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Zwei-oder Viertaktverbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung bezweckt, in vorteilhafterer Weise als bisher die verbrannten Gase aus den Verbrennungskraftmaschinen auszufegen. Das Austreiben dieser Gase kann bei Zwei-und Viertaktmaschinen so erfolgen, dass sowohl die Berührungsfläche zwischen verbrannten Gasen und reinem Gasluftgemisch bzw. Luft als auch die Zeitdauer der Berührung selbst bei hohen Umdrehungszahlen sehr klein wird. Dieser Erfolg wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass man die bisher entweder bei Zwei-oder Viertaktmaschinen gebräuchlichen Verfahren zum zum Austreiben der verbrannten Gase vereinigt.
Zwei-und Viertaktmaschinen erhalten einen gleich ausgeführten Verdichtungsraum und die verbrannten Gase werden durch den Arbeitskolben aus dem Arbeitsraum des Zylinders ausgetrieben, dagegen aus dem Verbrennungsraum durch die Ladung-sei es Gasluftgemisch oder Luft-ausgefegt, die vom Kurbelgehäuse oder vom Stufenzylinder aus zugeführt wird.
Auf den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. i ist ein Längsschnitt durch eine mit Stufenkolben versehene Zweitaktmachine, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. i, Fig. 3 ein Längsschnitt durch eine Zweitaktmaschine entsprechend Fig. i, aber in etwas anderer Ausführung, Fig. 4 ein Querschnitt nach der Linie C-D der Fig. 3, Fig. 5 ein Längsschnitt durch eine Viertaktmaschine mit einfachem Kolben, Fig. 6 ein Querschnitt nach der Linie E-F der Fig. 5, Fig. 7 zeigt eine zweizylindrige Viertaktmaschine in Seitenansicht und teilweise im Schnitt, Fig. 8 ist eine rechtwinklig zu Fig. 7 gedachte Seitenansicht mit einem Schnitt durch die Ventile des Kurbelgehäuses, Fig. 9 zeigt eine Vierzylindermaschine und in den Fig. 10 bis 12 sind Einzelheiten dieser Maschine dargestellt.
Die mit Stufenkolben ausgerüstete Zweitaktmaschine nach den Fig. 1 bis 4 besitzt einen gesondert angeordneten Verbrennungs-und Verdichtungsraum k, der mit dem Arbeitszylinder d durch ein gesteuertes Ventil e2 und mit dem Stufenzylinder dl (Fig. i und 2) durch ein gesteuertes
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Verbrennungsraum und dem Stufenzylinder steuert (Fig. 3 und 4). An demselben Ende des Zylinders, wo die Ventile el-e2 liegen, befindet sich auch das Auslassventil e. Alle diese Ventile werden von einer gemeinsamen Steuerwelle h aus bewegt. Das Gasluftgemisch-oder die Luft bei Maschinen mit Verdichtung reiner Luft-wird vom Stufen : itylinder dl aus durch wassergekühlte Rohre in den Verdichtungsraum k gedrückt.
Soll mit höheren Umlaufzahlen und grösserer Ladung gearbeitet werden, so wird Gasluftgemisch oder Luft gleichzeitig vom Stufenzylinder und vom Kurbelgehäuse aus zugeführt (Fig. 3). Das Gasluftgemisch strömt dann durch das Saugventil a in das Kurbelgehäuse ein, von wo es durch Rohre in den Stufenzylinder gedrückt wird (siehe Fig. 3). Bei grösseren Maschinen wird Gasluftgemisch nur in den Stufenzylindern eingeführt, und durch das Saugventil a des Kurbelgehäuses wird Luft und Wasser eingeleitet, die durch die Kurbel vermischt werden und so den Kolben von innen aus kühlen (Fig. i). Das Gemisch aus Luft und Wasser wird dann durch den Kanal c und durch die vom Kolben gesteuerte Einlassöffnung in den Arbeitszylinder eingeführt und dort durch die Steuerwirkung der Kolbenkante über den Zylinderraum ausgebreitet, so dass der Zylinder nicht zu heiss werden kann.
Dieses also zur Kühlung benutzte Gemisch von Luft und Wasser wird zusammen mit den ververbrannten Gasen durch das Ventil e ausgeschoben. Gegebenenfalls kann noch mehr Wasser
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unmittelbar in den Kanal c eingeleitet werden, wie das bei Maschinen m ! t Verdichtung reiner Luft oder bei Petroleum- und Xaphtamaschinen üblich ist.
Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende : Im Arbeitszylinder d erfolgt beim Arbeitshub des Kolbens bei offenem Ventile e2 und geschlossenem Ventile el die Expansion. Unterdessen saugt der Stufenkolben das Gasluftgemisch durch Rohre it, o in den Stufenzylinderraum d,.
