DE108782C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Um höhere Verdichtungen und damit besseren thermischen Wirkungsgrad z. B. bei Gaskraftmaschinen zu erzielen, muß Gas und Luft getrennt verdichtet werden. Abgesehen von Verschiedenheiten in dem Vorgang bei der Verbrennung (bei constantem Volumen, bei constantem Drucke, bei constanter Temperatur) und in der Wahl der oberen Verdichtungsbezw. Temperaturgrenze gleichen sich die bisher bekannt gewordenen Maschinen alle darin, daß für Gas und Luft zwei getrennte Pumpencylinder angewendet wurden. Damit ist der Nachtheil verbunden, daß die Maschine umständlich wird, daß die Gaspumpen erst bei Verwendung zweier abwechselnd wirkender Expansionscylinder ausgenutzt wird, und daß vor allem der Expansionsgrad ganz erheblich kleiner wie der Verdichtungsgrad ausfällt.
• Die neue Maschine vermeidet die genannten Uebelstände dadurch, daß für Gas und Luft ein gemeinschaftlicher Verdien tungscylinder (zugleich als Expansionscylinder) verwendet wird, in welchem außer dem Kolben eine Scheidewand sich bewegt, die während des gemeinschaftlichen Saugehubes und Verdichtungshubes eine Mischung der gleichzeitig in den Arbeitscylinder angesaugten und verdichteten Luft und Brennstoff verhindert, am Ende des Verdichtungshubes aber als »Verdränger« wirken, den Uebertritt des Brenngases in die Arbeitsluft veranlaßt, worauf Verbrennung und Expansion im '>Luftraume« des Arbeitscylinders erfolgt.

In Fig. ι ist eine solche Maschine schematisch dargestellt.

In dem Arbeitscylinder Z bewegt sich der Arbeitskolben K und der Verdränger υ (oder die Scheidewand); α ist die Mündung eines Kanales nach dem Luftsaugeventile und dem Auspuffventile (-Schieber, -Hahn oder dergl.) des Arbeitscylinders, welche in der bei Viertaktmaschinen üblichen oder anwendbaren Weise mittelst der Zahnräder T₁ und r₂ bewegt bezw. gesteuert werden, i ist das hinter dem Verdränger liegende Gassaugeventil, welches gleichfalls in bekannter Art gesteuert werden kann. Der Verdränger ν bewegt sich hier mit seinem Mantel über einem Fortsatze des Cylinderdeckels D, gegen denselben und damit gegen Z mittelst Kolbenringe abgedichtet. In dem Verdränger sind eine Anzahl Oeffnungeh, Röhrchen, Brennerdüsen oder dergl. vorgesehen, welche bei Ueberdruck des Brenngases dasselbe durchtreten lassen nach der Kolbenseite im Cylinder, nach dem Lufträume. Seine Bewegung erhält der Verdränger durch eine Steuerung, bestehend aus Hebel h, Stange t₃, Schleifbogen oder Regelungskulisse C. Stange t₂ t_v Rolle e, Curvenscheibe S auf Zahnrad r₂ ^{von r}i bezw. der Triebwelle des Schwungrades R.
. Der Arbeitsvorgang ist folgender:

Bei Beginn des Saugehubes nehmen Verdränger ν und Arbeitskolben K ihre äußerste Stellung links ein. Rolle β befindet sich zwischen Quadrant I und IV der Curvenscheibe; Lufteinlaßventil und Gasventil werden geöffnet. Verdränger und Arbeitskolben bewegen sich nun so, daß ihre Geschwindigkeiten oder Wege wie die Gemischzahlen, zum Beispiel ι : το

