DE276914C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-M 276914-KLASSE 46«. GRUPPE

PAUL LANDIS in USTER b. ZÜRICH. Doppeltwirkende Verbrennungskraftmaschine. Patentiert im Deutschen Reiche vom I.April 1913 ab.

Explosionskraftmaschinen mit Hilfskolben

zum Verdichten des Luft- und Gasgemisches sind bereits bekannt; dieselben arbeiten jedoch im Zweitakt, bzw. der Arbeitskolben erhält jeweils bei jedem zweiten Hube Impuls.

Bei der den Gegenstand der Erfindung bildenden Verbrennungskraftmaschine erhält der Arbeitskolben bei jedem Hub Impuls. Bei der neuen Verbrennungskraftmaschine ist der Arbeitskolben röhrenförmig ausgebildet und mit einem Zwischenboden versehen; innerhalb dieses Kolbens sind zwei starr miteinander verbundene Fliehkolben vorgesehen, die zusammen mit dem Zwischenboden und den Zylinderböden den Hohlraum des Arbeitskolbens in vier Kammern teilen. Diese Kammern werden beim Gang der Maschinen über in der Kolben wandung angeordnete Schlitze mit dem Freien, der Brennstoffzuführung, der Zündvorrichtung und einem Behälter für Druckluft in Verbindung gesetzt, und zwar derart, daß bei jedem Kolbenhub in jeder Kammer einer der Abschnitte des bekannten Kreisprozesses stattfindet.

Eine beispielsweise Ausführungsform eines Explosionsmotors, dem das neue Arbeitsverfahren zugrunde liegt, ist in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigen
Fig. ι einen Längsschnitt durch den Motor, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-C-B der Fig. 5,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie C-D der Fig. 5, Fig. 4 einen Grundriß, zum Teil im Schnitt, Fig. 5 einen Schnitt durch den Zylinder, wobei

sämtliche Zylinderöffnungen in die Schnittebene versetzt gedacht sind,

Fig. 6 bis 11 verschiedene Kolbenstellungen mit den betreffenden Zylinderöffnungen im Schnitt,

Fig. 12 die Druckdiagramme der beiden Kolben mit den verschiedenen Kolbenstellungen.

Der in den Fig. 1 bis 5 dargestellte doppeltwirkende Einzylinder-Zweitaktmotor hat einen langen Zylinder g sowie einen beidseitig offenen, röhrenförmigen Schieber a, auf dessen unteres Ende eine Brücke b geschraubt ist. Diese Brücke trägt in der Mitte die Lagerpfanne für den kugelförmigen Kopf der Pleuelstange c, so daß der Rohrschieber auf diesem Kopf Drehbewegungen ausführen kann. Am einen Ende der Brücke δ greift das kugelförmig ausgebildete Ende einer Stange d an, so daß durch Hin- und Herschieben dieser Stange der Rohrschieber um seine Längsachse gedreht werden kann. Der Rohrschieber a hat ungefähr auf halber Länge einen Boden α¹, der den Innenraum des ersteren in zwei ungefähr -55 gleich große Kammern teilt. Im Boden a¹ befindet sich eine zentrisch darin angeordnete Führungsbüchse für eine Stange, an deren beiden Enden je ein Fliehkolben e¹ und e² festsitzt. Der Zylinder g trägt oben und unten je einen Boden f¹, f²) der mittels entsprechender Ansätze in den hohlen Schieber α hineinreicht; die beiden Zylinderböden f¹ und f² begrenzen den verhältnismäßig langen Raum des Zylinders g nach außen. Dieser wird durch die beiden Böden f¹, f², die Fliehkolben e¹, e² sowie den Boden a¹ des Rohrschiebers in vier Kammern I bis IV geteilt.

