DE296641C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftmaschinen mit !hin und her ,gehenden Kolben, insbesondere auf Verbrennungskraftmaschinen, und bezweckt, den Nutzeffekt derartiger Maschinen wesentlich zu erhöhen.

Es sind bereits Maschinen bekannt geworden, bei denen auf der Außenseite feststehender zylindrischer Kolben Zylinder gleiten,

. ■ deren glockenförmige Verlängerungen während

ίο eines Teiles des Hubes in die Kolben hineinragen. Bei diesen Maschinen ist jedoch die Gleitfläche zwischen dem Kolben und dem Zylinder den heißen Gasen ausgesetzt, und die Praxis hat gelehrt, daß bei Verbrennungskraftmaschinen ein sehr großer Teil der zur Verfügung stehenden Hitze durch die Anordnung von besonderen, eine Überhitzung des Zylinders vermeidenden Kühlvorrichtungen, beispielsweise einem Wassermantel, verloren geht.

Gemäß der Erfindung soll nun dieser Energieverlust vermieden werden, und zwar wird dies dadurch erreicht, daß der während des ganzen: Hubes innerhalb des Zylinders arbeitende Kolben mit einer äußeren Hülse ausgerüstet ist, die auf der Außenfläche des Zylinders gleitet, wobei Kolben und Zylinder selbst außer Berührung miteinander stehen, so daß keine Lauffläche von heißen Gasen bestrichen werden kann. Die Hülse kann ohne Kolbenringe direkt auf dem Zylinder gleiten.. Auf diese Weise wird .der Zylinder durch die Hülse verstärkt, und der innere Druck ist bestrebt, eine bessere Dichtung zwischen Zylinder und Mantel zu erzeugen und dadurch Un-

dichtigkeiten zu verhindern. Da die Gleitflächen gegen die Einwirkung der heißen Gase geschützt sind, kann die innere Wärme vollständig als Bekleidung der einander nicht berührenden inneren Flächen des Zylinders und Kolbens benutzt werden, so daß Verluste durch Strahlung und Ableitung auf ein Minimum beschränkt und die miteinander in Berührung stehenden Flächen des Zylinders und der Hülse trotz der in dem Arbeitsraum herrschenden hohen Temperatur kühl gehalten werden. Die Hülse, der Kolben und der Zylinder sind ungefähr gleich lang, so daß am Ende des Kompressionshubes die Hülse die Zylinderfläche beinahe für ihre vollständige Länge berührt, während der eigentliche KoI-ben im Innern des Zylinders sich befindet. Da die Lauffläche und damit auch die Reibung entsprechend der Auswärtsbewegung des Kolbens sich vermindert, so kann von der Expansion der Gase ein größerer Nutzen gezogen werden, als es der Fall ist mit den üblichen Maschinen, da auch geringere Drücke noch einen Nutzüberschuß für äußere Arbeit ergeben. Die isolierende Auskleidung kann auch als Zündvorrichtung bei solchen Maschi-η en dienen, in welchen flüssiger Brennstoff in eine Ladung von Luft eingespritzt wird, indem die Innenfläche der Auskleidung über Zündungstemperatur gehalten werden kann.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der neuen Maschine.

Fig. ι ist ein Längsschnitt, teilweise in Ansicht, durch Zylinder und Kolben einer Ma-

schine als Verbrennungskraftmaschine vom Zweitakttyp nach System Diesel oder mit Glührohrzündung und besteht aus einem einzigen Zylinder mit einem Kolben an jedem Ende in der Stellung der Kolben am Ende des Expansionshubes.

Fig. 2 ist ein entsprechender Schnitt mit

dem Kolben am Ende des Kompressionshubes.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt, teilweise in

ίο Ansicht, einer Maschine mit zwei Zylinder- und Kolbenpaaren, die gegenläufig· auf eine Kurbelwelle arbeiten.

Fig. 4 ist eine Ansicht der Fig. 3 im rechten AVinkel zu dieser gesehen.

