Yerbrennungskraftmascliine mit Inftkompressorzylindern. Die Erfindung betrifft; eine Verbren nungskraftmaschine mit Luftkompressor- zylindern und mit zwei entgegengesetzt be weglichen, zur Synchronisierung ihrer Be wegung miteinander gekuppelten Flugkolben. Die Erfindung bezweckt, den Arbeitsgang der Maschine von Schwankungen,der auf die Kolben einwirkenden Kräfte unabhängig zu machen und zu stabilisieren.
Die Abb. 1 und 2 zeigen zwei Ausfüh rungsbeispiele der Maschine; Abb. a' zeigt eine Vorrichtung zur Ände rung der Leistung der Maschine durch Ver änderung des Wertes der Explosionsmischung und durch Verlegung; des Zündpunktes :der selben.
Um die Stabilität ihres Arbeitsganges zu erzielen, ist die Maschine gemäss Fi,g. 1 in folgender Weise eingerichtet: Sie besteht im wesentlichen aus dem mittleren Motorzylinder 10 mit einer Ein trittsöffnung 11 und einer Auspufföffnung 12 und aus zwei seitlich davon angeordneten Kompressionszylindern 18 und 14 mit Aus trittsöffnungen 15 und 16 für die Kompres sionsluft, auf welche Öffnungen selbsttätige Sperrventile aufgesetzt sind. Die beiden Kol ben 17, 18 besitzen zwei verschiedene Durch tnesser. Sie sind auf ihrer Aussenfläche mit Saugöffnungen versehen, welche durch selbsttätige Ventile 19 und 20 verschlossen sind.
Die beiden Kolben 17 und 1.8 sind mit einer Synchronisierungsvorrichtun,g versehen, die wesentlich aus Zahnstangen 21, 22, 23, 24 besteht, welche paarweise .mit zwei Zahn rädern, deren Achsen 26 senkrecht zur ge- meinschaftliehen Achse der Zylinder 10, 13. 11 stehen, gekuppelt sind. Diese Zahnräder 25 besitzen einen iderartigen Durchmesser. dass ihre Drehung um die Achse 26, während eines Hin- und, Herganges -der Kolben 17, 18 kleiner ist als 360 . Mittelst dieser Achse 26 wird gleichzeitig der Unterbrecher einer Zündvorrichtung geschaltet.
Die normale Arbeitsweise der Maschine ist folgende: Wenn das zwischen den Kolben 17 und 18 komprimierte Brennstoffluftgemisch sich entzündet, werden die Kolben nach entgegen gesetzter Richtung zurückgeschleudert und komprimieren die in den Zylindern 13 und 14 befindliche Luft und drücken sie dann durch die Öffnungen 15, 16 in ein Reservoir. Da. die lebendige Kraft der Kolben 17, 1.8 hier bei gedämpft wird, werden -die Kolben still gesetzt.
Die Maschine ist so berechnet, dass in dem Augenblick des Stillstandes in den Räumen 27, 28 der Zylinder 13, 14 ein kom primiertes Luftkissen zurückbleibt, dessen Druck gleich ist dem des Reservoirs der Ma schine und genügt, um die Kolben 17 und 18 infolge 'ei Entspannung der Luft min destens wieder in ihre Ausgangslage zurück zuwerfen, wobei während .dieses Weges die Kolben die Kompression der Explosions mischung bewirken.
Derselbe Arbeitszyklus wiederholt sich dann so lange als keine hindernde Ände rung in den verschiedenen Einwirkungen auf die Kolben eintritt.
Der normale Arbeitsgang ist aber damit nicht vollständig gewährleistet. Wenn bei spielsweise eine vorübergehende Störung plötzlich auftritt, zum Beispiel dadurch, dass der kalorische Wert des Brennstoffes sich plötzlich erhöht, so werden durch .die Explo sion .die Kolben 17 und 18 über ihren nor malen Totpunkt auf den äussern Seiten hin ausgeschleudert, infolge der unbedingten Gleichheit -der motorischen Leistungen und der Widerstände.
Infolgedessen enthalten die Endräume 27, 28, die mit Luft desselben Druckes wie ,der :des Reservoirs gefüllt sind, ein kleineres Volumen, und bei,dem darauf folgenden Rückgang ist zu befürchten, dass die Kolben 17 und 18 eine nicht ,genügende Energie besitzen, um .die Widerstände, die sich ihrer Bewegung entgegensetzen, zu über winden und die erforderliche Kompression der Explosionsmischung zu bewirken.
