DE239798C - - Google Patents

Description

fen =

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 239798 KLASSE 46«. GRUPPE

JULES BABIN in VERSAILLES.

Die den Gegenstand der Erfindung bildende Explosionskraftmaschine gehört zu der besonderen Klasse der Maschinen mit frei, fliegenden Kolben, bei welchen auf den Arbeitskolben ein Druck von verdichteter, in einem Behälter von großem Fassungsvermögen befindlicher Luft ausgeübt wird. Das Explosionsgemisch \vird von einer durch den . Arbeitskolben angetriebenen Pumpe auf einen Druck verdichtet,

ίο welcher dem der Druckluft gleich ist.

Der Fassungsraum dieser Pumpe ist im Prinzip derselbe wie der des Explosionszylinders ; der Druck; im Druckluftbehälter wird nach Maßgabe der verlangten Leistung des Motors bestimmt; die Masse des durch die Pumpe komprimierten Explosionsgemisches nimmt zu mit dem Druck im Druckluftbehälter. Die Wirkungsweise des Motors ist die folgende:

I. Einführung des Gemisches in den Explosionsraum bei Behälterdruck durch langsame Verschiebung des Kolbens;

II. Stillstand des Kolbens, Explosion des Gemisches bei konstantem Volumen;

III. adiabetische Entspannung der Gase, Vorlauf des Kolbens, Förderung der in dem Zylinder vor dem Kolben enthaltenen verdichteten Luft, in den Behälter ;

IV. gleichzeitig mit diesen drei Vorgängen: Ansaugen des neuen Gemisches oder reiner Luft in der Pumpe bei atmosphärischem oder höherem Druck;

V. Abkühlung der im Zylinder eingeschlossenen entspannten Gase bei konstantem Volumen; dieser. Vorgang vollzieht sich gegen Ende des Hubes;

VI. Wiedereintritt der zuvor in den Behälter getriebenen komprimierten Luft in den vorderen Teil des Zylinders, wodurch gleichzeitig

a) der Rückgang der Kolben eingeleitet und

b) eine äußere Arbeit verrichtet wird, ferner

c) die verbrannten kalten Gase im Motorzylinder isothermisch auf atmosphärische Pressung verdichtet und alsdann in die Atmo-Sphäre ausgetrieben werden, und schließlich

d) ein Teil der von der Pumpe angesaugten Ladung ausgetrieben, und der zurückbehaltene isothermisch komprimiert und in den Behälter oder einen unter dem gleichen Druck stehenden Zwischenbehälter getrieben wird.

In dieser Weise vollziehen sich die Vorgänge, wenn der Motor mit verhältnismäßig geringem Druck und geringer Leistung arbeitet. Wenn der Motor mit größter Leistung arbeitet, so vollziehen sich die Vorgänge I bis IV in derselben Weise, an die Stelle der Vorgänge V und VI hingegen treten die in thermodynamischer Hinsicht gleichwertigen Vorgänge V₁ und VI₁.

V₁: Jäher Abfall des Druckes der expandierten Verbrennungsgase auf die atmosphärische Pressung durch eine Öffnung, durch welche der Zylinder mit der Atmosphäre in Verbindung gesetzt werden kann; dieser Vorgang vollzieht sich gegen Ende des Kolbenhinganges ; :

VI₁: Wiedereintritt der zuvor in den Behälter getriebenen komprimierten Luft in den vorderen Teil des Zylinders, wodurch gleichzeitig

a) der Rückgang der Kolben eingeleitet und

b) eine äußere Arbeit geleistet wird und ferner

c) die Verbrennungsrückstände unter, ihrem Druck aus dem. Zylinder in die Atmosphäre getrieben werden und schließlich

d) die angesaugte Ladung in der Pumpe isothermisch zusammengedrückt und alsdann in den Behälter oder in einen unter dem

, gleichen Druck stehenden Zwischenbehälter ίο getrieben wird.

Auf eine bekannte Weise kann dann, wenn der Motor mit hinreichend hohem Druck arbeitet, die Abkühlung der Verbrennungsgase bei konstantem Volumen gemäß Vorgang V im praktischen Betriebe teilweise ersetzt werden durch das Austreiben in die Atmosphäre gemäß Vorgang V.

Eine solche Maschine ist auf der Zeichnung schematisch dargestellt.

ao Die gemeinsame Achse der Zylinder ist horizontal, das Gewicht der Kolben kommt . also nicht in Betracht.