3-5 In der Zeichnung bezeichnet A den Zylinder. B₁ B sind die topfförmigen Kolben mit Außenmänteln b, welche an den Flanschen b^x am Außenende des Kolbenkörpers befestigt sind. C, C sind die äußeren Kolbenstangen, welche die Kurbelwelle D antreiben.

Der Zylinder A hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Form eines einzigen Rohres mit offenen Enden und Mittelbund a, welcher einen Mantel E trägt, durch welchen die Spülluft zugeführt werden kann. Der Zylinder ist mit zwei Kränzen von Schlitzen a¹, a² versehen, die für den Einlaß bzw. den Auspuff dienen. Die Innenseite des Zylinders ist mit einer Auskleidung F von verstärktem Porzellan bzw. Emaille versehen, die durch ein dünnes, gelochtes Stahlblechrohr (vorteilhaft aus einer Stahllegierung, wie sie für Zündrohre benutzt wird) oder durch ein nickelüberzogenes Stahlrohr getragen wird.

Diese Auskleidung bzw. deren Tragrohr ist gegen die Zylinderfläche durch eine dünne Schicht / aus Mica, Asbest oder anderem wärmeisolierenden Stoff isoliert, so daß die Temperatur des Zylinders niedrig bleibt, obgleich die hohe AVärme der Verbrennungsgase erhalten wird, statt daß sie, wie bei den üblichen Verbrennungsmaschinen, durch künstliche Kühlung abgeleitet wird. Die Auspuffschlitze α² sind also mit einer isolierenden Auskleidung F¹ ausgefüttert, und eine ebensolche Auskleidung kann auch für die Einlaßschlitze α¹ vorgesehen sein. Da die Verpuffung oder Verbrennung in der Mitte des Zylinders erfolgt, wo beispielsweise zu diesem Zwecke ein Zündrohr G vorgesehen sein kann, so tritt keine Kraft auf, welche die Auskleidung vom Zylinder abdrücken könnte, und es ist daher keine besondere Befestigung nötig, vielmehr genügt der Halt durch das Glührohr G bzw. die Auskleidung der Schlitze α¹, α², wenngleich sicherheitshalber auch Schrauben oder Niete für die Befestigung der wärmeisolierenden Auskleidung des Zylinders vorgesehen sein können. Die Kolbenkörper, welche am Ende des Kompressionshubes in den Zylinder annähernd zu dessen Mitte eintreten, sind ebenfalls mit einer wärmeisolierenden Bekleidung F² am Ende des Spaltes zwischen Kolbenkörper und Kolbenmantel versehen. .

Der Zylinder hat vorteilhaft äußere Ringnuten a^s, welche mit Schmieröl gefüllt sein können und sowohl zur Schmierung der Kolbenmäntel wie zur Gasdichtung beitragen.

Die Enden der Kolbenmäntel b sind durch isolierende Ringe F³ geschützt, welche eine Erhitzung an dieser Stelle verhindern und damit eine darauf beruhende Ausdehnung des Mantels, welche die Dichtung zwischen Lauf-, fläche von Zylinder und Kolbenmantel beeinträchtigen könnte. Eine Zündkerze G¹ kann im Ende eines der Kolben B in j edem Zylinder vorgesehen sein, so daß ,die Maschine auch für das Anlassen oder den Lauf elektrisch gezündet werden kann. Vorteilhaft wird indessen die Maschine als solche mit Glührohrzündung betrieben, wobei die Auskleidung F als Glührohr wirkt. Es kann aber auch mit Selbstzündung nach Diesel gearbeitet werden, wobei indessen die Glührohrzündung gestattet, die Maschine auch bei nur geringem Kompressionsdruck anzulassen.