Wenn die Maschine eine Zündvorrichtung .besitzt, welche nur bei einer bestimmten Stellung der Kolben 17 und 18. in Tätigkeit tritt, und wenn ,dann die Kolben 17 und 18 nicht bis zur Zündstelle gelangen, so erfolgt keine Zündung. Die Kolben 17 und 18 werden in diesem Falle mehrmals hin- und hergehen, infolge "er gegenwirkenden Kraft der Gas massen, .die in dem Zylinder 10 und in .den ZylinIern 13 und 1.1 eingeschlossen sind. Diese Hin- und Hergänge werden immer schwächer und schliesslich steht die Masehim# still.
Nimmt man dagegen an, '.ass der kalo rische Wert .des Brennstoffes abnimmt, so sind die Kolben 17 und 18 nicht imstande, nach der erstmaligen Explosion die normale Menge komprimierter Luft in das Reservoir überzudrücken. Die Gaskissen 27, 28, wel che nach beendeter Kompression in den Zy lindern 13 und 14 zurückbleiben, würden demnach wesentlich grösser sein, und die Kolben 17 und 18 würden beim folgenden Rückgange weit über die Zündstellen zu- rückgeschleudert werden.
Wenn auch die Zündung noch an einer bestimmten Stelle des Weges .der Kolben 17, 18 eintreten würde, so würden ,diese doch über ,diese Zünd stelle in erheblicher Weise hinausgehen und .die zunächst entzündeten und nachher ver brannten Gase überkomprimieren. Die Gase v,ürden infolgedessen den Überschuss an le bendiger Kraft aufspeichern, den sie -durch .die komprimierten Luftkissen erhielten, und würden .die Kolben 17 und 18 gegen die Bö den der Kompressionszylinder 13 und 14 mit einer Gewalt schleudern, welche gleich, wäre der Summe der motorischen Energie der ver brannten -Gase plus der infolge :der Über kompression aufgespeicherten Energie.
Der .darauffolgende Rückgang der Kol ben fände somit unter den bereits beschrie benen Bedingungen statt. Bei einer plötz lichen Erhöhung der Explosionskraft würde also die Maschine nach einigen wiederholten -Hin- und Herpendelun,gen ebenfalls still stehen.
Ein Motokompressor der :beschriebenen Art hängt streng ab von einer mathematisch genauen Gleichheitsfolge, welche die moto rischen Leistungen und die Widerstände der Kolben 17 und 1.8 .beherrschen. Jede, auch die geringste Schwankung in den verschie denen Kräften, !die auf die Kolben einwir ken, würde einen Stillstand der Maschine nach sich ziehen, die infolgedessen vollkom men unstabil würde. Anderseits würde man vergebens versuchen, die .durch die Maschine entwickelte Kraft zu regeln, da jede Ände rung des Verhältnisses zwischen den moto rischen Leistungen und Widerständen den Gang ,der Maschine unterbrechen würde.
Um dies .zu vermeiden, ist die Maschine gemäss Fig. 1 so eingerichtet, dass das am Ende des motorischen Weges in den Räu men 27 und 28 zurückgebliebene Volumen komprimierter Luft grösser ist als notwen dig, um die Kolben 17 und 18 in die Zünd- stellung zurückzuwerfen. Es folgt hieraus, dass bei Ingangsetzung der Maschine die Kolben 17 und 18, nach Zusammenpressen einer übermässigen Luftmasse in den Räu men 27 und 28, während des ersten moto rischen Hubes, in das Reservoir der Ma schine nur eine Luftmenge Überdrücken kön nen, welche geringer ist als die, deren po tentielle Energie normal der motorischen Leistung entsprechen würde.
Ein wesent licher Teil dieser Leistung 'bleibt somit in rlen Luftkissen 2 7 und 28 .aufgespeichert. Bei Rückkehr der Kolben 17 und -18 in den mittleren Teil .der Maschine gehen sie über die normale Zündstelle hinaus, und die Zün dung erfolgt während .des Rückganges an bestimmter Stelle, wie oben bereits erwähnt wurde.
In diesem Falle überkomprimieren die Kolben 17 und 18 die verbrannten und in Verbrennung begriffenen Gase und ver brauchen den Überschuss an Energie, den sie= durch die Luftkissen 27, 28 erhalten haben Die Kolben gehen dann in entgegengesetzter Richtung auseinander und erhalten einen Impuls, welcher der .Summe der normalen motorischen Energie und der überschüssigen Energie der Überkompression entspricht. Sie drücken diesmal eine übermässige Menge Kompressionsluft in das Reservoir, deren potentiale Energie grösser ist als die normale motorische Energie.
Hierauf kehren die Kolben zur Zündstelle zurück .mit einer Energie, die noch genügt, um die verbrana- ten oder in Verbrennung begriffenen Gase zu überkomprimieren. Die hin- und her gehenden Bewegungen der Kolben haben das Bestreben, eine stabile Gangart anzunehmen, so dass der Weg, den die Kolben normal zu rücklegen, stets eine Periode von Überkom pression der verbrannten oder in Verbren nung begriffenen Gase besitzt. Die auf diese Weise sich einstellende Arbeitsweise wird in bestimmten Grenzen stabil, was nach den voraufgegangenen Erklärungen ohne weite res verständlich ist.