Das Steuern des Motors wird durch Drehen des Rohrschiebers α um seine Längsachse be-

wirkt. Die Steuerung besteht aus einer mittels Kette und Kettenräder ohne Geschwindigkeitsvergrößerung von der Kurbelwelle I angetriebenen Nockenwelle i mit darauf sitzenden, nach beiden Seiten hin verschiebbaren Nocken k aus zwei Nockenhebeln p, zwei Stößeln m¹ und m² sowie aus der mit dem um eine senkrechte Achse schwingenden Hebel η fest verbundenen Feder o. Der im Gehäuse gelagerte Hebel η hat einen seitliehen Arm, der mittels eines Kugelgelenkes mit der Stange d verbunden ist. Am anderen Ende der Welle i ist der Magnetapparat r angekuppelt.

Im Zylinder g, der seiner ganzen Länge nach mit einem Kühlwassermantel umgeben ist, sind eine Anzahl Öffnungen vorgesehen, die durch entsprechende Öffnungen in dem röhrenförmigen Schieber α mit den Hohlräumen des letzteren in Verbindung gebracht werden können. In Fig. ι und 6 bis 10 stellen s¹ und s² die Zündkerzenlöcher dar und P, t² die Öffnungen für den Eintritt der atmosphärischen Luft, die aus dem Kurbelgehäuse gesaugt wird, damit sie sich mit Schmieröl vermischen kann. In Fig. 2 bezeichnet u den Auspuffkanal und y¹, v² eine Leitung für Druckluft, die vom Zylinder g nach

: einem Druckluftbehälter führt. In Fig. 3 bezeichnen w¹, w² Eintrittsöffnungen im Zylinder g für das Brennstoffluftgemisch. Die Öffnungen

w\ wⁱ sind durch eine Leitung mit dem bereits erwähnten Druckluftbehälter verbunden, χ ist die Drosselklappe und ζ die Brennstoffdüse. In Fig. 12 bezeichnet I¹ den Gesamtkolbenweg bei der Expansion, I² den Weg des Fliehkolbens, l^z den Weg des Rohrschiebers α und l^A den Ansaughub für die Luft, p¹ den Kompressionsdruck, p² den Explosionsdruck, p³ den Druck der Auspuffgase und p^ den Explosionsausgleichdruck. Die Wirkungsweise des Motors ist folgende:

Es sei angenommen, die Teile des Motors nehmen die in den Fig. 2, 3, 10, 11 dargestellte Lage ein, wobei die Kurbel sich der oberen Totpunktlage nähert, der Einströmkanal w¹ (Fig. 3) für das Gasluftgemisch teilweise geöffnet, so daß dieses zwischen den Boden a¹ des Kolbens α und den Kolben e¹ bzw. in die Kammer I treten kann, die Drosselklappe χ ist geöffnet zu denken.

Im Diagramm (Fig. 12) bezeichnet A den Punkt, bei welchem das Einströmen des Gasluftgemisches beginnt (Stellung 1); vor dem Einströmen herrscht in Kammer I des Kolbens a atmosphärischer Druck, während des Einströmens steigt der Druck auf den Betrag p¹, d. h. auf den Druck der vom Druclduftbehälter her eintretenden Druckluft bzw. bis zum Punkt B.

