DE127879C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVi 127879 KLASSE 46«.

Gegenstand der Erfindung ist ein Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen, welche mit mehreren Kolben ausgerüstet sind, und bei denen der Hülfskolben zwangläufig bewegt wird.

Es sind bereits Explosionskraftmaschinen mit zwei in einem Cylinder arbeitenden Kolben, zAvischen denen die Ladung entzündet und ausgestoßen wird, bekannt.

Bei diesen Maschinen stößt der Hülfskolben während seines Hinganges die verbrannten Abgase vor sich herschiebend aus und saugt gleichzeitig zwischen sich und dem Cylinderdeckel neue Ladung an. Die Eigenart dieser bekannten Maschinen besteht darin, daß beide Kolben sich unabhängig von einander bewegen, daß namentlich der Hülfskolben nicht zwangläufig bewegt wird, sondern in der Zeit seines Stillstandes von den Druckverhältnissen zwischen beiden Kolben und der dadurch beeinflußten Umdrehungsgeschwindigkeit der Maschine abhängig ist. Der Hülfskolben steht unter der Zugwirkung einer Feder, welche das Bestreben hat, den Kolben stetig gegen den Arbeitskolben zu drücken, und wird durch den Druck der zwischen beiden Kolben stattfindenden Explosionen so lange gegen den Cylinderdeckel gepreßt, bis der Arbeitskolben den Auspuff freigiebt.

Es sind ferner Explosionskraftmaschinen mit zwei Kolben bekannt, bei denen der Hülfskolben zwangläufig bewegt wird. Auch bei dieser Maschine stößt der Hülfskolben die verbrannten Abgase zwischen sich und dem Arbeitskolben aus und saugt gleichzeitig neue Ladung zwischen sich und dem Cylinderdeckel an. Der Hülfskolben dieser Maschine steht jedoch niemals ganz still, sondern setzt seinen Rückgang noch fort, während der Arbeitskolben zu neuer Arbeit umkehrt. Die Verbrennung findet in dieser Maschine annähernd isothermisch statt, da während des ersten Theiles der zwischen beiden Kolben stattfindenden Verbrennungen bezw. Explosionen der Hülfskolben sich noch rückwärts bewegt und infolge dessen noch neuen Brennstoff zuführt. Der Hülfskolben saugt von Anbeginn fertiges Verbrennungsgemisch an und verdichtet dasselbe adiabatisch.

Im Gegensatze zu diesen Maschinen bewirkt bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Maschine der Arbeitskolben die Verdichtung der Ladung und den Ausstoß der verbrannten Gase, während der Hülfskolben nur die neue Ladung ansaugt. Die Bewegung des Hülfskolbens geschieht in allen Theilen zwangläufig und ist derartig geregelt, daß derselbe vor der Umkehr des Arbeitskolbens im todten Punkt steht, also an der Verdichtung der Ladung nicht theilnimmt, und im todten Punkt so lange verbleibt, bis der Arbeitskolben nahezu den Auspuff freigiebt. Für sehr schnelllaufende Maschinen kann der Stillstand des Hülfskolbens bis zu dem Punkte andauern, in welchem der Auspuff schon freigegeben ist, in welchem Falle man mit kürzerem Hub und kleinerer Ladungsmenge zu arbeiten im Stande ist. Nunmehr eilt der Hülfskolben dem Arbeitskolben nach, die verbrannten Abgase nach der inzwischen freigelegten Auspufföffnung vor sich herschiebend

(2. Auflage, ausgegeben am 24. Juni 1905.1

und gleichzeitig neue Ladung zwischen sich und dem Cylinderdeckel ansaugend, und der inzwischen zurückkehrende Arbeitskolben stößt die zwischen beiden Kolben noch befindlichen Rückstände, bis auf den schädlichen Raum, vollständig aus, worauf der Hülfskolben ebenfalls umkehrt und, dem folgenden Arbeitskolben voreilend, die zwischen sich und dem Cylinderdeckel angesaugte Ladung nach dem zwischen beiden Kolben verbleibenden Räume überdrückt, wo sie von dem Arbeitskolben in dem im Hülfskolben vorgesehenen eigentlichen Verbrennungsräume verdichtet und im Zustande der höchsten Verdichtung mittelst beliebiger Zündvorrichtung entzündet wird. Durch die Anordnung des eigentlichen Explosions- bezw. Verbrennungsraumes in einen nach dem Arbeitskolben zu offenen Hohlraum des Hülfskolbens wird erreicht, daß die im Augenblick der Zündung frei werdende strahlende Wärme auf die Kolbenwand übertragen wird, so daß die Cylinderwand nur mit den bereits expandirenden Verbrennungsgasen in Berührung kommt.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer Ausführungsform als Zweitaktmaschine dargestellt.

