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Verbrennungskraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine mit zwei verschieden weiten Zylindern bzw. mit einem oder mehreren Sätzen von je zwei verschieden weiten Zylindern, die so arbeiten, dass der Brennstoff in den durch Verdichtung von Verbrennungsluft auf Entzündungstemperatur gebrachten engen Zylinder eingespritzt wird, und dass nach der Expansion der entzündeten Gase in dem engen Zylinder diese in den weiten Arbeitszylinder übergeführt werden, so dass sich die Arbeitsvorgänge der Maschine in zwei Druckstufen abspielen, nämlich in einer Hochdruckstufe der Verbrennung im engen Zündzylinder und in einer Niederdruckstufe der Expansion der verbrannten Gase im weiten Arbeitszylinder.
Die Erfindung bezweckt, den Betrieb derartiger Maschinen so zu leiten, dass sich die beiden Druckstufen möglichst stossfrei aneinanderschliessen, und dass eine möglichst vollkommene Verbrennung des Brennstoffs erzielt wird. Zur Erreichung dieser Zwecke werden gemäss der Erfindung unter Ausbildung der Maschine als Viertaktmaschine in den von dem engen Zylinder (bzw. Zylindern) nach dem weiten Zylinder (bzw. Zylindern) führenden Verbindungskanälen an deren Mündungen Abschlussventile vorgesehen, deren Steuerung so bewirkt wird, dass sie am Ende des Arbeitshubes der kleinen Zylinderkolben geöffnet werden, so dass die expandierten Gase eines kleinen Zylinders in den mit verdichteter Luft gefüllten Verbindungskanal nach dem ihm zugeordneten grossen Zylinder übertreten.
Bei der Maschine wird in den oder in die engen Zylinder vorzugsweise ein Überschuss an Brennstoff übergeführt, der hier nicht zur Verbrennung gelangt, sondern in den weiten Zylinder übertritt und dort unter Drucksteigerung der Gase zur vollständigen Verbrennung gelangt Der grosse Arbeitszylinder bzw. der grosse Zylinder ist in üblicher Weise mit einem Lufteinlass-und mit einem Auslassventil veisehen, die den Lufteintritt und den Austritt der Gase aus dem weiten Arbeitszylinder so steuern, dass die Luft während des Arbeitshubes des Zündzylinderkolbens in dem benachbarten grossen Arbeitszylinder verdichtet wird und dass nach Beendigung des Arbeitshubes des grossen Kolbens die verbrannten Gase ausgestossen werden.
Die Maschine wird mit mindestens zwei seitlich nebeneinanderliegenden Paaren von gleichachsigen Zylindern mit darin arbeitenden Stufenkolben ausgerüstet, wobei jeder Zündzylinder durch einen Verbindungsweg mit dem seitlich neben ihm liegenden anderen Arbeitszylinder in Verbindung steht. Eine in dieser Weise ausgebildete Maschine gemäss der Erfindung ist auf den Zeichnungen veranschaulicht und es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht der Maschine, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch einen Zylindersatz und Fig. 3 einen Grundriss.
Mit A ist der kleine oder Zündzylinder bezeichnet, in dem ein Plungerkolben B angeordnet ist, der einen Ansatz des grösseren Kolbens 0 bildet, der in dem grösseren Zylinder D arbeitet. Beide Kolben sind starr miteinander verbunden, so dass sie sich wie ein einziger Kolben bewegen, und sind an die Kurbelwelle E durch eine Schubstange F angeschlossen. Die Zylinder sind von einem Hohlraum ss umgeben, der einen Wassermantel für in Umlauf gehaltenes Wasser bildet und die Zylinder auf einer hinreichend niedrigen Temperatur hält, um ihre Überhitzung zu verhüten.
Der obere Teil des kleinen Zylinders A läuft in einen verjüngten Raum a aus, nach dem sich Ventile b und c öffnen. Das Ventil b ist ein Einlassventil, durch das Aussenluft durch den Kanal d eingesaugt wird. Das Ventil c ist ein Auslassventil, das in seiner Offenstellung den Zylinder in Verbindung mit einer der Leitungen H setzt, die nach dem benachbarten grossen Zylinder D führt. Die Ventile b und e öffnen sich nach innen und werden durch Federn e, e gegen ihre Sitzflächen gepresst gehalten. Das Öffnen und Schliessen der Ventile wird durch Hebel f, f bewirkt, die unter dem Einfluss von Kurvenscheiben auf den Wellen g, g stehen.
An Stelle dieser besonderen Anordnung von Ventilen und deren Antriebsvorrichtungen könnten natürlich auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, um die Ein-und Auslassorgane des Zylinders zu steuern.
Die die Kurvenscheiben tragenden Wellen g, g werden von der Hauptkurbelwelle J aus mit Hilfe von Ketten und Kettenrädern od. dgl. in der Weise angetrieben, dass die Wellen g, g eine Umdrehung machen, während die Kurbelwelle J zwei Umdrehungen ausführt.
Der Raum a und der Hub des Kolbens B sind so bemessen, dass die bei einem Saughub in den kleinen Zylinder eingesaugte Luft beim Druckhub so stark z sammengepresst wird, dass eine hohe Temperatur erzeugt wird, um schwere flüssige Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Petroleum oder Kerosen, zu ent- . zünden. Der flüssige Brennstoff wird zusammen mit Luft durch eine Düse i am Kopfe des Zylinders A eingeführt, wobei diese Öffnung durch ein Nadelventil & geöffnet und geschlossen wird, das seinen Antrieb von einem gekröpften Hebel, l und einer Kurvenscheibe auf der Welle g erhält. Der flüssige Brennstoff befindet sich in einem Behälter r, von dem die Flüssigkeit durch ihre Schwere nach der Maschine hin fliesst oder der Brennstoff kann auch unter Druck zugeführt werden.