Wenn die Kurbel c in den oberen Totpunkt gebracht wird, z. B. von Hand durch eine Antriebskurbel (Stellung 2 in Fig. 12), steigen die Kolben e¹, e² unter der Einwirkung der durch den Kanal w¹ eintretenden Druckluft; dann bewirkt die Stange d eine kleine Drehung des Kolbens a, wodurch die in Kammer I einmündende Zündöffnung s¹ der Kolbenwand geöffnet, der Einströmkanal w¹ dagegen geschlossen wird, und in Kammer I Zündung erfolgt. Unter deren Einfluß wird der Rohrschieber α zufolge des auf dessen Boden a¹ plötzlich einwirkendenExplosionsdruckes nach unten, der Fliehkolben e¹ dagegen nach oben bewegt, so daß die Kammer I ein größeres Volumen annimmt (Stellung 3). Durch diese Volumenvergrößerung bleibt der in Kammer I auftretende Explosionsdruck unter der bei feststehendem Zylinderboden auftretenden Größe p², statt daß er (wie in Fig. 12 dargestellt) den Betrag p², Punkt C (Fig. 12) erreicht, steigt er nur bis zu einem kleinen Betrag bzw. Punkte C³. Während des Abwärtsganges des Rohrschiebers α erfolgt also in Kammer I Expansion (Kurve C⁸, E in Fig. 12); in der Kammer III wird durch den unter dem Einfluß der Explosion nach oben geschleuderten Fliehkolben e¹ die in derselben befindliche Druckluft noch höher kompromiert (Kurve B¹, D¹). Die in der Kammer III eingeschlossene Luft bildet so ein Luftkissen für den Fliehkolben e¹, welches, nachdem der Höchstdruck (Punkt D¹) erreicht ist, den Fliehkolben wieder zurückschleudert (Kurve D¹, E¹). Durch diese Rückwärtsbewegung des Fliehkolbens e¹ wird das Volumen der Kammer I wieder verringert und so der in dieser herrschende Expansionsdruck wieder erhöht, mithin fällt die Expansionskurve C³, Z), E der Kammer I nicht so rasch ab, wie dies sonst der Fall wäre. Die in der Kammer III befindliche Druckluft wirkt mithin wie die Füllung einer Dampfmaschine. Wenn die Expansionen in den beiden Kammern I und III so weit vorgeschritten sind, daß in denselben gleiche Drücke herrschen (Kurve D¹, E¹ für Fliehkolben e¹, Kurve C³, D₁ E für Rohrschieber α), so strömt die Druckluft aus Kammer III durch eine Öffnung y³ der Kolbenwand hindurch in die Leitung v¹, v² und von hier durch ein Überdruckventil v^z in den Druckluftbehälter (Kurve E¹, F¹), wobei die in Kammer I expandierenden Gase durch ihre Rückwirkung auf den Kolben diese Entleerung unterstützen. Je nachdem der Durchflußquerschnitt zum Überdruckventil mittels Hahn q mehr oder 110. weniger geöffnet, wird sich die Kammer III schneller oder langsamer entleeren. Bevor der Rohrschieber α die untere Tötpunktlage erreicht hat, sind die Fliehkolben e¹, e² in ihrer äußersten Totpunktlage angelangt (Stellung 4 Fig. 12), und es schließt der Rohrschieber α die Öffnung v¹ ab (Fig. 6 und Punkt F, Fig. 12). Von hier gehen, wie schon erwähnt, die Fliehkolben mit dem Rohrschieber α zusammen abwärts bis in Stellung 5, in welcher Zeit die Kammer II mit Brennstoffluftgemisch gefüllt wird. Wenn der Rohrschieber α die untere Totpunktlage (Stel-

lung 5, Fig. 12) erreicht, haben die Gase in Kammer I den Druck ft^s erreicht; schon vorher, und zwar in Stellung 4 Fig. 12 ist die Auspuff öffnung u durch Drehen des Kolbens α mittels der Stange d abgedeckt worden und hat das Ausströmen der verbrannten Gase begonnen (Fig. 8). Beim Abwärtsgang des Rohrschiebers α werden durch dessen Boden a¹ sowie den Fliehkolben e², welcher zusammen mit Fliehkolben e¹ aufwärts geht, die in Kammer II (Fig. 2) befindlichen Gase durch einen Schlitz im Kolben α und durch die Öffnung u sehr rasch ausgepufft. In Kammer IV entsteht durch den Aufwärtsgang des Fliehkolbens e² ein Unterdruck, unter dessen Einfluß atmosphärische Luft aus dem Gehäuse h durch die Öffnungen fi (Fig. 1) und einen in der Schieberwand angeordneten Schlitz in den Raum IV gesaugt wird. Wenn die Fliehkolben die höchste. Stellung erreicht haben (Fig.6), ist die Kammer IV gänzlich mit atmosphärischer Luft gefüllt; durch die weitere Abwärtsbewegung des Kolbens α kommt eine öffnung y¹ im Kolben α mit dem Kanal v^% für kurze Zeit in Verbindung, so daß die über dem Überdruckventil v³ zurückgebliebene Druckluft aus der Leitung v¹, v² in die Kammer IV überströmt und die in dieser befindliche Luft verdichtet.

