata. In diesem Falle könnte die Vorverdichtung eigentlich entfallen, da die einstufige Verdichtung für dieses kleinere Verdichtungsverhältnis ausreicht. In weiterer Folge ergibt sich damit eine Senkung des Nachladeluftbedarfes, des Kraftbedarfes, allerdings auch der Fördermenge. Jedenfalls genügt dann ein geringerer Nachladedruck und wegen des kleineren Kraftbedarfes auch ein kleinerer Spüldruck, so dass sowohl für das Spülen als auch für das Nachladen die Vorverdichtung im Kurbelraum durch den abwärts gehenden Kolben ausreichen wird.
Anderseits kann durch entsprechende konstruktive Massnahmen, Verkleinerung des schädlichen Raumes im Kurbelraum, Verhinderung der Abfuhr zerstäubten Öls durch die austretende, vorverdichtete Luft und durch Steuerung des Luftein-und - auslassens der Liefergrad der Kurbelraumspülpumpe verbessert werden.
Die Fig. 4,5, 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung, u. zw. ist Fig. 4 ein Längsschnitt durch die Zylinder, Fig. 5 ein Querschnitt durch den Verdichterzylinder während des Überschiebens der vorverdichteten Luft aus dem Kurbelraum in den gemeinsamen Speicher, desgleichen Fig. 6 während des Einsaugens. Fig. 7 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Kanäle 22 und den Steuerschieber.
Gemäss der Erfindung sind die Kurbelräume der einzelnen Zylinder untereinander getrennt.
Die in den Kurbelräumen vorverdichteten Luftmengen werden in einen gemeinsamen Speicherraum gefördert, der die Motor-und Verdichterzylinder umschliesst. Wenn nach dem früheren Beispiel die Kolbenfläche des Verdichters etwa doppelt so gross wie jene des Motorzylinders ausgeführt wird, dann liefert bei gleichem Kolbenhub die Kurbelkammer des Verdichterzylinders auch annähernd die zweifache vorverdichtete Luftmenge, da sich in diesem Falle die Hubräume von Verdichter und Motor wie die Kolbenflächen verhalten. Der gesamte theoretische Hubraum der Kurbelräume von Motor plus Verdichter beträgt demnach das Dreifache des Motor- hubraumes.
Anderseits würde für das Nachladen etwa die Hälfte des Verdichterhubraumes genügen, da ja ein wesentlicher Teil atmosphärisch eingesaugt wird. Somit liefert in diesem Falle der
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Kurbelraum des Verdichterzylinders einen Überschuss, der etwa dem halben theoretischen Hub- volumen des Verdichters bzw. dem gesamten
Hubraum des Motorzylinders entspricht. Dieser Überschuss des Verdichterkurbelraumes kann erfindungsgemäss zur Erhöhung der Spülluftmenge für den Motor verwendet werden, so dass für die
Spülung des Zweitaktmotorzylinders theoretisch das doppelte eigene Hubraumvolumen zur Ver- fügung steht.
Dieser Umstand ist von besonderem Vorteil für die restlose Spülung des Motorzylinderraumes, da bekanntlich ein besonderer Nachteil der
Kurbelkastenspülung normaler Zweitaktmotoren in der zu geringen Spülluftmenge bzw. in dem schlechten Liefergrad besteht.
Da das Überströmen der vorverdichteten Luft aus den Kurbelräumen in einen gemeinsamen
Speicherraum 6 (Fig. 4-7) erfolgt, ist ein Steuer- organ erforderlich, beispielsweise ein Dreh- schieber. Es ist von Vorteil, diesen Schieber gleichzeitig auch für die Steuerung des Luft- einlasses in die Kurbelräume zu verwenden, da dies erfahrungsgemäss den Liefergrad der
Spülpumpe verbessert.
Die in vorbeschriebenem Sinne notwendige
Verteilung der vorverdichteten Luft auf Ver- dichter-und Zweitaktzylinder, wonach etwa zwei
Drittel auf die Spülung des Motors und ein Drittel auf das Nachladen entfallen sollen, erfolgt durch entsprechende Bemessung der Nachladeschlitze 8 und der Spülschlitze 7.