Der flüssige Brennstoff gelangt
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von dem Behälter r durch Röhren p, p nach Pumpen s, s, die durch Exzenter oder Kurbeln t, t auf der Welle g angetrieben werden. Bei jedem zweiten Hub jeder Pumpe wird ein Brennstoffstrahl durch die Röhren u, u in den Raum v rings um das Nadelventil k gedrückt.
Eine Druckluftpumpe P, die entweder unabhängig oder durch eine Kurbel R auf der Kurbelwelle J angetrieben werden kann, befördert Luft unter Druck nach einem Luftbehälter 0, wobei die Druckspannung dieser Luft höher bemessen wird als der Druck in dem Raum v des Zylinders A. Der Druekluftbehälter 0 steht in Verbindung mit dem Raum v, so dass dieser sowohl mit flüssigem Brennstoff durch
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gespeist wird.
Die grossen Zylinder D, D sind mit Lufteinlassventilen S, S und Auslassventilen T, T versehen, die ihren Antrieb von Kurvenscheiben auf der Welle g empfangen.
Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt : Angenommen, die Teile befinden sich in der in Fig. 2 dargestellten Lage, und der Kolben der Maschine ist im Begriff, sich nach abwärts zu bewegen, um Luft in den Zündzylinder A einzusaugen. Beim Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Ventil b des Zündzylinders geöffnet und bleibt offen während der Dauer des Saughubes, so dass sich der Zündzylinder voll mit Luft füllt. Beim darauffolgenden Druckhub bleibt sowohl das Luftventil b als auch das Auslassventil c geschlossen, und es tritt daher eine Verdichtung und hohe Erhitzung der Luft ein. Beim darauffolgenden Beginn des Kolbenniederganges wird das Nadelventil k einen Augenblick
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hocherhitzte Luft eingespritzt werden kann.
Am Ende dieses Kolbenniederganges, der den Arbeitshub des kleinen Kolbens bildet und wählend dessen die Verbrennung des Brennstoffluftgemisches in dem Zündzylinder stattfindet, wird das Auslassventil e geöffnet und bleibt während des ganzen darauffolgenden Hochganges des Kolbens offen, so dass die heissen und brennenden Gase aus dem Zündzylinder durch den Verbindungskanal H in den grossen Arbeitszylinder des benachbarten Zylindersatzes übertreten, in dem gleichzeitig unter dem Einfluss dieser brennenden, Gase der grosse Kolben und gleichzeitig auch der kleine Kolben ihren Arbeitshub ausführen.
Beim Rückgange der Kolben im zweiten Zylinder nach dem Arbeitshub treten die brennenden Gase aus dem Zündzylinder in den nach dem ersten Zylinder führenden weiten Kanal H über, in den vorher die Luft auf die Expansionsspannung der Gase des Zündzylinders verdichtet war, so dass auch im ersten Zylinder der grosse Kolben seinen Arbeitshub unter den gleichen Bedingungen ausführt, wie für den zweiten Zylinder angegeben.
Das Öffnen und Schliessen der Ventile des grossen Arbeitszylinders in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung geht in folgender Weise vor sich : Beim Beginn des Niedergangs des grossen Kolbens C wird zwecks Luftansaugung das Ventil S geöffnet und bleibt offen während der ganzen Dauer dieses Kolbenhubes oder doch annähernd während dieses ganzen Zeitraumes. Beim darauffolgenden Hochgang des Kolbens wird das Ventil S geschlossen, so dass die Luft im Zylinder und in dem Verbindungskanal H, der nach dem Zündzylinder des benachbarten Zylindersatzes führt, bis zum Ventil c hin verdichtet wird.
Beim nächsten Niedergang des Kolbens, bei dem das Ventil c geöffnet ist, treten die verbrannten Gase aus dem kleinen Zylinder a des Nachbarzylindersatzes an dem Ventil c vorbei in den grossen Zylinder über, vermischen sich mit der verdichteten Luft und dehnen sich während des Niederganges des grossen Kolbens C aus. Während des nächsten Hochganges des Kolbens C ist das Auspuffventil T geöffnet, so dass die ausgedehnten Gase ins Freie treten.
Da die Arbeitsgase beim Übertritt aus dem Zündzylinder des einen Zylindersatzes in den nach dem grossen Arbeitszylinder des andern Zylindersatzes führenden Verbindungskanal verdichtete Luft vorfinden, wobei die Abmessungen so gewählt sind, dass diese Luft ungefähr auf die Endspannung des im Zündzylinder zur Verbrennung gelangenden Verbrennungsgemisches verdichtet ist, so wird eine Stossbeanspruchung der Maschine nicht eintreten. Die Vermischung der Verbrennungsrückstände aus dem Zündzylinder mit der verdichteten Luft in dem nach dem Arbeitszylinder führenden Kanal hat auch eine Nachverbrennung der Brennstoffrückstände aus dem Zündzylinder zur Folge, so dass Verluste an Brennstoff infolge unvollkommener Verbrennung im Zündzylinder vermieden werden.