Bei der vollständigen Maschine nach Fig. 3 und 4 sind zwei Einheiten von Kolben und Zylinder miteinander vereinigt, von denen jede aus einem Zylinder, zwei Kolben und einem Mantel besteht, durch welchen die Spülluft zugeführt wird, wobei diese beiden Einheiten gleichachsig angeordnet sind, also in einer Anordnung, welche an und für sich bekanntest. Der Kopf kolben und der Bodenkolben B jeder Einheit sind durch äußere Zugstangen b², die in Lappen b^a befestigt sind, miteinander verbunden, so daß sie sich zusammen bewegen. . Die Mittelkolben B sind ebenfalls miteinander starr verbunden und bilden am einfachsten ein einziges Stück. Die Kolbenstangen C, C¹ zum Antrieb der Kurbel-λνεΐΐε D sind beziehungsweise mit dem Außenkolben und dem'Mittelkolben verbunden, und zwar im erstefen Falle durch einen Ring c, der an den Stangen b² befestigt ist, und im anderen Falle durch den Querzapfen c¹ des mittleren Doppelkolbens. Da alle Kolbenstangen außen liegen, so könnten sie auch nach beiden Richtungen gehen, um zwei Kurbelwellen anzutreiben, eine Anordnung, welche insbesondere vorteilhaft ist, wo zwei Schrauben angetrieben werden sollen, beispielsweise bei einem Boot oder einem Flugzeug. .

Die allgemeine Arbeitsweise der. Maschine ist folgende:

Angenommen, die beiden Kolben B eines Zylinders A stehen am Ende ihres Arbeitshubes, währenddessen die Kolben nach außen in entgegengesetzter Richtung von der Mitte des Zylinders auseinandergehen, so sind in

der erwähnten Stellung die Ein- und Auslaßschlitze al·, a² beide von den Kolben freigegeben, und während die Verbrennungsgase durch die Auspuffschlitze entweichen, gelangt Spülluft unter etwa 0,35 bis 0,7 kg pro qcm aus dem Mantel E in den Zylinder durch die Schlitze al·, um die Verbrennungsprodukte vollständig auszutreiben. Bald nach Beginn des Kompressionshubes werden beide Schlitzkränze al·, a² durch die Kolbenmäntel b abgedeckt, und die Luft wird durch die wieder eintretenden Kolbenkörper komprimiert,, bis die Stellung in Fig. 2 erreicht wird. Wenn die Maschine eine solche ist, bei der der

.15 Brennstoff in den Kompressionsraum eingespritzt wird, so geschieht dies annähernd am Ende des Hubes, und es findet infolge der hohen Temperatur der Zylinderwandung oder des Glührohres, oder der komprimierten Luft selbst, die Entzündung statt, womit der übliche Zweitakt durch die gleichzeitige Auswärtsbewegung der Kolben vollendet ist. Der Ringspalt t>⁴ zwischen Kolbenkörper und Kolbenmantel b ist vorteilhaft so abgemessen, daß das Verhältnis seines frei bleibenden Volumens zum Volumen des Arbeitsraumes im Zylinder während, des Kolbenhubes nahezu konstant bleibt. Auf diese Weise wird jeder merkliche Austausch von Gasen zwischen dem Arbeitsraum und dem toten Raum vermieden, und letzterer dient praktisch als Luftkissen. Die Auskleidungen von Zylinder und Kolbenkörper kommen niemals miteinander in Berührung, doch braucht das zulässige Spiel nur sehr gering, zu sein.

Mit Rücksicht darauf, daß bei der Maschine nach Fig. 3 und 4 die beiden Außen- und die beiden Mittelkolben starr miteinander verbunden sind, um als zwei Einheiten zu arbeiten,, findet der Arbeitshub in dem einen Zylinder während des Kompressionshubes in dem anderen statt. Da aber in jedem Zylinder zwei entgegengesetzt laufende Kolben sind, so findet ein sehr guter Massenausgleich statt.

Mit Rücksicht hierauf können sehr wohl KoI-bengeschwindigkeiten angewendet werden.

