DE178193C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 178193 KLASSE 46 c. GRUPPE

WILLIAM F. SCHMOELE in ANTWERPEN.

Luftgekühlte Explosionskraftmaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Dezember 1904 ab.

Für diese Anmeldung ist bei der Prüfung gemäß dem Unionsvertrage vom

20. März 1883

14. Dezember 1900 auf Grund der Anmeldung in Belgien vom 29. Dezember 1903 anerkannt.

die Priorität

Zweck vorliegender Erfindung ist, bei luftgekühlten Explosionskraftmaschinen eine solche Verbindung von Wärme absorbierenden Vorrichtungen zu treffen, daß die durch die Explosionen erzeugte Wärme weder vermindert noch durch Kühlflüssigkeit abgeleitet zu werden braucht, und diese Wärmemenge auf einfachste Weise unschädlich gemacht wird.

Zur Erzielung dieses Zweckes wird einerseits die Zersetzung des Schmiermittels auf den Kolbenringen durch die eigenartige Bauart des Kolbens, die schädliche Wirkung des durch die Pleuelstange ausgeübten seitlichen Druckes auf die Zylinderwandung und die Verhinderung der Wärmezuleitung längs der Zylinderwände sowie das Oxydieren des Auspuffventiles und dessen Sitzes durch die wärmeaufbrauchende Vergasung des Brennstoffes vermieden. Außerdem wird der Kraftverminderung infolge der auf die Ladung verdünnend wirkenden erhöhten Wärme mittels Druckluft vorgebeugt.

Bei den bisher gebräuchlichen luftgekühlten Maschinen muß die Kompression der Ladung wegen ungenügenden Schutzes gegen Wärme weit unter der bei wassergekühlten Motoren üblichen Kompression bleiben, und da ja die Explosionskraft von dem Verdichtungsgrade der Ladung abhängt, so würde die Leistung der gewöhnlichen luftgekühlten Maschine weit geringer als diejenige einer wassergekühlten sein. Dieser Nachteil soll durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung beseitigt werden, und es kann bei der neuen Anordnung nicht nur die bei Wasserkühlung übliche Kompression von 4 bis 5 kg pro qcm, sondern auch eine doppelt so starke Kompression der Ladung erzielt werden, ohne daß schädliche Frühzündungen zu befürchten sind.

In der Zeichnung ist Fig. 1 ein senkrechter Längsschnitt und Fig. 2 ein senkrechter Querschnitt der neuen Anordnung.

Der Zylinder der neuen Explosionsmaschine kennzeichnet sich besonders dadurch, daß seine Länge das Doppelte der Kolbenhublänge vermehrt um die Gesamtbreite der Kolbenringe beträgt. . Beträgt die Kolbenhublänge z. B. 80 mm und nehmen die Kolbenringe einen Raum von 20 mm Breite ein, so ist die Länge des Zylinders gleich 20 + 80 -+- 80 = 180 mm. Bei Zylindern mit schwacher Kompression kann diese Länge etwas abgekürzt werden, da in diesem Falle die sehr erschöpften Explosionsgase einen geringeren schädlichen Einfluß auf die untere Zylinderwand haben. Auch kann in anderen Fällen die Länge des Zylinders etwas größer sein aus einem im nachstehenden erläuterten Grunde.

Von der Gesamtlänge des Zylinders ist der Teil 1-2, welcher gleich der Hublänge des Kolbens ist, der Explosionsflamme ausgesetzt; der untere Teil 3-4 der Zylinderwandung wird von dem Kolben beständig bedeckt gehalten. Seine

Ringe kommen nie mit der oberen Zylinderwandungshälfte in Berührung. Auch der Kolben selbst, dessen Länge groß genug ist, um die obeie Zylinderwandungshälfte zu bedecken, kommt nicht mit dieser in Berührung, da sein Durchmesser etwas geringer ist als der innere Zylinderdurchmesser, so daß zwischen dem Kolben und der Zylinderwandung ein kleiner Ringraum entsteht, in den wohl die Verbrennungsgase, nicht aber die Explosionsflamme selbst eindringen können, indem letztere durch die kühleren Wände sofort gelöscht wird.

