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Viertaktexplosionskraftmaschine mit zwei Kolben in einem Zylinder.
Es sind Explosionskraftmaschinen bekannt, bei denen die vier Takte, nämlich das Ansaugen, Verdichten, Expandieren und Auspuffen zwischen zwei in einem Zylinder arbeitenden Kolben innerhalb einer einzigen Kurbelumdrehung erfolgen.
Von diesen bekannten Maschinen unterscheidet sich die die Erfindung bildende Maschine grundsätzlich durch die besondere Art der Kolbenbewegungen und durch die Übertragung der Kolbenbewegungen auf die Kurbel.
Die Maschine kann mit nur einem Zylinder ausgeführt werden, doch bietet die zweizyiindrige Ausführung mit je zwei, durch besondere Getriebeteile gekuppelten Kolben eine besonders günstige Anordnung. Die Kolben beider Zylinder werden derart angetrieben, dass gleichzeitig in dem einen Zylinder das Ansaugen, in dem zweiten die Expansion und ebenso gleichzeitig mit dem Verdichten im ersten Zylinder im zweiten Zylinder der Auspuff erfolgt.
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vor allem einen nahezu vollkommenen Ausgleich aller auftretenden Beschleunigungskräfte. d. h. einen ganz erschütterungsfreien Gang der Maschine und ferner eine für die Leistung besonders vorteilhafte Bewegung der Arbeitskolben.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Durchschnitt durch die Masclune. A und B sind die beiden oben und unten offenen Zylinder, in denen sich die vier Kolben a1, a2 und b1, b2 bewegen. Diese sind mittels der kurzen Pleuelstangen cl, Cg und dv d2 an den symmetrisch liegenden End-
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dieses Schlitzes auf dem dazugehörigen festgelagerten Drehzapfen'S bzw. T gleichzeitig drehend und gleitend bewegen. Die Scheitelpunkte m und n der beiden Winkelhebel sind gelenkig je mit einem Ende eines zweiarmigen Hebels I ? verbunden, der um eine durch seine Mitte gehende, feste AchseOschwingenkann.
Fest verbunden mit dem Hebel R-aus konstruktiven Gründen aber in einer anderen Ebene gelegen-ist ein dritter Arm mit einem Gelenkpunkt Q, der daher gleichfalls um die Achse 0 schwingt und mittels der Pleuelstange P seine Bewegung auf die Kurbel K überträgt, und so die
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und die unteren Kolben a2 und b2 mit dem unteren Winkelhebel H gekuppelt.
In der Mittelstellung des Getriebes, in der die Kolben jedes der beiden Zylinder ihre grösste Entfernung voneinander haben, steht der Hebel R in der Mittellinie und parallel zu den Zylinder-
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fallen alle sechs Drehpunkte S, 1n, 0, n, T und F in dieselbe (vgl. Fig. 4).
Die beiden Winkelhebel beschreiben um die festen Punkte S und T gleichzeitig eine drehende und gleitende Bewegung. Dadurch wird bewirkt, dass der Drehpunkt jedes Winkelhebels sich beständig in seinem Längsschlitz verschiebt. Man könnte selbstverständlich auch eine kinematische
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Cmkehrung dieser Anordnung vorsehen, indem man die Winkelhebel ohne Schlitze, aber mit festen Drehzapfen versieht und diese dann in feststehenden, schlitzartigen Führungen sich bewegen lässt.
Z und Z2 sind die Zündkerzen, die entsprechend der oberen gemeinschaftlichen Totpunktstellung der beiden Kolben seitlich in der Zylinderwand angeordnet sind.
Da die Explosion einerseits, Auspuff und Ansaugen andererseits an den entgegengesetzten, weit voneinander entfernten Enden des Zylinders erfolgen, so kann man für das Ansaugen und Auspuflen gemeinsame Drehschieber U und V vorsehen, weil solche infolge der an diesem Zylinderende nur mehr geringen Höhe von Temperatur und Druck betriebssicher arbeiten können.
Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, gehen bei jeder der hier dargestellten extremen Stellungen der beiden Winkelhebel G und H sowohl der obere Kolben al an dem einen Ende wie der untere Kolben bu an dem anderen Ende jedes der beiden Zylinder so tief in letzteren hinein, dass einerseits der Explosionsraum, andererseits die Einmündungsstelle der Saug-und AuspunöSnungen im Zylinderinnern freigelegt wird. Derselbe Vorgang wiederholt sich selbstverständlich symmetrisch für die Kolben a und b1 an dem anderen Zylinderende bei der entgegengesetzten Stellung der beiden Winkelhebel, so dass die beiden Zylinder abwechselnd immer an dem einen und anderen Ende tief nach dem Innern zu freigelegt werden.
Man kann diesen Umstand zu einer äusserst wirksamen, direkten Kühlung und Reinigung des Zylinderinnern verwerten, indem unter genügender Pressung stehende Luft von den offenen Enden aus beständig in die Zylinder eingeblasen wird.
Solange bei der neuen Maschine die beiden Drehpunkte < S und T von der Achse U gleichen Abstand haben, sind die Kolbenwege sowohl in der oberen wie unteren Zylinderhälfte vollkommen gleich und symmetrisch ; man erhält daher, ganz so wie bei der normalen Viertaktmaschine, den schädlichen Raum beim Auspuff genau so gross wie den Kompressionsraum. Sobald man jedoch den Abstand des oberen Drehpunktes S, wie in Fig. 1 geschehen ist. von der Achse 0 nur ein wenig kleiner macht als den von 0 nach T, so ändern sich die Kolbenwege in dem Sinne, dass sich die Kolben in ihrer oberen, gemeinschaftlichen Totpunktstellung einander viel weniger nähern als in der unteren und man hat es auf diese Weise vollkommen in der Hand, bei ganz beliebig
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 lassen daher die Kolben in ihrer oberen gemeinschaftlichen Totpunkt. stellung (am rechtsseitigen Zylinder ersichtlich) einen entsprechend grossen Köm pressionsraum zwischen sich, wogegen der schädliche Raum in der unteren. gemeinschaftlichen Totpunktstellung (linksseitiger Zylinder) auf ein Minimum herabgedrückt ist. Nach einer Kurbeldrehung von 1tritt dann der gleich grosse Kompressionsraum im linksseitigen, der kleine schädliche Raum beim Auspuff im rechtsseitigen Zylinder auf.
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verändern.
Die Fig. 2 bis 9 veranschaulichen in acht aufeinanderfolgenden Hauptstellungen schematisch die Wirkungsweise des Getriebes und die sich daraus ergebenden Kolbenbewegungen, und zwar nur für einen, den rechtsseitigen Zylinder ; die beiden Winkelhebel sind daher nur halbseitig eingezeichnet.
Aus diesen Figuren ist zu ersehen, dass jeder der beiden Kolben während einer vollen Kurbelumdrehung vier Umkehrpunkte durchläuit. Je zwei dieser Umkehrpunkte treten bei beiden Kolben gleichzeitig ein (Stellungen Fig. 2 und 6), wobei Stellung Fig. 2 dem Beginne des Saughubes, Stellung Fig. 6 dem Momente der Explosion entspricht. Stellung Fig. 3 ist ein Umkehrpunkt für den unteren Kolben, während der obere nahezu das Maximum seiner Geschwindigkeit hat. In Stellung Fig. 4, entsprechend der grössten Entfernung beider Kolben, ist der Ansaughub.
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Aus vorstehender Zergliederung der Kolbenbewegungen ergeben sich als wichtige Momente, dass der relative Hub beider Kolben mit Rücksicht auf den absoluten, von ihne zurückgelegten
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Ebenso : findet im unteren Totpunkt ein sehr rascher Wechsel vom Auspuffhub zur Ansaugung statt, was insbesondere bei der hier vorgesehenen Verwendung von Drehschiebern an Stelle der Ventile von grösster Wichtigkeit ist.
Hinsichtlich dieser Schieber ist folgendes zu bemerken : Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass jeder der beiden Zylinder mit einem für Ansaugen und Auspuff gemeinsamen Drehschieber U bzw. V versehen ist. An dessen Stelle könnten selbstverständlich auch Ventile Verwendung finden, doch erhält durch die eigentümliche Wirkungsweise dieser Maschine gerade die Verwendung eines umlaufenden Drehschiebers ihre ganz besondere Bedeutung und Berechtigung.