Am Ende des Expansionshubes öffnet sich das Auslassventil e. Hierauf gibt der Kolben den Einlasskanal c frei, aus dem Luft und Kühlwasser in den Zylinder gelangen, wodurch die verbrannten Gase ausgetrieben werden. Während das Ventil e2 noch geöffnet ist, wird auch das Einlassventil el geöffnet und in den Verdichtungs-und Verbrennungsraum k strömt das Gasluftgemisch ein, wobei der Kolben sich gegen den Verdichtungsraum hin bewegt.
Da das Einlassventil el an dem einen Ende und das Überströmventil e2 an dem anderen Ende des Verdichtungsraumes liegt, so wird der Verdichtungsraum gleichmässig mit dem Gasluftgemisch angefüllt,
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bei den bisher bekannten Zweitaktmaschinen der Zylinderquerschnitt die Berührungsfläche bildet. Die Zeitdauer der Berührung ist erheblich geringer als bei älteren Viertaktmaschinen,
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presst der Stufenkolben, da das Ventil el noch offen ist, durch ein von Kühlwasser umgebenes und zwischen dem Ventil el und dem Stufenzylinder dl angeordnetes Rohr noch Gasluftgemisch in den jetzt gegen den Arbeitszylinder abgeschlossenen Verdichtungsraum k. Gleichzeitig schiebt der Arbeitskolben Spülluft und Wasser und verbrannte Gase aus dem Arbeitszylinder hinaus.
Wenn der Arbeitskolben in seine Endlage gelangt ist, wird das Auslassventil e und unmittelbar darauf das Ventil el geschlossen und gleichzeitig das Ventil e2 geöffnet. Dann erfolgt die Zündung des Gasluftgemisches in der üblichen Weise im Raum k, und während der Vorwärtsoder Abwärtsbewegung des Kolbens geht die Expansion vor sich, worauf sich die Vorgänge wiederholen. Bei dieser Zweitaktmaschine werden also die verbrannten Gase aus dem Arbeitszylinder durch den Kolben wie bei gewöhnlichen Viertaktmaschinen entfernt und mittels verdichteter Luft und verdichtetem Gasluftgemisch aus dem Verbrennungs-und Zylinderraum ausgespült.
Bei Zweizylindermaschinen kann das verdichtete Gemisch vom Kurbelgehäuse aus durch Rohre unmittelbar in den Verbrennungsraum eingeleitet werden ; der Kanal c, durch den bei der Ausführung nach Fig. i Luft und Külwasser in den Zylinder eingeleitet werden, wird dann fortgelassen. Bei Einzylindermaschinen kann statt des Stufenzylinders ein Aufnehmer benutzt werden. Es können dann der Kanal zwischen Kurbelgehäuse und Zylinder und die zugehörigen Ventile fortbleiben, und der im Zuleitungsrohr zum Verbrennungsraum angeordnete Aufnehmer ist mit dem Kurbelgehäuse verbunden, wie das die Fig. 5 und 6 zeigen. Bei dieser Maschine wird ein Ventil v vorgesehen, das entweder selbsttätig arbeitet oder von der Steuerwelle des nach dem Verbrennungsraum führenden Ventils i gesteuert wird.
Bei Maschinen mit zwei Zylindern kann natürlich der Aufnehmer fortbleiben und von den Einlassventilen i des Zylinders führen Rohre c nach den Druckventilen v des Kurbelgehäuses, wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist. Der Verbrennungs-oder Kompressionsraum lässt sich so ausbilden, dass die verbrannten Gase vor dem Gasluftgemisch her entweichen, selbst wenn man Einlassventil i und Auslassventil p in bekannter Weise anordnet, wie Fig. 6 zeigt. In dieser Figur geben die Pleile an, wie sich die Füllung dieses Raumes vollzieht.
Die Viertaktmaschine nach den Fig. 5 und 6 arbeitet in folgender Weise : Während des Verdichtungshubes im Zylinder saugt der Kolben Gasluftgemisch durch Ventil a in das Kurbelgehäuse b und drückt es während des Expansionshubes durch ein selbsttätiges oder gesteuertes Ventil :'in den Aufnehmer X. Während des Ausschubhubes saugt der Kolben wieder Gasluftgemisch in das Kurbelgehäuse, und gegen Ende des Aussehubhubes wird das Zylindereinlassventil i solange vor dem Schliessen des Auslassventils p geöffnet, dass die verbrannten Gase aus
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das vom Aufnehmer her einströmt. Die dem Hubvolumen des Kolbens entsprechende Ladung an verdichtetem Gasluftgemisch strömt während des Ansaughubes im Zylinder aus dem Aufnehmer
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der Bewegungsumkehr den Verdichtungshub beginnt.