(2. Auflage, ausgegeben am 14. November :go8j

sich verhalten und so, daß — wie auch durch entsprechende Ventilöffnung oder Rohrweite, Druckverhältnisse der Gas- und Luftzuleitung bedingt — ein Druckunterschied vor und hinter ν nicht auftritt (wenigstens nicht in schädlicher Weise). Am Ende des Saugehubes, also nach ¹J₂ Umdrehung der Triebwelle, ¹Z₄ Umdrehung der Curvenscheibe (wie bei der Steuerwelle der meisten Viertaktmaschinen) befindet sich Gas zwischen Cylinderdeckel und Verdränger, Luft zwischen Verdränger und Kolben; Rolle e steht zwischen Quadrant I und II. Beim nun folgenden Verdichtungshube legt der Verdränger einen etwas kürzeren Weg zurück nach links, entsprechend dem Verdichtungsgrade und so, daß wieder eine schädliche Druckdifferenz auf seinen beiden Seiten vermieden wird; Auspuff-, Gas- und Luftventil sind hierbei geschlossen. Etwas vor, nach oder im Verdichtungshubende wird der Verdränger je nach der beabsichtigten Verbrennung (bei constantem Volumen, bei constantem Drucke, bei constanter Temperatur) mehr oder weniger rasch durch die Curvenscheibe (dem dem Winkel a entsprechenden Theile derselben) in seine äußerste Stellung links gebracht Und durch diese Bewegung des Verdrängers das Gas aus dem Verdrängerraum in den Luftraum des Arbeitscylinders durch die Oeffnungen u. dergl. des Verdrängers getrieben. Das Gas oder das nun entstandene Gemisch wird dann durch besondere Zündvorrichtungen, wie z. B. durch elektrische, durch Flammenzündung zur Entflammung gebracht, wenn nicht die Verdichtungswärme schon allein zur Selbstzündung genügt. Hierauf erfolgt Expänsionshub und Auspuffhub des Kolbens K, wie bei der Viertaktmaschine. Der Verdränger bleibt während der zwei letzten Takte, Quadrant III und IV, stehen.

Die Regelung bei Belastungsänderungen erfolgt hier durch Veränderung der angesaugten Gasmenge mittelst des Schleifbogens C; in der untersten Stellung des Kulissensteines ist die angesaugte Gasmenge am größten, in der obersten am kleinsten, d. h. der Verdränger bewegt sich nicht. Die Verschiebung des Kulissensteines bezw. der Stange t_a erfolgt z. B. mittelst Stellzeuges f vom Regler aus.

Die Regelung könnte auch geschehen durch Aussetzen der Gaseinspritzung, sei es durch Geschlosserihalten des Gasventiles i oder durch Ausklinkung der Verdrängerbewegungsorgane.

Eine dritte Art der Regelung ergibt sich unter Beibehaltung des normalen Verdrängerhubes durch Verdünnen des Brenngases durch Luft, indifferente Gase (Beigase), z. B. Auspuffgase, die mit angesaugt werden. In diesem Falle wirkt der Regler auf Drosselventile oder dergl., oder es werden Gas- und Beigasventil zu verschiedenen Zeiten geöffnet bezw. geschlossen.

Die Verdrängerbewegung kann auch eine andere beim Saughube sein, wie dies beispielsweise durch die Curvenscheibe in Fig. 2 und 3 dargestellt ist.

Der Verdränger kann bei Beginn des Saugehubes, etwa entsprechend dem Winkel 3 (Fig. 2), seinen ganzen Weg auf einmal zurücklegen, währenddessen das Lufteinlaßventil zweckmäßig geschlossen bleibt, oder Fig. 3, Winkel β, erst am Ende des Saugehubes, wobei ebenfalls besser das Lufteinlaßventil vorzeitig geschlossen wird. Zwischen diesen beiden Grenzen liegen eine Reihe Uebergänge, von welchen Fall Fig. 1 einen darstellt.