Fig. ι zeigt einen Längsschnitt nach A-B der Fig. 2, Fig. 2 einen Längsschnitt nach C-D der Fig. 1 und Fig. 3 bis 6 eine Darstellung der hauptsächlichsten Kolbenstellungen.

Der Arbeitskolben α ist durch eine im Kolben α drehbar gelagerte Pleuelstange c mit der Kurbel d der Kurbelscheiben e-e verbunden. Der mit Kühlwassermantel oder Kühlrippen versehene Cylinder g ist nach der Kurbelwelle zu offen und am anderen Ende durch den Cylinderdeckel h geschlossen, welcher letztere je zwei an ihrem Ende durch eine Platte j verbundene Führungsbacken i-i besitzt, an die die Führungsschienen r-r für die Hülfskolbenstange η befestigt werden.

Der Hülfskolben b ist an seiner dem Kolben α zugekehrteil· Fläche mit einer Aushöhlung k versehen, die als Verbrennungsraum dient, und deren Größe die Verdichtung des Verbrennungsgemisches bestimmt; die die Höhlung k umschließende Kolbenwand ist mit je einer oder mehreren Oeffnungen / für den Gemischeinlaß und mit einer Oeffnung m für die Zündung versehen. In dem Hülfskolben b ist eine Kolbenstange η befestigt, die mittelst einer Stopfbüchsenpackung 0 gasdicht durch den Cylinderdeckel h nach dem Ouerhaupt ρ führt, in welchem sie befestigt ist. Das Querhaupt ρ gleitet in dem zwischen je zwei Backen i-i gebildeten Schlitz hin und her und ist mit Hülfe der an ρ befestigten Gleitschuhe q-q in den an den Backen i-i befestigten Gleitschiene!! r-r geführt.

Die Vorrichtung zur Bewegung des Kolbens b besteht aus je einer zu beiden äußeren Seiten der Kurbelscheiben e-e auf der Schwungradwelle/'excentrisch befestigten Scheiben i-i, den darüber greifenden Schleifen oder Kulissen 2-2, die mit ihrer Verlängerungsstange 3-3 drehbar auf den an den Gleitschuhen 5-5 befestigten Zapfen 4-4 gelagert sind; die Gleitschuhe 5-5 sind in den an der Cylinderaußenwand befestigten Gleitschienen 6-6 zWangläirfig geführt- und greifen mit ihren Verbindungsstangen J-J an den beiden Enden des Querhauptes ρ an, an welchen sie befestigt sind, so daß dieses Querhaupt, und damit der Kolben b, der jeweiligen Bewegung der Gleitschuhe 5-5 bezw. Zapfen 4-4 zu folgen gezwungen sind.

An der .geschlossenen Seite des Cylinders g ist in dessen Seitenwand der Verbindungskanal ί angeordnet; derselbe besitzt, direct am Cylinderdeckel, eine nach dem Cylinderinnern stets offen bleibende Mündung t und an seinem anderen Ende eine Mündung u mit Rückschlagventil. Das Ansaugen der frischen Ladung erfolgt durch das von außen in den Kanal s führende Ventil v, welches zugleich als Mischungsventil ausgebildet sein kann. Außerdem ist eine Durchbohrung w in der Cylinderwand g vorgesehen, in welche die Zündvorrichtung eingesetzt ist.

In ungefähr zwei Drittel der Hubhöhe des Arbeitskolbens α befindet sich die Auspufföffnung x, welche mit einem gesteuerten Ventil versehen sein kann.