Die Verwendung von Drehschiebern, die innerhalb des Zylinders rotieren oder denselben von aussen umfassen, ist wiederholt vorgeschlagen worden. Bei normalen Viertaktmaschinen bat sich aber insbesondere der letztere Vorschlag als unvorteilhaft erwiesen, weil die Schieber dabei dem vollen Explosionsdruck und der entsprechend hohen Temperatur ausgesetzt sind und daher eine betriebssichere Dichtung und Schmierung derselben sehr schwierig ist
Ganz anders bei der hier beschriebenen Maschine Da nämlich hier die Onnungen für Ansaugen und Auspuff und somit auch die dazugehörigen Steuerungsorgane unter allen Umständen an dem der Explosionsstelle entgegengesetzten Zylinderende angeordnet sein müssen und diese daher weder Verdichtung.
noch Explosionsdruck und die letzterem entsprechende hohe Temperatur auszuhalten haben, so sind dadurch mit einem Schlage alle jene Schwierigkeiten behoben, die bei Viertaktmaschinen gewöhnlicher Bauart der Verwendung einer solchen Schiebersteuerung entgegenstehen. Bei Maschinen der hier beschriebenen Art sind Drehschieber ohne jede besondere
Dichtung und Schmierung dauernd betriebssicher zu erhalten.
In rachstehendem wird nun eine besondere Drehschiebersteuerung beschrieben, die in den Fig. 10 bis 12 in ihren wesentlichen Teilen dargestellt ist und folgende Vorteile aufweist : Sehr grosse OtInungsquerschnitte für Ansaugen und Auspuff, eine für rasche und gleichförmige Füllung sehr günstige Gestalt und Stellung der Eintrittsönnungen, die sich radial über den ganzen Zylinder- umfang verteilen, vollkommene Entlastung des Schiebers, leichte Zugänglichkeit. und leichter
Antrieb, wobei die Umdrehungszahl nur einen kleinen Bruchteil jener der Maschine selbst beträgt.
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Der Zylinder A, auf dessen Flansche 11 das äussere Schiebergehäuse-3 lösbar festgeschraubt wird, ist 111 der für den Ein-und Austritt der Gase bestimmten Höhe mit einer Anzahl von Schlitzen versehen, von denen immer je zwei einander näherstehende für die beiden unmittelbar aufeinanderfolgenden Auspuff- und Ansaugtakte bestimmt sind.
Der ganze Zylinderumfang erhält z. B., wie hier gezeichnet, eine Teilung von acht solchen Gruppen je zweier Schhtze und ebensoviele korrespondierende Schlitze erhält das äussere Schiebergehäuse, wogegen der Schieber 2 nur die halbe Anzahl, hier also im ganzen acht hlitze. hat.
Dass alle diese Schlitze bei der Ausführung aus praktischen Gründen nicht, wie gezeichnet, parallel zur Zylinderachse stehen. sondern schräg dazu, sei nur nebenbei erwähnt.
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Das ganz getrennt vom Zylinder hergestellte und mit diesem Mir in leicht lösbarer Weise verbundene Gehäuse wird aus drei übereinander liegenden Hohhf & umen gebildet, die entweder in einem einzigen Gussstück vereinigt werden oder, der einfacheren Herstellung wegen, drei getrennte Teile darstellen, die aufeinander dicht aufgepasst werden.
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Das Schiebergehäuse besteht zunächst aus einem mittleren, hier z. B. einen dreieckigen Querschnitt aufweisenden Ringraum, der durch Zwischenwände 19 in eine der Teilung entsprechende Anzahl voneinander getrennter Kammern 17 und 18 zerfällt. Bei sieben hier z. B. zur Verwendung kommenden Schlitzgruppen ist die Gesamtzahl aller Kammern gleich vierzehn. Das Schiebergehäuse 3 besteht ferner aus zwei über und unter den Kammern angeordneten, ringförmigen Hohlräumen. von denen der eine, hier z. B. 4, nur für das Ansaugen, der andere Hohlraum 5 nur für den Auspuff dient. Diese beiden letzteren sind durch Stutzen 15 und 16 mit dem Vergaser bzw. mit der Auspuffleitung verbunden. Von den Kammern steht die eine Hälfte, z.