Verdichtung und Expansion finden dann während des ganzen Hin-und Herganges des Kolbens statt. Soll jedoch mit kleiner Ladung gearbeitet werden, so muss das Einlassventil früher, also noch während des Saughubes, geschlossen werden, damit nur eine geringere Menge Gemisch in den Zylinder einströmen kann. Es wäre aber auch angängig, das Ventil später zu schliessen und infolgedessen einen
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Teil des Gemisches wieder in den Aufnehmer und gegebenenfalls in das Kurbelgehäuse zurückzudrücken.
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so gesteuert, dass das Gasluftgemisch aus dem einen Kurbelgehäuse, in das es während des Verdichtungshubes eingesaugt und wo es während des Epansionshubes verdichtet wurde, nach dem Kurbelgehäuse des anderen Zylinders überströmen kann, in den vorher, während des Ausschubhubes, Gasluftgemisch eingesaugt worden ist.
Auf diese Weise ist es möglich, in dem Kurbelgehäuse des Zylinders, der während des gewöhnlichen Saughubes gefüllt werden soll, ein verdichtetes Gasluftgemisch zu erhalten und es ist ferner möglich, bei Zweitaktmaschinen die verbrannten Gase auch ohne Verwendung eines Aufnehmers mittels verdichteten Gasluftgemisches auszufegen, weil das dazu erforderliche verdichtete Gasluftgemisch aus dem Kurbelgehäuse entnommen werden kann.
Wenn die Maschine mit der grösstmöglichen Expansion und der höchsten Umdrehungszahl arbeiten soll, so werden die Kurbeln beider Zylinder gleich gerichtet und die Ladung wird in beiden Kurbelgehäusen gleichzeitig verdichtet, und zwar während des ersten Abwärtshubes der beiden Kolben für den einen und während des folgenden Abwärtshubes der beiden Kolben für den zweiten Arbeitszylinder. Dieser Vorgang findet in der in den Fig. 9 bis 12 dargestellten Vierzylindermaschine statt. Bei dieser Maschine sind die Kurbeln der beiden inneren und der
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gruppen sind unter 1800 zueinander versetzt.
Luft oder Gasluftgemisch kann in das Kurbelgehäuse durch den Kanal ao (Fig. 10) einströmen oder wird durch das selbsttätige Ventil a (Fig. 11) bzw. gesteuerte Ventil a1 (Fig. 12) gesaugt, oder aber die Zuleitung erfolgt sowohl durch ao wie durch a.
Auf diese Weise ist es möglich, die verbrannten Gase vollständig auszufegen und die grösstmögliche Ladung bei Verbundmaschinen mit zwei gewöhnlichen Viertaktzylindern und einen Zweitaktexpansionszylinder zu erhalten. Wendet man diese Arbeitsweise in dem Expansionszylinder einer solchen Verbundmaschine an, so wird das verdichtete Gasluftgemisch aus dem Kurbelgehäuse des Niederdruckzylinders in die Kurbelgehäuse der beiden Viertaktzylinder geleitet und verdrängt zu Beginn des Saughubes die verbrannten Gase aus dem Verbrennungsraum eines der beiden Zylinder in den Expansionsraum. Das Gasluftgemisch wird in das Kurbelgehäuse des Niederdruckzylinders eingesaugt und in eine Rohrleitung gedrückt, die mit den Hochdruckkurbelkastenpumpen und den Einlassventilen der Hochdruckzylinder in Verbindung steht.
Wird der Expansionszylinder nicht benutzt, so arbeitet die Maschine so, dass die Ladung von beiden Kurbelgehäusen aus in den Arbeitszylinder eingedrückt wird. Dadurch wird eine so wirksame, von Verbrennungsrückständen freie Ladung im Verbrennungszylinder und ein so hoher Enddruck erreicht, dass bei jeder Art von Brennstoff der Druck im Expansionszylinder nicht unter eine Atmosphäre sinken kann.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Zwei-oder Viertaktverbrennungskraftmaschine, bei der die verbrannten Gase aus dem Arbeitszylinder durch den Kolben ausgeschoben und aus dem Verdichtungs-und Verbrennungsraum durch verdichtetes Gasluftgemisch oder verdichtete Luft ausgefegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Stufenzylinder oder im Kurbelgehäuse verdichtete Luft oder Gasluftgemisch durch ein gesteuertes Ventil (J in den Verbrennungsraum (k), der an dem diesem Ventil (J gegenüberliegenden Ende mit einem die Verbindung zum Arbeitszylinder steuernden Ventil (eI) versehen ist, hineingeleitet wird, wenn das letztgenannte Ventil J und das Auspuffventil (e) des Arbeitszylinders geöffnet sind,
worauf das die Verbindung des Verbrennungsraumes mit dem Arbeitszylinder steuernde Ventil geschlossen und der Verbrennungsraum mit Luft oder Gasluftgemisch angefüllt wird (Fig. i und 2).