Um den Unterschied zwischen der Temperatur der oberen der Flamme ausgesetzten Zylinderhälfte 1-2 und der unteren von dem Kolben bedeckten Zylinderhälfte 3-4 noch größer zu ■ machen, besteht der Zylinder aus zwei einzelnen Teilen, welche in zweckmäßiger Weise verbunden und am besten durch einen Asbestring 5 abgedichtet sind. Letzterer befindet sich demnach etwa in der Mitte der Zylinderwand und nicht direkt unter der Explosionskammer, wie bei ähnlichen Anordnungen. Der Asbestring 5 wird von dem Kolben beständig bedeckt, und aus diesem Grunde kann auch der Zylinder etwas länger sein, wie oben gesagt. Infolge dieser besonderen Zylinderausführung besitzt die untere Zylinderhälfte 3-4 eine niedrige Temperatur; man kann sie ohne Gefahr mit der Hand berühren, während der obere Zylinderteil 1-2 so stark erwärmt wird, daß dessen Metall porös werden würde.

Um die entstehende Ausdehnung der Zylinderwandung zu ermöglichen, wird der obere Zylinderteil zweckmäßig mit einer oder mehreren inneren Wänden ausgeführt, welche von dem äußeren Mantel stofflich verschieden sind. In der Zeichnung ist eine solche Bauart veranschaulicht. Die innere Wand ist aus hartem Metall, z. B. Stahl, und kann entweder auf mechanischem Wege eingepaßt werden, oder es kann der äußere Mantel um dieselbe gegossen werden. In diesem Falle verwendet man am besten Geschützbronze, deren Schmelzpunkt unter demjenigen des Stahles liegt. Auch eignet sich diese Bronze sehr gut aus dem Grunde, weil der Wärmeausdehnungs-Koeffizient derselben größer ist als derjenige des Stahles, wodurch eine ungefähr gleichmäßige Ausdehnung beider Wände erreicht wird.

Da aber die Verwendung von Bronze sehr kostspielig ist, kann dei Zylinder auch mit einer inneren Stahlwand und einem äußeren Stahloder Gußeisenmantel von größerem Durchmesser ausgeführt werden, wobei Aluminium oder eine geeignete, weiche Metallegierung zwischen die beiden Wände gegossen wird.

Der Kolben der Maschine besteht aus einem äußeren Mantel 6, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der innere Durchmesser des Zylinders. Dieser Mantel, dessen innere Fläche mit

Asbest verkleidet sein kann, ist über den hohlen, zylinderförmigen" Kolbenkörper 8 gestülpt, wobei noch am Kopfe ein freier Zwischenraum 7 bestehen bleibt, welcher als Wärmeisolierung dient. An die obere Stirnwand des Kolbenkörpers 8 ist ein Stutzen 9 angegossen, in den der Kreuzkopf 10 der Pleuelstange geschraubt ist. Das entgegengesetzte Ende des Kolbenkörpers besitzt äußere umlaufende Nuten zur Aufnahme der Kolbenringe. · Die innere Fläche des hohlen Kolbens findet ihre Führung auf zwei Gleitflächen 11, 11, die am Maschinengehäuse befestigt sind; auf diese Weise wird die sichere Führung des Kolbens nicht mehr durch die Kolbenringe erzielt, welche nur noch zum Abdichten dienen.

Das Ventil 12 ist in einem Führungsrohre 13 mit Ventilsitz 14 längsbeweglich angeordnet, wobei rings um die Ventilstange ein kleiner freier Raum zum Hochsteigen des flüssigen Brennstoffes (Naphta oder Petroleum) vorgesehen ist. Letzterer entweicht durch die Öffnungen 15 und ergießt sich über die äußere Fläche des Führungsrohres 13, welches zu diesem Zwecke mit breiten und wenig tiefen schraubenlinienförmigen Nuten 16 versehen ist. Der Ventilsitz 14 ist mit mehreren fensterartigen Öffnungen 17 versehen, durch welche das Luftgasgemisch während der Saugperiode zum Ventile gelangt oder während der Auspuffperiode entweicht. Die verschiedenen Teile dieser Vorrichtung müssen aus einem Stücke hergestellt sein, damit die von dem Ventilsitze absorbierte Wärme ohne Hindernis zu der unteren Masse der Führung gelangen kann. Das Führungsrohr 13 ist von einem beweglichen Mantel iS umgeben, dessen oberer, verengter Teil sich an den Ventilsitzkörper 14 anschließt und bei der Aufwärtsbewegung gegen dessen Flansch anstößt. Dieser Mantel 18 ist derart gestaltet, daß er in seiner untersten Stellung die Verbindung zwischen dem Ventile · 12 und dem Inneren des Vergasers (Karburators) abschließt und gleichzeitig den Durchgang zum ringförmigen Räume 19 freigibt, weicher mit der Auspuffableitung in Verbindung steht. Bei der Aufwärtsbewegung schließt der Mantel 18 die Öffnungen 17 auf halbem Wege, und bei der weiteren Bewegung werden diese Öffnungen wieder geöffnet, um die Verbindung mit dem Inneren 20, 21 des Vergasers herzustellen und diejenige mit dem Räume 19 wieder zu schließen. Durch diese Bewegung des Mantels 18 wird der Auspuff von der Ansaugung vollständig getrennt, wobei das Ventil 12 während dieser Bewegung geöffnet bleibt.