B. alle mit 17 bezeichneten, durch Öffnungen 10 der unteren schrägen Kammerwand (Fig. 11) mit dem Ansaugraum 4 und alle Kammern 18 durch Öffnungen 9 in der oberen schrägen Wand (Fig. 10) mit dem Auspuffraum 5 in ständiger Verbindung. Ferner mündet, von jeder Kammer ausgehend, eine schlitzförmige Öffnung auf der zylindrischen Innenwand, die den Schieber 2 umfasst, und zwar sind mit 12 die Schlitze für die Kammern 17, mit 13 jene für die Kammern 18 bezeichnet.
Bei der Drehung des Schiebers, die, z. B. in Fig. 11 betrachtet, entgegen dem Drehsinne des Uhrzeigers angenommen ist, werden durch die Schieberschlitze 14 nacheinander und abwechselnd die Zylinderschlitze 7 und 8 mit den Gehäuseschlitzen 12 und 13 bzw. den Kammern 17 und 18 und somit die Ansaug-und Auspuffleitung mit dem Zylinderinnern in Verbindung gebracht.
Man erkennt ferner, dass bei der beispielsweise gezeichneten Anordnung die Tourenzahl des Schiebers nur den achten Teil der der Maschine beträgt.
Die Anordnung der beschriebenen Drehschiebersteuerung gestattet aber noch eine weitere Verbesserung.
Da es, insbesondere mit Rücksicht auf die sehr hohen, bei dieser Maschine auftretenden Kolbengeschwindigkeiten, notwendig ist, die Eröffnungsquerschnitte der Steuerung für das Ansaugen und Auspudern möglichst gross zu erhalten, so führt dies zu einer Ausführung (Fig. 13), die das Maximum der Schlitzbreite in der Zylinderwand ergibt.
Dies wird dann erreicht, wenn man, abweichend von der in den Fig. 10 bis 12 gezeichneten Anordnung, die Schlitze in der
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zwischen einem Saugschlitz und dem nächstfolgenden Ausputlschlitz (im Drehsinne des Schiebers betrachtet) so gross sein muss, dass bei der auf das Ansaugen folgenden Verdichtung, Explosion und Expansion der Schieber die Zylinderschlitze vollkommen abschliesst, hat sich dies gerade bei der vorliegenden Maschine als überflüssig erwiesen.
Denn da bei dieser Verdichtung, Explosion und Expansion nur zwischen den beiden abdichtenden Kolben, vollständig getrennt von den Zylinderschlitzen und der Steuerung, erfolgen, so entfällt hier das Haupthundernis, das die Verwendung der zuletzt beschriebenen Schlitzanordnun der Zylinderwand-ganz abgesehen von der Frage der Abdichtung des Schiebers-für eine normale Viertaktmaschinf unmöglich machen würde.
Dass bei der zweizylindrtgen Ausführung der eine Kolben (in Fig. 10 der obere) überdies lang genug gemacht werden muss, um auch in seiner tiefsten Stellung (nach unten) die Zylinderschlitze noch vollständig zu bedecken, sei gleichfalls hervorgehoben.
Durch die zuletzt beschriebene Anordnung werden daher die Offnungsquerschmtte noeh wesentlich vergrössert.
Diese günstigste Teilung, bei welcher Schhtze und Stege gleiche Breite bekommen, bezieht sich nur auf die ZylinderN% and, während der Schieber selbst davon unberührt bleibt. Da der Schieber nur die halbe Anzahl der Zylinderschlitze erhält, so folgt daraus, dass beim Schieber die Stegbreite immer genau das Dreifache der 8chlitzbreite betragen muss.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Vtertaktexplosionakraftmaachine mit zwei Kolben in einem Zylinder, bei der die vier Arbeitstakte während einer einzigen Kurbelumdrehung erfolgen, gekennzeichnet durch einen zweiarmigen, schwingenden Hebel (R), der an zwei auf entgegengesetzten Seiten der Schwingungsachse (0) angeordneten Gelenkpunkten (m, n) mit den Pleuelstangen beider Kolben durch je ein Zwischenglied (G bzw. H) gelenkig verbunden ist und mit einem dritten Gelenkpunkt (Q) durch eine Hauptpleuelstange (P) auf die Kurbel wirkt.