Schon bevor der Rohrschieber a die untere

Totpunktlage erreichte (Fig. 6), konnte durch die Öffnung w² und einen in der Kolben wandung befindlichen Schlitz aus dem Druckluftbehälter Druckluft und aus der Düse ζ Brennstoff in die Kammer II eintreten (Stellung 4 bis Stellung 5 Fig. 12). Beim Eintreten in die untere Totpunkt lage wurde durch den Rohrschieber α auch der in Kammer II ausmündende Zündkanal s² geöffnet, worauf in letzterer Zündung erfolgt (Fig. 8), und der Rohrschieber α gehoben, die Fliehkolben e¹, e² dagegen abwärts geschleudert werden. Beim Aufwärtsgang des Rohrschiebers α findet in Kammer II Expansion statt; durch den Boden a¹ und den abwärts gehenden Fliehkolben e¹ werden die in Kammer I befindlichen verbrannten Gase durch den Kanal u angetrieben. In die Kammer III wird durch die öffnung t¹ atmosphärische Luft eigesaugt und am Hubende durch die in den Kanälen v¹, v² befindliche, durch den Schlitz y¹ des Kolbens eintretende Druckluft verdichtet, während in Kammer IV durch den Fliehkolben e² Druckluft erzeugt wird, die durch die öffnung y² und den Kanal v² in den Druckluftbehälter übergeführt wird (Fig. 10). Auch hier wird beim Abwärtsgang des Kolbens α der Expansionsdruck in der Kammer II durch den vom Luftkissen in der Kammer IV zurückgeschleuderten Fliehkolben e² vergrößert; die Kammer IV gibt somit dem letzteren Arbeit ab zufolge des in letzterer Kammer herrschenden Überdruckes und unterstützt die Aufwärtsbewegung des Rohrschiebers a. Nachdem die Drücke in den Kammern II und IV ausgeglichen, wird die erzeugte Druckluft aus Kammer IV durch die öffnungen y² und die öffnungen v¹ in den Druckluftbehälter übergeführt usw. Wenn der Kolben α sich dem oberen toten Punkte nähert, wird von der Stange d der Rohrschieber α so gedreht, daß der Auspuffkanal u geöffnet wird und das Ausströmen der verbrannten Gase aus der Kammer II beginnt. Unmittelbar vor dem oberen toten Punkte wird durch entsprechende Drehung des Rohrschiebers dieser so eingestellt, daß durch Kanal w¹ Druckluft, und Brennstoff in die Kammer I einströmt, welche nach Überschreiten der Totpunktlage durch öffnen des Kanales s¹ entzündet wird, worauf die Explosion wieder in Kammer I erfolgt mit der bereits erwähnten Wirkung.

Bei einer Ausführungsform dieser Maschine kann beispielsweise die Höhe zwischen den Böden f¹ und f² 425 mm betragen. Der Inhalt der Arbeitszylinder I und II kann dann auf einem Wege von 200 mm expandieren, und die beiden Kammern III und IV haben zum Ansaugen der Luft einen Weg von je 160 mm zur Verfügung, so daß die Kammern zusammen eine Länge von 720 mm haben. Der Rohrschieber mit den kleinen schwingenden Massen macht dabei nur einen Weg von 80 mm, ermöglicht also infolge des kleinen Kolbenweges eine sehr große Umdrehungszahl der Kurbelwelle.

