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Viertakt-Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit verlängertem Auspuff-und Saughub, deren Kolben nach jeder Explosion sämtliche, also auch die in der Kompreasionskammer sich befindenden Abgase aus dem Zylinder in bekannter Weise entfernt. Die Hubverlängerung wird durch einen am Kolben-oder Kurbelzapfen angeordneten Exzenter oder eine Hilfskurbel hervorgebracht, welche Anordnung sich aber von bisherigen ähnlichen Konstruktionen dadurch unterscheidet, dass Exzenter oder Hilfskurbel ihre erforderliche Bewegung einzig und allein durch die Wirkung der Fliehkraft und Trägheit der bewegten Massen erhalten.
Besondere Mechanismen zur'Steuerung oder Betätigung von Exzenter oder Hilfskurbel, wie Zahnräder. Hebel, Anschläge, Federn usw., sind vermieden. Der Mechanismus zur Hubverlängerung wird dadurch ausserordentlich einfach und betriebssicher, da keine dem Versagen oder Brechen ausgesetzten Hilfsbestandteile vorhanden sind.
In der Zeichnung sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Fig. 1 bis 7 zeigen eine Ausführungsform, bei der die Exzenterscheibe im Kopfe der Pleuelstange am Kurbelzapfen angeordnet ist und die verschiedenen Stellungen dieses Exzenters während des Betriebes ; die Fig. 8 bis 10 zeigen eine Ausführungsform mit Anordnung der Exzenterscheibe im Kopfe der Pleuelstange am Kolbenzapfen und verschiedene Stellungen des Exzenters während des Ganges. Endlich zeigt Fig. 11 eine Ausführungsform mit einer kleinen Kurbel, die statt eines Exzenters verwendet werden kann.
In den Fig. 1 bis 7 bedeutet a den Zylinder, b den Arbeitskolben, beide im Schnitt, c den Kolbenzapfen, d die Pleuelstange, e den in den Kopf der Pleuelstange d drehbar eingebauten
Exzenter. Die Exzentrizität ist ungefähr gleich der halben Länge der Verbrennungskammer des
Zylinders a. Der Exzenter e ist drehbar auf dem Kurbelzapfen. fl der Kurbel f gelagert, die auf der
Welle g sitzt.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen die Stellungen der verschiedenen Teile während des Auspuffhubes.
Die Fliehkraft hat das Bestreben, den Exzentermittelpunkt e2 möglichst weit vom Kurbelkreismittelpunkt in der Achse der Welle g zu entfernen. In der ersten Hälfte des Auspuffhubee des Kolbens, während der Beschleunigung der Kolbenbewegung, wirkt die Trägheit der Masse des Arbeitskolbens zwar teilweise der Fliehkraft entgegen, so dass die Exzenterscheibe gezwungen ist, eine Stellung einzunehmen, die der Richtung der resultierenden Kraft von Fliehkraft und jener Widerstandskraft entspricht, die von der Trägheit der Kolbenmasse herrührt. In der Hubmitte jedoch wird die letztere gleich Null, so dass die Fliehkraft allein wirkt und dem Exzenter e eine rein radiale, nach aussen gerichtete Lage erteilt (Fig. 1).
In der kommenden Hubhälfte, da die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens wieder verlangsamt wird, tritt die Kolbenmassenträgheit abermals auf und bewirkt nun statt eines Nacheilens des Exzenters e, wie in der ersten Hubhälfte, ein gewisses Voreilen desselben (Fig. 2). Im Totpunkte (Fig. 3), am Ende des Auspuffhubes, ist dieses Voreilen jedoch wieder gleich Null, da die von der Kolbenträgheit herrührende lebendige Kraft und die Fliehkraft dieselbe Richtung haben und sich deshalb einfach addieren.
Der nun folgende Saughub des Arbeitskolbens läuft direkt, vom Zylinderboden aus, vollzieht sich also ohne den schädlichen Raum einer Verbrennungskammer. Infolge der Trägheit der bewegten Massen eilt der Exzenter e in der ersten Hubhälfte nach (Fig. 4), in der zweiten vor. um im folgenden untern Totpunkte, am Ende des Saughubes, wieder rein radial nach aussen sich einzustellen (Fig. 5), so dass dieser Hub durch den Exzenter e um das Zweifache der Exzentrizität des Exzenters verlängert ist.
Im nun kommenden Verdichtungshube steigt der Druck im Innern des Zylinders a sehr rasch auf mehrere Atmosphären. Der Arbeitskolben b übt deshalb auf die Pleuelstange d und diese auf den Exzenter e einen starken Druck aus, der den Exzenter fortwährend zwingt, sich so einzustellen, dass der Abstand zwischen Kurbelzapfen. t'l und Kolbenzapfen c ein Minimum bleibt, was der Fall ist, wenn der Exzentermittelpunkt e sich in der Verlängerung der Längsachse der
Pleuelstange befindet (Fig. 5,6 und 7). Der Exzenter e verändert infolgedessen seine Lage relativ zum Pleuelstangenkopfe nicht, da die Fliehkraft und die Trägheit zu gering sind, als dass sie sich dem Drucke im Zylinderinnern entgegensetzen könnten.