Der Explosionszylinder α steht an einem

Ende in freier Verbindung mit dem vier- bis fünfmal größeren Behälter r, der Luft von »einem bestimmten Druck« enthält. Das neue Gemisch tritt hinter den Kolben b¹ durch den Schieber x; die verbrannten Gase entweichen durch die Öffnung y und den Schieber ζ nach der Atmosphäre.

Die Pumpe d, von etwas geringerem Querschnitt als der Zylinder a, saugt das Gemisch durch das Ventil d¹ an. Ihr Kolben e. ist mit dem Motorkolben b durch eine Stange c verbunden, die durch die Deckel mittels der Stopfbüchsen a^s und d³ hindurchtritt.

Die Stange c überträgt die Bewegung auf das Schwungrad i während des Hubes von links nach rechts mittels der Kulisse f, des Hebels g und des Schaltwerkes h. Es kann aber auch jede andere Bewegungsvorrichtung verwendet werden.

Das verdichtete Gemisch befindet sich in der Schlange s, die an einem Ende gleichzeitig mit der zur Pumpe führenden Leitung t und mit dem Einlaßschieber χ durch Kanal t¹ verbunden' ist. Am anderen Ende ist die Schlange s frei mit dem Behälter r durch das Rohr t^% verbunden. Der Inhalt der Schlange s ist ein wenig größer als das Volumen einer verdichteten Ladung. ^

Die Maschine arbeitet in folgender Weise: Der Behälter r sei mit Luft von entsprechendem Druck gefüllt. Die Kolben e und b stehen 55- in der rechten Totlage, die Schlange s sei mit einer Gemischladung angefüllt, die Ventile und Schieber seien geschlossen.

Wenn man den Schieber χ öffnet, so tritt

das Gemisch hinter den Kolben b, der so durch einen gleichen Druck auf beiden Seiten b¹ und 5² belastet ist. Aber da die nutzbare Oberfläche δ² um den Querschnitt der Stange c verkleinert ist, so werden die Kolben b, e ohne große Geschwindigkeit nach links geschoben. Sobald die ganze Ladung in den Zylinder eingetreten ist, schließt ein an der Stange c angeordneter Stift den Schieber x, die Kolben stehen still und ein durch den Schieber oder in anderer Weise geschlossener Kontakt, setzt die Kerze q in Tätigkeit. Die nunmehr erfolgende Explosion schleudert die Kolben heftig nach links, treibt in den Behälter -r durch Rohr ν die im Zylinder α verdichtete Luft und saugt in der Pumpe durch d¹ das neue Gemisch an. Wenn infolge einer zu starken Ladung der Kolben· b die Öffnungen ν überdecken will, so hält die zwischen Kolben und Deckel a² verdichtete Luft den Kolben ohne Stoß an.

In dem Augenblick, wo die Bewegung aufhört, läßt die vom Kolben b freie Öffnung y einen Teil der verbrannten Gase entweichen, so daß auf der rechten Zylinderseite Atmosphärendruck entsteht. Die im Behälter r verdichtete Luft treibt die Kolben nach rechts, wirkt durch das Schaltwerk A auf das Schwungrad i und verdichtet das Gemisch in der Pumpe d, das wegen des geringen Querschnittes des Kolbens e einen höheren als den auf den Kolben b wirkenden Druck erreicht, das Ventil d² anhebt und in den Behälter m und in die Schlange s eintritt.

Der Unterschied der Querschnitte der Zylinder α und d muß gerade so groß sein, um von diesem Augenblick an die Reibung der sich bewegenden Teile zu überwinden. Unter diesen Bedingungen wird eine mäßige Bremsung genügen, um die Kolben anzuhalten, sie vom Schwungrad loszukuppeln, sie sanft bis an das Hubende zu führen, durch einfaches öffnen des Schiebers χ ihren augenblicklichen Stillstand zu erreichen und auf diese Weise stoßfrei das ganze Gemisch in die Schlange und die verbrannten Gase in die Atmosphäre zu befördern.

Diese Bremsung kaiin durch Drosselung der Austrittsöffnung ζ für die verbrannten Gase oder der öffnung des Ventils d² erzielt werden. Man kann auch, wie in der Zeichnung angegeben, diese öffnung in geringer Entfernung vom Deckel anordnen. Sobald der Kolben diese bedeckt, können die Gase lediglich durch den Kanal dⁱ von regelbarem Querschnitt, zum Ventil gelangen.

Man kann auch die Kolben durch eine Voreilung des Einlasses bremsen und anhalten.