Die Leistung dieser Maschine kann wie eine Kolbendampfmaschine innerhalb weiter Grenzen von Hand oder mittels eines bekannten. Geschwindigkeitsreglers verändert werden. Die Vergrößerung der Kraftleistung kann beispielsweise in der Weise erfolgen, daß ein hoch komprimiertes Gemisch in die Arbeitszylinder geführt wird, wodurch die Explosionsarbeit erhöht und wobei dann ein größerer Teil derselben auf den Rohrschieber α übertragen werden kann. Eine solche Erhöhung der Arbeit wird beispielsweise durch Drosselung der Druckluftleitung vom Motor zum Druckluftbehälter mittels des Hahnes q (Fig. 2) erzielt.

Im Falle eines kleinen Kraftbedarfes wird die Druckluftleitung weniger gedrosselt, dadurch wird ein größerer Teil der Explosionsarbeit zum Komprimieren von Luft aufgewendet, Auf diese Weise kann der Kompressionsdruck beliebig hoch, eventuell bis zur Selbstentzündung des Brennstoffes gesteigert werden. Bei einem Kraftwagen wird bei Verwendung einer solchen Kraftmaschine das Wechselgetriebe überflüssig.

Die Umsteuerung des Motors erfolgt durch Verschiebung des Nockens k gegen die Magnetseite hin (Fig. 4), so daß die Nocken k² in Tätigkeit kommen, wodurch die seitliche Bewegung des Kolbens α umgekehrt wird, wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Folge davon ist, daß das Gemisch zu früh einströmt und den Arbeitskol-

ben zurücktreibt; die Drehrichtung der Kurbel wird dementsprechend umgekehrt. Sobald dies geschehen ist, werden dieZylinderöffnungen wieder wie beim Vorwärtsgang gesteuert, d. h. der Motor arbeitet jetzt normal, nur in der umgekehrten Drehrichtung wie früher. ■· Beim rormalen Vorwärtsgang sind die Nocken k¹ in Tätigkeit.

Da bei jeder halben Kurbelumdrehung der

ίο Rohrschieber α eine auf denselben einwirkende Explosion, d. h. einen Antrieb erhält, so arbeitet die Maschine mithin im Eintakt wie eine Dampfmaschine.
Die beiden Fliehkolben könnten auch weggelassen werden, in welchem Falle bei entsprechender Ausgestaltung der Steuernocken jede Zylinderhälfte wie eine bekannte, einfach wirkende Explosionskraftmaschine im Viertakt oder im Zweitakt arbeiten würde. Zweckmäßig würden dann zwei besondere Zylinder gewählt, deren Kolben auf die nämliche Kurbel wirken, so daß bei jedem halben Kurbelumgang eine Explosion stattfindet.

Die aufgespeicherte Druckluft kann Verwendung finden als Ladeluft bei den späteren Ladungen, zum Andrehen der Motorwelle beim Anlassen, zum Aufpumpen der Gummireifen, zum Betriebe einer Druckluftbremse, für das Signalhorn usw.

Claims (2)

Patent-Ansprüche:

1. Doppeltwirkende Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der röhrenförmige Schieber durch einen Boden und zwei starr miteinander verbundene, innerhalb des Schiebers angeordnete Fliehkolben in vier Kammern geteilt wird, die durch in der Schieberwandung angeordnete Schlitze abwechselnd mit der freien Luft, dem Brennstoffbehälter, der Zündvorrichtung und einem Behälter für Drückluft verbunden werden, so daß bei jedem Kolbenhub in einer der Kammern eine Explosion stattfindet.

2. Doppeltwirkende Verbrennungskräftmaschine nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrschieber (a) um seine Längsachse drehbar mit der Kurbelstange verbunden ist, so daß das Öffnen und Schließen der steuernden Schlitze durch die Längsbewegungen und durch eine Drehbewegung des Rohrschiebers erfolgt.

I lierzii 2 Blatt Zeichnungen.