Der Hub des Arbeitskolbens b beträgt daher nur eine Länge, die gleich ist demKurbelkreisdurchmesaer, sodassderArbeitakolben, im oberen Totpunkte angelangt, nur einen Teil der Zylinderhublänge durchlaufen hat und infolge- dessen zwischen Kolbenboden und Zylinderboden ein Raum übrig bleibt, indem sich die verdichtete
Gasladung befindet (Fig. 7). Auch in dem auf die Verbrennung folgenden Ausdehnungshube kann infolge des Druckes im Zylinder der Exzenter e seine Stellung relativ zur Pleuelstange nicht wechseln, so dass im unteren Totpunkte das Getriebe die in Fig. 5 gezeichnete Stellung einnimmt.
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Nun wurde aber das Auspuffventil geöffnet, so dass der Kolben vom Zylinderdruck entlastet worden ist. Im folgenden Auspuffhube können die Flieh- und Kolbenmassenkräfte wieder zur Wirkung gelangen und den Exzenter e radial nach aussen stellen, wodurch in angegebener Weise der Hub des Kolbens b vergrössert wird, worauf sich das beschriebene Spiel wiederholt.
Um eine bessere Ausbalancierung der hin und her gehenden Massen zu erreichen, kann der Exzenter mit einem Gegengewicht e1 (Fig. 1) versehen werden. Greifen mehrere Pleuelstangen bei Mehrzylindermaschinen an demselben Kurbelzapfen an, so erhält fjede'fPleuelstange ihren besonderen Exzenter. Zu Montagezwecken kann der Exzenter in allen Anwendungen aus mehreren Stücken zusammengesetzt werden, die sich mittels Schrauben oder ähnlichen Mitteln verbinden lassen.
In den Fig. 8 bis 10 ist die Anordnung eines Exzenters am Kolbenzapfen dargestellt. a bedeutet wieder den Zylinder und b den Arbeitskolben, beide schematisch und im Schnitte. c den Kolbenzapfen, d. h. die Achse, die Pleuelstange und Kolben b miteinander verbindet, Pd bedeutet die Pleuelstange, e den Exzenter mit einer Exzentrizität gleich der halben Länge der Verbrennungskammer.
Dieser im Kolben gelagerte Exzenter e wirkt ganz ähnlich wie der am Kurbelzapfen, dessen Spiel oben beschrieben worden ist. Doch fällt hier die Wirkung der Fliehkraft weg und nur die Trägheit der bewegten Massen allein, die sich einmal als Widerstandskraft, das andere Mal als lebendige Kraft geltend macht, beeinflusst die Stellung des Exzenters.
Es sei der Arbeitskolben b im oberen Totpunkte am Ende des Auspuff-und im Anfange des Saughubes.
In diesem Augenblicke fällt die geometrische Längsachse der Pleuelstange d mit der Achse des Zylinders zusammen und geht überdies durch den Mittelpunkt des Kolbenzapfens c und durch den Mittelpunkt des Exzenters e. Mit dem Anfang des folgenden Saughubes fängt jedoch die Pleuelstange an, aus dieser Anfangslage herauszuschwingen (Fig. 8). Der Exzenter e macht diese Bewegung mit, so dass der Exzentermittelpunkt ebenfalls aus der Achse des Arbeitskolbens herausgeht. Dadurch entsteht ein kleiner Hebelarm, der in der Zeichnung (Fig. 8) gleich ist der Horizontalprojektion der Strecke Exzentermittelpunkt e2-Kolbenzapfenmittelpunkt c.
Nachdem nun der Arbeitskolben b die Hubmitte und damit das Geschwindigkeitsmaximum erreicht hat und die Pleuelstange d anfängt, ihre Geschwindigkeit wieder zu verringern, sucht der Arbeitskolben b seinen Weg infolge seiner Trägheit mit der maximalen Geschwindigkeit fortzusetzen und übt einen Druck aus auf den Kolbenzapfen. Dieser wird aber durch den Exzentermittelpunkt nicht mehr gestützt, es entsteht ein Drehmoment mit dem oben angegebenen Hebelarm e2-c, das nun den Exzenter e um nicht ganz 180 verdreht (Fig. 9), bis er die in Fig. 10 dargestellte Lage erlangt hat.
Im folgenden Verdichtungshube kann der Exzenter seine Stellung nicht verändern, da der im Zylinder herrschende Verdichtungsdruck die Trägheit der bewegten Massen nicht zur Wirkung kommen lässt, ebenso im folgenden Ausdehnungshube, wo der Verbrennungsdruck jede Änderung der Exzenterstellung verhindert. Es entsteht daher am Ende des Verdichtungshubes im Zylinder eine Verbrennungskammer.
Dagegen kommt im Auspuffhube die Trägheit wieder zur Geltung, so dass der Exzenter verdreht, der Hub verlängert und die ganze Verbrennurgskammer vom Kolben durchlaufen wird.
In Fig. 11 ist gezeigt, dass statt der Exzenter auch Kurbeln e verwendet werden können ; der Kurbelradius beträgt gleichfalls die Hälfte der Länge der Verbrennungskammer, und das
Spiel dieser Anordnung vollzieht sich in gleicher Weise wie bei jener mit Exzentern. Um die
Kurbel im Kolben montieren zu können, muss dieser aus zwei Stücken bestehen (z. B. wie in
Fig. 11). die mittels Schrauben oder andern Mitteln miteinander verbunden werden.