Man kann die @durcb. die Maschine gelieferte Leistung bleibend her- absezten oder vermehren, beispielsweise .durch die Regelung der Qualität der Explosions mischung, wodurch man eine ganz bemer kenswerte Stabilität, sowohl während des Wechsels der Gangart, als auch während der Arbeit mit konstanter Kraft erhält. Wird die Zündung während des Hinganges der Kolben 17 und 18 bewirkt, so überkompri- mieren sie die Explosionsmischung, statt der verbrannten Gase.
Die Mischung entzündet sich jedoch erst bei Erreichung es normalen Kompressionsdruckes. Um jedoch in allen Fällen Selbstzündung zu verhindern, die den Gang der Maschine beeinträchtigen würde, ist es vorteilhaft, die auf diese Weise ver zögerte Zündung durch zwei oder mehrere Zündkerzen 29 und 30 hervorzurufen, wel che durch die Kolben 17 und 18 während der Überkompressions- und der darauffol- genden Expansionsperiode überdeckt werden.
Der Kompressionsraum, in, welchem die Ex plosionsmischung eingeschlossen ist, besitzt keinerlei Rauhigkeit, die sie übermässig er hitzen könnte und Selbstzündung hervorzu bringen imstande wäre. Die Stabilität und Regelung sind unter diesen Umständen auf ähnliche Ursachen zu rückzuführen, wie dies bereits :beschrieben wurde und bedürfen somit keiner weiteren Erläuterung.
Bei der Ausführungsform entsprechend Abb. 2 besitzt der Motokompressor dieselben wesentlichen Teile. Zur Stabilisierung sei- nes Ganges verwendet man folgende Ei:i- riehtung Das Innere der Kolben 17 und 1.8 ist zylindrisch ausgebohrt, und in diese zylin drischen Bohrungen 32, 33 greifen Kolben 34, 35, die an den Böden der Zylinder 13 und 14 starr befestigt sind. Die zylindri schen Räume 32, 33 werden mit einem iner- ten Gas gefüllt, das heisst mit einem Gas, das zur Verbrennung nicht beiträgt.
Hier durch vermeidet man Explosionen in den Räumen 32,<B>33</B> durch Verbrennung des Schmieröls in Gegenwart stark komprimier ter und infolgedessen stark erhitzter Luft. Als inertes Gas, welches leicht beschafft werden kann, verwendet man zweckmässig das Auspuffgas des Motorzylinders und füllt damit die Räume 32 und 33.
Die Räume 32 und 33 sind, wie Abb. 2 zeigt, allseitig geschlossen und von den Ho- torzylindern 13, 14 unabhängig. Da, jedoch zu befürchten ist, dass die Kolben 34, 3<B>5</B> nicht vollkommen nicht schliessen, ist eine Anordnung getroffen, um im Innern der Räume eine ständig konstante Menge inerten Gases aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zwecke sind in den Kolben 34, 35 Kanäle 38, 39 angebracht, welche bei 40, 41 an der Wandung der Kolben 34, 35 ausmünden.
Ausserdem sind an,den Wandungen der Kol ben 17, 18 Nuten 42, 43 angebracht, welche sich gegenüber den Öffnungen 40, 41 ein stellen können, und deren Länge so bereeh- i:et ist, -dass im Augenblicke -des Zusammen fallens mit den Öffnungen 40, 41 eine zeit weise Verbindung entsteht zwischen den Ka nälen 38, 39 und den zylindrischen Räumen 32, 33.
Die Kanäle 38, 39 werden mit einem Reservoir inerten Gases in Verbindung .ge setzt, jedesm@al, wenn die Nuten 42, 43 vor ,den Öffnungen 10. 41 vorbeigehen, und dies ..eschieht bei jeder Hin- und Herbewegung der Kolben. Dadurch wird der Druck des Reservoirs, welches die inerten Gase ent hält, im Innern der Räume 32, 33 wieder hergestellt, falls die unvermeidlichen Ver luste diesen Druck unter den des Reservoirs fallen gelassen haben sollten.
Die auf .diese Weise eingerichtete Ma- sehine arbeitet normal in derselben Weise wie die vorangehend beschriebene, mit .dem Unterschiede jedoch, da.ss die Rückkehr -der Kolben<B>17,</B> 18 gleichzeitig durch die Kom pressionsluft der Räume 27, 28 und durch das zusammengedrückte inerte Gas der Räume 32, 33 veranlasst wird.