Die Bewegung des Mantels 18 und des Ventiles 12 wird durch die Schraubenfedern 22, 23 vermittelt, welche von Nocken auf der Steuerwelle 24 beeinflußt werden. Es ist zu bemerken, daß die zum Aufwärtsbewegen des Mantels iS

und zum Aufwärtsbewegen des Ventiles 12 dienende Feder 22 ziemlich schwach ist, da der Mantel 18 wegen seiner besonderen Gestaltung beim Durchströmen der Auspuffgase entlastet ist und somit keinen besonderen Bewegungswiderstand besitzt. Da aber diese Feder 22 nicht genügt, um ein dichtes Abschließen des Ventiles 12 zu sichern, so besitzt dieses eine zweite stärkere Feder 23, welche sich oben gegen die unbewegliche Mutter 25 der Stopfbüchse 26 stützt. Der Druck der Feder 22 wird auf den Mantel 18 übertragen durch die Vermittlung der ringförmigen Scheibe 27 und der an dieser und dem Mantel befestigten Stangen 28, 28.

In der Zeichnung Fig. 1 sind diese Stangen punktiert gezeichnet, weil sie nicht in der Ebene des hier gezeichneten Schnittes liegen.

Der freie Raum 21 bildet die Karburationskammer, zu der die Luft durch einige mittels des Schiebers 29 einstellbare Öffnungen gelangt. Der obere Teil dieser Kammer ist durch ein Drahtgewebe 30 abgeschlossen, welches die Verbindung mit dem Räume 20 gestattet und durch welches das Luftgasgemisch in den Mantel 18 und durch die Fenster 17, 17 zum Ventile 12 gelangt. In der Kammer 21 wird die eintretende Luft vermittels der durch die öffnungen 15, 15 ausspritzenden und längs der Nuten 16 herabfließenden Flüssigkeit karburiert, während der äußere Raum 20 die Luftkammer bildet, in welche die Zusatzluft durch vermittels Schieber 31 einstellbare Öffnungen gelangt.

Durch die übergroße Erwärmung des Arbeitszylinders und die durch diese hervorgerufene Ausdehnung der Gase würde die in den Zylinder eintretende Füllung sehr vermindert werden. Um diesem Übelstande abzuhelfen, könnte man dem Zylinder größere Abmessungen geben; es ist jedoch einfacher die Ladung während ihres Eintretens in den Zylinder zu komprimieren. Dies wird dadurch erreicht, daß man die Einströmöffnungen des Karburators mit einem Mantel umgibt, dessen Innenraum durch ein Rohr mit dem Inneren des Kurbelgehäuses in Verbindung steht, so daß die beim Niedergange des Kolbens im Kurbelgehäuse leicht vorkomprimierte Luft zu dem Karburator gelangt. Dieses Rohr besitzt einen Zweiweghahn, um beim Ingangsetzen der Maschine und so lange der Karburator in kaltem Zustande ist, eine direkte Verbindung mit der äußeren Luft herstellen zu können. Wenn der Karburator erwärmt ist, wird die Verbindung mit dem Kurbelgehäuse hergestellt.

Diese leichte Vorkompression liefert etwa ähnliche Zylinderfüllungen wie diejenigen, welche in gut mit Wasser gekühlten Maschinen durch einfaches Ansaugen erzielt werden; doch bei sehr kräftigen Maschinen geht man noch weiter und wendet stärkere Vorkompressionen an.