Erfindungsgemäss ist ferner in den Kanal 22, welcher den Kurbelraum mit dem Drehschieber verbindet, ein Ölabscheider 23 eingebaut (Fig. 5,
6 und 7). Er dient dem Zwecke, in Verbindung mit den Kanalabzweigungen 24 und 25, die zum
Einlass 29 bzw. zum Auslass 28 im Drehschieber führen, zu ermöglichen, dass jene Schmieröl- teilchen, die beim Überschieben der vorver- dichteten Luft aus dem Kurbelraum 30 durch den Kanal 22 im Ölabscheider zurückgehalten werden, während des Einsaugens durch den vom Kanal 21 über die Schieberöffnung 29 und der Kanalabzweigung 24 kommenden Saugluft- strom wieder in den Kurbelraum zurückgeblasen werden. Damit wird ein übermässiger Schmieröl- verlust aus dem Kurbelgehäuse vermieden.
In Fig. 4 sind der Verdichterkolben 4 und der Zweitaktmotorkolben 3 wieder in der tiefsten
Kolbenlage gezeichnet, während üblicherweise die Kolben um 180 Kurbelgrade versetzt werden.
Das Nachladen erfolgt (Fig. 4 und 5) aus dem
Speicherraum 6 durch die Schlitze 8. Die Spülung des Motorzylinders erfolgt gleichfalls aus dem
Raum 6 durch die Spülschlitze 7, wobei beispiels- weise die Abgase bei 33 entweichen (Fig. 4).
Zwecks Verringerung der schädlichen Räume der als Vorverdichter wirkenden Kurbelräume 30 sind in bekannter Weise die Kurbelschenkel der gemeinsamen Welle mit stark vergrösserten
Gegengewich. en 27 ausgebildet. Der Antrieb des
Steuerschiebers 19 erfolgt bei 31 auf das Zahn- rad 26. Die im Kurbelraum bei abwärtsgehendem Kolben vorverdichtete Luft tritt bei beiden Zylindern durch den Kanal 22, Ölabscheider.'3, ferner durch die Kanalabzweigung 25 und die Schieberöffnung 28 in den Speicherraum 6 (Fig. 5 und 7). Während des Einsaugens bei hochgehenden Kolben tritt die Saugluft durch das Staubfilter 20, Kanal 21, Schieberöffnung 29, Kanalabzweigung 24, den Ölabscheider 23 und den Kanal 22 in den Kurbelraum, wobei die vorher im Abscheider abgesetzten Ölteilchen in den Kurbelraum 30 zurückgeblasen wen (Fig. 6 und 7).
In Fig. 7 sind um 180 Kurbelgrade versetzte Kolbenstellungen zugrundegelegt,
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des Verdichterkurbelraumes das Einsaugen des Motorkurbelraumes durch 20, 21, 29, 24 und 22 entspricht.
Für die Ölabscheidung in 23 können beispielsweise Umlenk-und Prallflächen oder Raschigringe vorgesehen werden.
Für höhere Verdichtung, über etwa 7 ata hinaus, muss bekanntlich zwischen Vorverdichter und eigentlichem Verdichter ein Zwischenkühler angeordnet werden. In den vorhergehenden Figuren wurde der Einfachheit halber der Zwischenkühler nicht gezeichnet.
Fig. 8 zeigt, ähnlich wie Fig. 2, einen Horizontalschnitt in Höhe der Schlitze, wobei jedoch das Gebläse 14 am Ende des Zylinderblockes angeschlossen ist. Die Gebläseluft tritt durch Leitung 34 in einen Zwischenkühler 36. Die Gebläseluft strömt in den Rohren 35 und durch Kammer 38 und 39 in den Speicher 6. Die Rohre sind innerhalb des Kühlers bei 37 von Kühlwasser umspült. Fig. 9 zeigt, ähnlich wie Fig. 5, die Verwendung des Kurbelraumes als Vorverdichter, jedoch mit einem Zwischenkühler 41, der dem Speicher 6 vorgeschaltet ist. Die vorverdichtete Luft tritt bei 40 aus dem Steuerschieber 19 in die Rohre 42, durchströmt die von Kühlwasser umspülten Rohre und tritt rückwärts durch die Öffnung 43 in den Speicher 6.
PATENTANSPRÜCHE :
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