Die Ableitung der .Verdrängerbewegung kann noch auf andere Arten erfolgen wie durch die beschriebene Curvenscheibe der Fig. 1, 2 und 3, z. B. durch zwei oder mehrere Steuerscheiben mit entsprechenden Nocken für Hin- und Rückgang oder für den Verschiebungshub bei Beginn der Expansion (durch Verstellen der Steuerscheiben oder Steuerwalzen oder deren Nocken kann hierbei auch der Saugehub, das Gasvolumen geregelt werden), ferner durch Ellipsenräder, unrunde Räder, Spiralräder, Doppelkammgetriebe, Räder aus Zahnsectoren, Mangelräder, Excenter mit veränderlicher Excentricität u. s. w. Unter Wegfall genannter Getriebe können diese eine oder alle Bewegungen des Verdrängers auch von dem Kreuzkopfe, der Kolben- oder Pleuelstange, der Kurbel u. s. w. abgenommen werden unter Zuhülfenahme der bekannten Elemente ver-r schiedener Hub- und Drehsteuerungen, z. B. von Ventilsteuerungen. Die Bewegung des Verdrängers kann weiter theilweise nicht zwangläufig, durch Federn, Gewicht, elektromagnetische Kraftübertragung erfolgen, und z. B. durch regelbare Dämpfungsvorrichtungen (Katarakte, Oelbremsen, Luftbuffer) passend verlangsamt bezw. eingestellt werden.

Um das Brenngas aus dem Räume m (Fig. 4) zwischen Verdränger und Cylinderdeckel möglichst vollständig in den Luftraum des Arbeitscylinders überführen zu können, kann mit dem Verdränger υ ein zweiter Verdränger k (Fig. 4) verbunden werden, der sich hier in einer cylinderartigen Ausbohrung φ des Cylinderdeckels bewegt, beim Saugehube des Arbeitskolbens Luft oder besser indifferente Gase durch Kanal I und Ventil d ansaugt, beim Verdichtungshube in φ verdichtet und schließlich nach m durch Kanäle, Nuthen oder den Spielraum übertreten und das Brenngas verdrängen läßt.

Da immerhin infolge des schädlichen Raumes -zwischen dem nicht aufsitzenden Verdränger und dem Cylinderdeckel zurückbleibende Brenngase im weiteren Verlaufe der Expansion im Arbeitscylinder und Sinken der Temperatur unverbrannt übergehen könnten, so empfiehlt es sich, nach Abschluß der beab-

sichtigten Ueberströmung Quadrant III (Fig. i, 2 und 3) durch geeignete Form der Curvennuth 5 bezw. Bewegung entsprechender Organe dem Verdränger eine schwache Bewegung im Sinne derjenigen des Kolbens zu geben, desgleichen beim Rückgange — Auspuff — im Quadranten IV zurück, so daß stets beiderseits Druckgleichheit herrscht.

Wie Fig. 5 andeutet, kann der Verdränger ν auch als Klappe ausgebildet sein mit schwingender Bewegung um c; auch andere Ausführungsformen, Lagen und Bewegungsrichtungen des Verdrängers sind denkbar, z. B. kann der Verdränger in einem besonderen, senkrecht zur Achse des Arbeitscylinders angesetzten Verdrängercylinder, der nach ersterem zu offen ist, sich bewegen u. s. w. Der Verdränger könnte sogar mit dem Kolben gehen, so daß er seine relativen Bewegungen gegen den Cylinderdeckel in Fig. ι nunmehr gegen die Arbeitsseite des Kolbens K ausführt; ει-könnte sich schließlich auch in einem Hohlräume des Kolbens bewegen, der gegen den Cylinder zu offen ist.

Da beim Saugehube und Verdichtungshube bezüglich des Brenngases und der Luft eigentlich nur der Arbeitskolben wirkt, der Verdränger nur eine Scheidewand bildet, so ist eine besondere Dichtung des letzteren überflüssig; sie kann so lediglich als Labyrinthdichtung (Fig. 4) ausgeführt sein. Immerhin empfehlen sich Kolbenringe, um die sich etwa ansetzenden Rückstände, z.B. von verbranntem Schmieröl, abzuschaben. .