Die beispielsweise dargestellte Maschine ist ventillos; es ist aber selbstverständlich, daß das gleiche System gemäß der Erfindung auch anwendbar ist bei Anordnung geeigneter Ventile [für Viertaktmaschinen oder Dampfmaschinen, Luftkompressoren und ganz allgemein Maschinen mit hin und her gehendem Kolben, die mit einem Druckmittel arbeiten. Eine Verbrennungsmaschine nach der vorliegenden Erfindung kann gebaut werden nicht allein für den Betrieb mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff der verschiedensten Art, wie Paraffin, Alkohol, Pflanzenöl usw., sondem mit Rücksicht darauf, daß zwischen dem Kolbenkörper und dem Zylinder keine Reibung stattfindet, auch mit gepulvertem festen Brennstoff. Es ist gefunden worden, daß, wenn man Kohle, statt sie auf die übliche Art zu gewinnen, sie von der Fläche am Rand abschleift und in einen Wasserstrom nach der Mündung der Grube fördert, dann der so geförderte Kohlenstaub nach der Befreiung von Unreinigkeiten, Feinschleifen und Trocknen als Brennstoff für die Maschine brauchbar ist, in Form eines brennbaren Gemisches in Suspension in Luft, insbesondere komprimierter und erhitzter Luft. Wenn ein derartiges Brenngemisch bei der neuen Maschine angewendet ist, wird vorteilhaft ein Luftstrahl in den ringförmigen toten Raum zwischen Kolbenkörper und Kolbenmantel eingeblasen, um zu verhindern, daß Asche und sandige Stoffe mit den Laufflächen in Berührung kommen.

Es kann auch Vorsorge getroffen werden, daß ein Teil der Luft während des Anfangsteiles des Kompressionshubes herausgelassen wird, um zu ermöglichen, die Expansion bis auf eine weitere Strecke des Arbeitshubes auszudehnen. Der Kraftbetrag pro Hub wird hierbei zwar etwas vermindert, aber der Nutzeffekt kann dadurch gesteigert und die Gase gekühlt werden. Die Vergrößerung des. Expansionsteiles im Indikatordiagramm wird _go möglich durch den Umstand, daß die Kolbenreibung mit dem fortschreitenden Arbeitshub abnimmt, wie dies eingangs erläutert wurde.

Beide Maschineneinheiten bei der dargestellten Doppelzylindermaschine brauchen nicht in allen Fällen in dieser Weise angeordnet zu sein. Es kann vielmehr beispielsweise bei einer Maschine für ein Motorfahrzeug eine Einheit gelegentlich als Luftkompressor arbeiten, so daß beim Anhalten oder Langsamerfahren _1Oo der Luftkompressor als Bremse wirkt und hierbei Druckluft in einem geeigneten Behälter aufspeichert, die dann zum Wiederanlassen der Maschine oder zu anderen Zwecken gebraucht werden kann. Durch geeignete Regelung des nach dem Kompressor führenden Steuerorganes kann ferner die Maschineneinheit Energie während des Arbeitshubes der Verbrennungsmaschineneinheit aufspeichern und diese während des Restes des Kreis- 1-10 Prozesses abgeben. Die neue Maschine mit unmittelbar verbundenen Kolben gewährt besondere Erleichterung für alle solche Arbeitsmethoden, da die Beanspruchungen unmittelbar von einem Kolben auf den anderen übertragen werden und nicht durch Kolbenstangen und Kurbelstangen mit den hierbei auftretenden Druckwechseln in den Lagern.

Mit Rücksicht auf den geringen Wärmeverlust durch Leitung und die bei dieser Maschine mögliche hohe Expansion kann der thermische

Effekt dadurch gesteigert werden, daß man die Maschine in einer künstlich gekühlten Kammer arbeiten läßt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Kraftmaschine mit hin und her geilendem ringförmig ausgesparten Tauchkolben, dessen Lauffläche auf der Außenseite des Zylinders gleitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben während des ganzen Hubes innerhalb des Zylinders außer Berührung mit der Wandung desselben sich bewegt, daß das offene Ende des Zylinders in einen tiefen Ringraum zwischen Kolbenkörper und einer äußeren auf dem Zylinder gleitenden Hülse hineinragt, und daß der Ringraum mit Ausnahme des Spielraumes zwischen Kolben und Zylinder vollständig geschlossen ist, so daß die heißen Gase verhindert sind, mit der Lauffläche in Berührung zu kommen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.