Bei einer übermässig starken Explosion. durch welche die Kolben 17, 18 über ihrem normalen Totpunkt auf der Seite :des Kom- pressors geschleudert werden, nehmen die ge wöhnlichen Luftkissen der Böden 27, 28, wie friiher angegeben wurde, ab, dagegen nimmt: die Kompression ides inerten Gases in den zylindrischen unabhängigen Hohlräumen 32. 33 zu. Die Entspannung der beiden sich kompensierenden Gaskissen liefert,die Ener gie, die zum Zurücktreiben der Kolben 17 und 18 über ihre Zündstellen im Motor zylinder hinaus notwendig ist.
Ein Zurücktreiben der Kolben über ihre Zündstellen im Motorzylinder findet auch dann statt, wenn. die motorische Energie während :des motorischen Weges abnimmt.
Die Regulierung ,der durch die Maschine gelieferten Kraft bei den verschiedenen sta bile, Gangarten wird, wie bei der Maschine nach Abb. 1, durch Erhöhung oder Herab setzung des kalorischen Wertes der Explo sivmischung oder durch Veränderung des Zündzeitpunktes der Mischung erzielt, zum Beispiel durch wesentliches Voreilenlassen der Zündung, wodurch die Leistung des mo torischen Arbeitsprozesses und damit auch die Leistung der Kompressionszylinder ver mindert wird, oder durch Kombinierung bei der Mittel. Abb. 3 zeigt eine Vorrichtung, die beide Mittel kombiniert.
Bei dieser Vor richtung ist an der Ventilnadel 45 eines Karburators, die zur Regelung dient, eine Rolle 46 angebracht, welche ständig durch eine Feder 48 auf eine schiefe Fläche einer Regulierschiene 47 aufgedrückt wird. Die Regulierschiene ist mittelst einer Pleuel stange 49 mit dem Hebel 50 eines Unterbre chers verbunden. Diese Einrichtung ermög licht, gleichzeitig die Zusammensetzung der Explosionsmischung zu ändern und den Zündzeitpunkt zu verlegen bezw. den Zünd- druck zu verändern.
Eine ,derartige Rege lung ergibt eine Reihe von Regelungsmög lichkeiten, wovon lediglich die wichtigsten nachstehend erwähnt sind.
Man kann beispielsweise die Herabset zung des kalorischen Wertes der Zünd- mischung mit mehr oder minder grossen Zündvoreilungen kombinieren, um .die Lei stung des motorischen Arbeitsprozesses durch Erniedrigen des Enddruckes der vorauk. gegangenen Kompression zu vermindern. In diesem Falle erhält man eine Regelung mit denselben Resultaten wie bei Vergrösserung der Voreilung allein, aber mit einer besseren Wirkung und einer grösseren Veränderlich keit der Leistung.
Han kann auch die Herabsetzung des kalorischen Wertes der Zündmischung mit einer Na.cheilung !der Zündung kombinieren, so dass die Zündung stets in der Nähe des Totpunktes auf der Motorseite erfolgt.
Bei Erläuterung der Maschine mit unabhängigem Gaskissen (Fig. 2) wurde gezeigt, dass, wenn ,die motorische Leistung ihren normalen Wert besitzt, die Lage der Totpunkte in sta biler Weise bestimmt wird, da die Zündung in der Nähe des Totpunktes auf der Motor seite stattfindet. Sch\vankt die inotoriscli Leistung, so ergibt sich, dass, da die durch das Gaskissen hervorgebrachte Korrektur eine ungenügende ist, der Weg der Kolben eine bestimmte Schwankung erfährt, und dass, wenn die Zündung unveränderlich bleibt, ,die Kolben 17 und 18 den Zündpunki;
überse-,breiten in derselben Weise wie bei Ebb. 1. Man kann dies benutzen, um die Regulierung :der Leistung vorzunehmen, in dem man den kalorischen Wert der Gas mischung herabsetzt und diese nach vorheri gen Kompressionen :zur Verbrennung bringt, die um so höher sind, je ärmer die Gks- mischung ist.
Die Herabsetzung des kalori schen Wertes der Gasmischung vermeidet die Gefahren der Selbstzündung und liefert gleichzeitig eine gute und rasche Zü:?dung .gilbst sehr brennstoffarmer Misch argen, wenn sie- vor ihrer Entzündung genügend stark komprimiert sind. Man. erhält auf diese Weise das widersprechende Resultat, dass eine bessere thermische Wirkung der Maschine erzielt wird bei herabgesetzter Lei stung als bei normaler Leistung.
Die verschiedenen Regelungsmöglichkei ten beweisen, dass eine grosse Mannigfaltig keit stabiler Gangarten erzielt werden kann, und dass anderseits die Änderungen der Gangart ohne Gefahr für die Maschine und in sehr kurzer Zeit stattfinden können.