Um eine Erhitzung des Verdrängers und deren Folgen zu vermeiden, sollten besonders seine reibenden, zu schmierenden Theile sich in möglichst gekühlten, von der Flamme unberührten Räumen bewegen, wie dies z.B. Fig. ι veranschaulicht.

Es kann Kühlwasser, Luft in den entsprechend hohl ausgeführten Verdränger geleitet werden, etwa durch hohle Verdrängerkolbenstangen. Der Verdränger kann auch mit isolirenden Stoffen belegt sein oder aus solchen bestehen. Die Kanäle oder Bohrungen im Verdränger werden zweckmäßig mit auswechselbaren Röhrchen, Brennerdüsen ausgefüttert. Die Düsen können z. B. wie beim Zweilochbrenner, Fischschwanzbrenner u. s. w. zur' Erzielung eines dünnen, breiten Gasstromes ausgeführt sein. Zur Zertheilung des Gasstromes dienen desgleichen Prallstifte u. s.-w. Schließlich können auch Ventile, die sich nach der Kolbenseite öffnen, eingesetzt sein in die Bohrungen des Verdrängers oder dessen Düsen, welche gleichzeitig zum Zertheilen des Gasstromes beitragen. Der Verdränger kann auch Drahtnetze auf seinen Seiten oder in seinem Innern enthalten, oder ganz aus diesen bestehen.

Sicherheitsventile oder dergl. können im Verdränger oder am Cylinder angebracht sein. Zur Erkennung oder gegebenenfalls zur selbstthätigen Regelung eines etwa unzeitig auftretenden Druckunterschiedes vor und hinter dem Verdränger kann eine Art Differentialmanometer angewendet werden.

Im Uebrigen können verschiedenartige Constructionen im Ganzen und in Einzelheiten, liegende, stehende, mehrfache, doppeltwirkende Cylinderverbundanordnungen, Luft- oder Gaspumpen für Vorconipressen, Einrichtungen für Auskehren des Cylinders beim Auspuffen durch Absaugen der Verbrennungsgase, durch Nachsaugen 'oder Einblasen von Frischluft, Öffnungen im Cylinder am Expansionshubende zwecks Vorauspuff ens u. dergl. mehr gewählt werden.

Als Brennstoff dienen alle geeigneten Gase oder Dämpfe, z. B. Leuchtgas, Wassergas, Benzin, Erdöl, Alkohol, Aether. Die Verdampfung bezw. Vergasung flüssiger Stoffe kann nach Art ähnlicher Einrichtungen bei ■Benzin-, Petroleumkraftmaschinen und dergl. außerhalb der Maschine erfolgen oder innerhalb, d. h. hier im Verdrängerraume. Zweckmäßig läßt man behufs Zerstäubung Luft oder indifferente Gase mit nach dem Verdrängerräume saugen;· auch kann in letzterem Falle dann der flüssige Brennstoff in den Verdränger z. B. durch dessen Kolbenstange (n, Fig. i) und auf Drahtnetze, Pinsel und andere die Vertheilung und Verdampfung fördernde Einrichtungen oder in die Düsen u. dergl. eingeführt werden.

Die Arbeitsluft kann im Ueberschusse angewendet oder theilweise durch indifferente Gase ersetzt werden.

Claims (1)

1. . Patent-Anspruch:

   Im Viertakt und mit getrennter Ansaugung und Verdichtung der Arbeitsluft und des Brennstoffes arbeitende Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Oeffnungen zum Uebertritte des Brennstoffes nach dem Verbrennungsräume des Arbeitscylinders versehene Verdränger υ sowohl bei dem Saugehube, als bei dem Verdichtungshube derartig bewegt wird, daß eine schädliche, vorzeitige Mischung infolge von Druckungleichheiten vor und hinter dem Verdränger nicht eintritt, und erst in der Verbrennungsperiode der Verdränger so bewegt wird, daß ein Druckunterschied bewirkt wird, welcher den Uebertritt des Brennstoffes in die Arbeitsluft und die Verbrennung in letzterer herbeiführt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.