Der in Fig. 3 bis 6 veranschaulichte Arbeitsgang der Maschine ist folgender: Ist der Hohlraum k des Saugkolbens b mit Verbrennungsgemisch gefüllt, so wird in der oberen Todtpunktlage (Fig. 3) die Zündung bewirkt und der Kolben α nach unten getrieben , welcher diese Bewegung auf die Schwungradwelle/ überträgt; der Hülfskolben b bleibt zunächst stehen, da die auf der Welle f befestigten Excenterscheiben 1 - 1 in ihren zugehörigen Ringschleifen 2-2 zunächst frei gleiten können, welche Bewegungsfreiheit, durch den gleichzeitig erfolgenden Seitenausschlag der Schleifenpleuelstangen 3-3 , bis zu der in Fig. 4 strichpunktirt gezeigten Kurbelstellung anhält, so daß auch der Hülfskolben b bis zu diesem Punkte in seiner Ruhelage verbleibt. Durch entsprechende Verlängerung oder Verkürzung der Excenterschleife und größere oder geringere Seitenausschlagsmöglichkeit der Schleifenpleuelstange kann die Ruhelage des Kolbens b nach Erforderniß verlängert oder verkürzt werden.

Bei der weiteren Drehung der Welle f nimmt nun die Excenterscheibe 1 den Schleifenring 2 mit und bewegt damit den Kolben b in derselben Richtung, in welcher Kolben a

sich bewegt, welche Bewegung anfangs, infolge der Gestalt der Schleife, langsamer als diejenige von α erfolgt, später aber beschleunigt wird, nachdem der Kolben a in seinem weiteren Abwärtsgange die Auspufföffnung, χ freigegeben hat, durch welche die Verbrennungsgase ungehindert auspuffen können, falls kein gesteuertes Ventil angewendet ist. Der Kolben b drückt bei seinem Abwärtsgange einen Theil der Verbrennungsrückständen aus und saugt gleichzeitig durch Ventil ν und Verbindungskanal s neue Ladung in den -zwischen seiner hinteren Fläche und dem Cylinderdeckel h sich bildenden Raum; eine vorzeitige Entzündung dieses frischen Gemisches ist dabei vollständig ausgeschlossen, da zu dieser Zeit die Zündöffnung w von dem oberen Theile des Kolbens b vollständig verdeckt gehalten wird (vergl. Fig. 5 und 6). In Fig. 5 ist die Ausstoß- und Ansaugperiode noch nicht vollständig beendet, da zum vollständigen Ausstoße der Rückstände das Zurückkommen des Arbeitskolbens α in die in Fig. 6 gezeichnete Stellung erforderlich ist, und der Saugkolben b seinen tiefsten Stand nicht schon bei dem in Fig. 5 gezeigten tiefsten Stande der Kurbelwelle erreicht, sondern erst kurz vor der in Fig. 6 strichpunktirt gezeigten Kurbelstellung. Der tiefste Stand des Kolbens b wird nicht bei der tiefsten Stellung der Excenterscheibe 1 bezw. Schleife 2, sondern erst bei dem alsdann erfolgenden seitlichen Ausschlage der Schleifenpleuelstange erreicht, und schließt sich fast unmittelbar daran der Wiederaufgang dieses Kolbens, welcher in dem Augenblick beginnt, wo der Kolben α die untere Fläche des Kolbens b fast erreicht hat (Fig. 6), womit auch der Ausstoß der verbrannten Rückstände vollständig beendet ist.

Wie beim Abwärtsgange, geht auch beim Wiederaufgange der Kolben b etwas schneller als Kolben a, und drückt dabei das in dem Cylinderraume über demselben angesaugte frische Verbrennungsgemisch durch Mündung t, Kanal s und Mündung u in den Hohlraum k bezw. in den zwischen den Kolben α und b noch verbleibenden Raum, da der Kolben a den Kolben b noch nicht erreicht hat, wobei das Saugventil ν sich selbstthätig schließt, dagegen das Ventil u sich selbstthätig öffnet, so lange der Druck über dem Kolben b und im Kanal größer ist, als zwischen dem Kolben b und a. Das Ueberdrücken der Ladung erfolgt ohne größere Verdichtung, die eigentliche Verdichtung wird vielmehr ausschließlich von dem Arbeitskolben λ bewirkt, da Kolben b seinen Höchststand früher erreicht als Kolben a. Sobald der Kolben b seinen Höchststand erreicht hat, schließt sich auch das Ventil u selbstthätig, der Arbeitskolben a beendet die Verdichtung der Ladung in dem Hohlraum k des Kolbens b, sobald er seinen oberen Todtpunktstand erreicht hat und das im Zustande der höchsten Verdichtung in k befindliche Verbrennungsgemisch wird entzündet, worauf das Spiel sich wiederholt.