Da der Einlaß und die. Zündung unter dem Einfluß des Schiebers % stehen, so genügt es, um der Explosionskammer die erforderliche Ladung zuzuführen, den Zeitpunkt des Schieberschlusses zu verlegen, z. B. mittels eines Anschlages, der durch die Kolben in beliebigen Stellen des Hubes bewegt wird.

Wie oben angegeben, entweichen die Verbrennungsgase zuerst, gegen Ende des Explosionshubes, durch die Öffnungen y in die Atmosphäre. Bei seinem Rückgang verdeckt der Kolben die Öffnungen y; der Auspuff vollzieht sich alsdann durch die Öffnung des Schiebers z, der durch die Einwirkung eines mit den Kolben in starrer Verbindung stehenden Anschlages in die Öffnungslage bewegt

ίο wird. Ein Mehr an äußerer Arbeit kann man gewinnen mit Hilfe des partiellen Vakuums, das man durch das Einspritzen kalten Wassers bei u in die Verbrennungsgase im Zylinder erzielen kann; zu diesem Zwecke hat man den Schieber ζ erst gegen das Ende des Rückgangs der Kolben zu öffnen.

Die Öffnungen y (die der Schieber ζ übrigens ersetzen kann) werden unter dem schwachen »herrschenden Druck« durch ein Ventil abgeschlossen.

Man' vermeidet jeden Übertritt der Ladung aus der Schlange s in den Behälter r, wenn man die in den Zylinder eingeführte Ladung durch die kleine Menge reiner Luft begrenzt, die in der Schlange mit dem letzten Teile des Gemisches in Berührung steht. Eine nicht gezeichnete Hilfspumpe fördert reine Luft unmittelbar in den Behälter r und ersetzt die aus diesem Behälter von der Schlange entnommene Luft und gleicht die allgemeinen Verluste aus. Die Anordnung schützt gegen den Rückschlag der Zündflamme.

Die Schlange s kann durch jede gleichwertige Vorrichtung ersetzt werden.

Man kann Luft und Gas in verschiedenen Pumpen verdichten und das Gas allein in einer Schlange aufspeichern.

Man kann noch in der Pumpe d reine Luft verdichten, die ganz oder zum Teil in den Behälter r befördert wird, das Gemisch durch jedes Mittel, zu jeder Periode und an jedem passenden Punkte in die verdichtete Luft einführen und alle Vorrichtungen oder Behälter zum Mischen dazwischen anordnen.

Um Kolbenhübe gleicher Länge zu erhalten, ist es notwendig, das in den Explosionsraum eintretende Gemisch auf vollkommen gleicher Temperatur zu erhalten. Das erreicht man dadurch, daß man die Pumpe, den Zylinder und die Leitungen für das gasförmige Gemisch ständig auf derjenigen (verhältnismäßig niedrigen) Temperatur hält, welche als die geeignetste ermittelt worden ist; dies kann vorzugsweise durch Ummantelung und Wassereinspritzung geschehen.

Um eine besondere Pumpe zu entbehren, wird für das in den Zylinder bei u einzuspritzende Wasser das Wasser benutzt, welches von der Pumpe durch Ventil d¹ angesaugt, mit dem Gemisch zurückgedrückt und dann im Behälter tn gesammelt und gekühlt wird.

Um die Maschine in Gang zu setzen, wird man den Luftbehälter. r mit dem gewünschten Druck versehen, darauf durch Ventil ft eine Gemischladung oder den Brennstoff allein einführen, oder, man wird das Gemisch in der _: Pumpe d ansaugen, indem man Druckluft in den Zylinder α durch den Schieber χ oder in anderer Weise treten läßt.

Um die Arbeiten und die Widerstände auszugleichen, kann man gleichzeitig oder getrennt:

die Verdrängung durch die Pumpe, den Eintritt in den Zylinder, den Austritt drosseln oder die Zündung verzögern,

die Verdrängung, den Eintritt oder den Austritt dauernd drosseln,

den Druck im Behälter erniedrigen und gleichzeitig die Lieferung der Pumpe oder den Gasgehalt des Gemisches oder beides verringern. .

Die Förderung der Pumpe wird vermindert, indem man durch, irgendein geeignetes Mittel das Saugventil d¹ zu Beginn des Kolbenrückganges längere oder kürzere Zeit offen hält, um einen Teil der eingesaugten Gemischmenge wieder herauszudrücken. ■·■'■'

Bei der die Erfindung bildenden Maschine vollziehen sich alle inneren Vorgänge unter dem Einfluß, ■ der wechselnden Drücke unmittelbar und synchron, allein durch das geräuschlose und stoßfreie Spiel der beiden Schieber. Es sind daher die größten Geschwindigkeiten möglich.