Die Abkühlung des Ventiles erfolgt auf folgende Weise: Die von dem Ventilsitzkörper 14 aufgenommene Wärme wird an die Führungshülse 13 abgegeben und dient zur Vergasung des durch die Nuten 16 fließenden Brennstoffes. während die Wärme des Ventiles 12 selbst teilweise von der Führung 13 und teilweise von der im Inneren derselben emporsteigenden Flüssigkeit aufgenommen wird. Praktische Versuche haben bewiesen, daß das Ventil auf diese Weise genügend stark abgekühlt wird. Das Drahtgewebe 30 zwischen der Kammer 21 einerseits und der Kammer 20 und dem Mantel 18 andererseits verhindert das Eindringen der Flamme (Rückzündung) in die Kammer 21.

Die ganze Vorrichtung wird durch die Überwurfmutter 32 am Zylinderkopfe befestigt, wobei eine Asbestscheibe 33 einen dichten Abschluß sichert. Eine Büchse 34, welche vermittels Schraubenbolzen 35 befestigt ist und die Ableitung zum Auspufftopfe trägt, umgibt den ringförmigen Raum 19. In manchen Fällen kann sogar diese Schale die Schraubenmutter 32 ersetzen, indem sie schon in sich selbst stark genug ist, um die ganze Vorrichtung dicht gegen den Zylinderkopf festzuhalten.

Der flüssige Brennstoff gelangt durch die Leitung 36 in die ringförmige Nut der Mutter 37 und in die Längsnut 38 der Ventilstange. Die Länge dieser Nut 38 ist so bemessen, daß sie go in der oberen Stellung des Ventiles die Verbindung der Leitung 36 mit dem freien Räume rings um die Ventilstange herstellt. Auf diese Weise gelangt die Flüssigkeit zu den Öffnungen 15, solange das Ventil 12 angehoben ist, während das Einströmen der Flüssigkeit verhindert ist, wenn das Ventil 12 auf seinem Sitze 14 aufruht, weil dann die Nut 38 im Inneren der Mutter 37 liegt. Die Nut 38 ersetzt also den üblichen Schwimmer o. dgl. und dient zum selbsttätigen Regeln der in den Motor eintretenden Flüssigkeit, da die während einer Saugperiode eingeführte Menge nicht nur von der Saugkraft, sondern auch von der Zeit, während welcher das Ventil offen ist, abhängt. Je schneller der Motor läuft, desto kräftiger ist die Saugwirkung, und desto kürzer ist die Zeit, während welcher das Ventil 12 gehoben ist. Diese beiden Faktoren gleichen sich demnach aus, wodurch eine fast stets gleichbleibende Brennstoffausströmung gesichert ist.

Die Zündung des Gemisches wird durch einen auf der Steuerwelle 24 sitzenden Nocken 39 geregelt, dessen abgeschrägte Kontaktfläche die Berührung mit der isolierten Kontaktfeder 40 herstellt. Letztere ist auf einer Schraubenspindel 41 einstellbar angeordnet, um die Voroder Nacheilung beliebig regeln zu können. Der das Ventil bewegende Hebel 42 ist ebenfalls auf einer Schraubenspindel 43 einstellbar und stützt sich auf die Abschrägung des Nockens 44, wodurch das Sinken des Ventiles gegen das Ende

der Saugpefiode hin beliebig früher öder später erfolgen kann und so ein besonderes Drosselventil ersetzt wird.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Luftgekühlte Explosionskraftmaschine, gekennzeichnet durch die Kombination des verlängerten, in der Mitte zwecks Vermeidung

   ίο von Wärmeübertragung geteilten Zylinders (1-2, 3-4) mit dem die untere Innenfläche des Zylinders immer bedeckt haltenden und zwecks Wärmeabsperrung doppelwandig gestalteten Kolben (6, 8) und mit dem einzigen, in ebenfalls bekannter Weise zum Einlassen und Auspuffen doppeltwirkenden, durch die Vergasung des flüssigen Brennstoffes abgekühlten Ventil (12).
2. 2. Luftgekühlte Explosionskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am offenen Ende des Zylinders mehrere durch einen Zwischenraum von der Zylinderwandung getrennte Gleitflächen (11) konzentrisch angeordnet sind, auf denen die innere Fläche des hohlen Kolbens (8) gleitet, zum Zwecke, die Kolbenringe gegen den seitlichen Druck der Pleuelstange zu schützen.
3. 3. Die besondere Bauart des doppeltwirkenden Ventiles, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Zylinder hin führenden Ventilsitzfenster (17) von einem Mantel (18) umgeben sind, dessen Bewegung diese entweder mit der Auspuffkammer (19) oder mit dem in der Führungshülse des Ventiles (12) angeordneten Vergasungsraume (20, 21) in Verbindung setzt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.