Es findet demnach zunächst die Kraftperiode allein, alsdann die Ausstoß- und Ansaugeperiode gleichzeitig neben einander in einem Kolbenhingange statt und in dem Kolbenrückgange nur die Verdichtungsperiode, wobei allerdings auch noch die Beendigung des Ausstoßes auf den ersten Theil des Rückganges des Kolbens α zu rechnen ist.

Soll die Maschine als doppelt wirkende ausgeführt werden, so ist noch ein zweiter Hilfskolben nöthig, und ist der Arbeitskolben zwischen diesen beiden Saugkolben derart anzuordnen, daß dessen Kolbenstange durch den nach der Welle f zu befindlichen Saugkolben und dessen zu diesem Zwecke hohlen Kolbenstange nach einem Kreuzkopf führt, welcher letztere mittelst einer Pleuelstange auf die Arbeitswelle f wirkt. Der Cylinder ist auch an der Seite nach der Arbeitswelle zu durch einen Cylinderdeckel zu schließen, durch welchen die hohle Kolbenstange des bezüglichen Saugkolbens, mittelst geeigneter Stopfbüchsenpackung, gasdicht nach einem Querhaupt führt, an welches die Excenterschleif eneinrichtung angelenkt ist; da beide Saugkolben stets die gleiche Bewegung auszuführen haben, sind die bezüglichen Querhäupter der beiden Saugkolbenstangen einfach mit einander zu verbinden.

Eine solche Eintaktmaschine würde in folgender Weise arbeiten: Zu der Zeit, in welcher der Kraftkolben auf der einen Seite eben die Verdichtung der Ladung beendet und umkehrt, wobei die Zündung dieser Ladung, und damit der Krafthub von dieser Seite erfolgt, würde auf der anderen Seite der Saugkolben eben die verbrannten Abgase vor sich hergeschoben, und neue Ladung über sich angesaugt haben und nunmehr den nach seiner Seite rückkehrenden Kraftkolben erwarten. Wenn der Kraftkolben diesen zweiten Saugkolben fast erreicht hat, womit er seinerseits den Auspuff des noch zwischen diesen beiden Kolben verbliebenen Rückstandes beendet, setzen sich beide Saugkolben in derselben Richtung in Bewegung, in welcher der Kraftkolben eben läuft, wobei der erste Saugkolben, die eben entzündete Ladung vor sich herschiebend, zwischen sich und seinem zugehörigen Cylinderdeckel neue Ladung ansaugt, wogegen der zweite Saugkolben, dem folgenden Arbeitskolben voreilend, die zwischen sich und seinem zugehörigen Cylinderdeckel befindliche neue Ladung durch den Seitenkanal s nach dem Räume zwischen sich

und dem Arbeitskolben überdrückt, worauf der Arbeitskolben diese neue Ladung in dem Kolbenraume k dieses zweiten Saugkolbens verdichtet, die Zündung in diesem Räume erfolgt, und der ganze Vorgang sich nach der entgegengesetzten Seite wiederholt. Es findet demnach für jede halbe Schwungradumdrehung ein Krafthub statt; für jeden Krafthub sind aber sämmtliche vier Perioden des Viertaktes gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig, jedoch in wechselseitiger Folge, vorhanden, ohne daß ein Zusammentreffen der frischen Ladung mit dem brennenden bezw. verbrannten Rückstande der vorherigen Explosion jemals eintreten könnte.

Claims (1)

1. Patent- Anspruch :

   Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen mit Hülfskolben, welcher bei seinem Vorgang neue Ladung zwischen sich und dem Cylinderdeckel ansaugt und gleichzeitig die eben verbrannten Abgase vor sich herschiebend ausstößt, dadurch gekennzeichnet, daß der zwangläufig bewegte Hülfskolben (b) während des ersten Verlaufes der Verbrennung vollständig still steht, dann, dem Arbeitskolben (a) nacheilend, die Abgase vor sich herschiebt, welche von dem inzwischen zurückkehrenden Arbeitskolben (a) durch Oeffnung (x) ausgestoßen werden, worauf der nun ebenfalls umkehrende Hülfskolben (b), dem folgenden Arbeitskolben voreilend, die zwischen sich und dem Cylinderdeckel angesaugte neue Ladung nach Freilegung der Oeffnung (u), durch einen oder mehrere Seitenkanäle fs) in den Explosionsraum (k) bezw. in den Raum zwischen beide Kolben überdrückt, welche dann von dem Arbeitskolben (a) in dem Kolbenraume (k) verdichtet und dort mittelst beliebiger Zündvorrichtung entzündet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.