Anderseits bleibt die Maschine niemals stehen, denn die auf den Kolben wirkenden Drücke gleichen sich in keinem Augenblick aus, was die langsamsten Bewegungen möglich macht.

Schließlich beseitigt die periodische Wiederkehr des Drückens in die Schlange und des Einlasses in den Zylinder, während deren die zur Verschiebung der Kolben nötige Arbeit sehr wenig die inneren Widerstände überschreitet, durch plötzliches Anhalten der Kolben die Gefahr des Fressens.

Wenn infolge anderer Anordnungen der Druck von Luft und Gemisch nicht gleich sein, aber in einem konstanten Verhältnis stehen sollte, würde ein einfacher Wechsel des Verhältnisses der wirksamen Kolbenquerschnitte ermöglichen, die Maschine zu gebrauchen.

Die dargestellte Anordnung kann durch jede gleichwertige andere ersetzt werden. So kann der Gegendruck des Behälters nicht mehr auf den Kolben b, sondern auf den Kolben der Pumpe wirken; die Kolben können je nach dem Druck verschieden an Gewicht sein und durch Glieder verbunden sein und beliebige absolute sowie relative Stellungen einnehmen. An Stelle der abgebildeten Schieber können Ventile angeordnet werden. Der Kolben kann unmittelbar eine Wasserpumpe treiben oder irgendeine andere Arbeit verrichten, Man

kann die Massenwirkungen ausgleichen, indem man in derselben horizontalen Achse zwei gleiche, mechanisch miteinander verbundene Maschinen mit einer gemeinsamen Explosionskammer anordnet.

Claims (4)

, Patent-Ansprüche:

1. Explosionskraftmaschine mit drei Zylindern in . Tandemanordnung mit stufenweise geringer werdendem Querschnitt, von denen der größere als Explosionszylinder und der kleinere als Pumpe zum Pressen und Fördern der Ladung dient, während der mittlere unter der Wirkung komprimierter Luft steht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßluftbehälter (f) einerseits mit dem mittleren Zylinder, anderseits durch die Vermittlung geeigneter, mit einem Rückschlagventil (d²) versehener Leitungsglieder mit dem Kompressionsraum der Ladepumpe (d), und durch ein gesteuertes Absperrorgan (x) mit der Verbrennungskammer des Explosions- : zylinders in Verbindung steht, und daß ferner die starr miteinander verbundenen Kolben der drei Zylinder während des Explosionshubes frei beweglich sind und während des durch die Wirkung der Druckluft im Behälter (r) veranlaßten Rückhubes auf ein Schwungrad (i) o. dgl. einwirken.

2. Explosionskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein reiches explosives Gemisch, welches in der Ladepumpe (d) auf geeignete Weise isothermisch auf den Druck der Luft im Behälter (r) verdichtet worden ist, hernach durch die Vermittlung der Wandungen eines Zwischenbehälters (s) auf die jeweils gewählte niedere Temperatur gebracht und schließlich in die Explosionskammer geleitet wird, deren mittels Schiebers (x) beliebig regelbarer Fassungsraum für einen gegebenen Druck der Luft im Behälter (r) konstant gehalten wird, und deren Wände auf der gewählten niedrigen. Temperatur durch bekannte Mittel, zweckmäßig durch Wassereinspritzung, gehalten werden.

3. Explosionskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen für das Gemisch der Pumpe oder der verbrannten Gase des Zylinders ganz oder zum Teil während der Förderperiode des Gemisches in den Behälter gedrosselt werden, um die Kolbengeschwindigkeit so zu verzögern, daß die darauf folgende öffnung des Schiebers (x), die zum Einlassen des Gemisches in den Zylinder dient, die Kolben augenblicklich genau am Hubende anhält, wobei die Kolben selbst die öffnung dieses Schiebers bewirken.

4. Explosionskraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser, welches zum Kühlen des Gemisches während der Verdichtung verwendet worden ist, mit diesem Gemisch in den Behälter (m) befördert, hier ausgeschieden und gekühlt wird, worauf es durch den im Behälter (m) herrschenden Druck in den Explosionszylinder nach der Entspannung der verbrannten Gase eingespritzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.