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Rohölmotor mit äußerer Verbrennungskammer. Den Gegenstand der Erfindung
bildet ein Rohöltnotor ohne Verdichter, noch Spülluftpumpe, und ohne Steuerwelle,
daher auch umkehrlaufend, überlastbar, mit hoher Verdichtung, einfach im Bau, gedrängt
und wenig empfindlich.
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Die Erfindung bezweckt einerseits die Abschaffung des Verdichters
und aller sonstigen Luftpumpen, andererseits die Überlastbarkeit der Maschine. Beides
ist jedoch insofern einheitlich, als dieselbe Einrichtung, welche 'dem ersteren
Zwecke dient, auch die Überlastung ermöglicht.
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Die Zerstäubungsluft wird dadurch gewonnen, daß der gewaltsam und
plötzlich eingespritzteBrennstoff bei seinerVerpuffung hochkomprimierte Luft vor
sich treibt, welche zum Teil durch ein Ventil in eine Röhre entweicht und beim nächsten
Hube zur Zerstäubung verwendet wird, wobei die Nadel die übliche Rolle spielt. Bei
schwer entzündlichen Brennstoffarten wird die Zündung früher eingeleitet, bevor
der Kolben die Totpunktstellung erreicht hat, so daß derselbe gegen Ende des Hubes
bei der Luftverdichtung mitwirkt.
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Die in einem Behälter angesammelte Anlaßluft ist nichts anderes als
Druckluft aus dem Zylinder, die man von Zeit zu Zeit mittels eines mit einem Hebel
gesteuerten Ventils in den Luftbehälter hineintreiben läßt. Der leere Hub wird vom
Regulator und vom Schwungrad ausgeglichen. Da man jedoch auf diese Art und Weise
den Grad der üblichen Luftverdichtung nicht überschreiten kann, ist für eine Vorrichtung
zur Verminderung derselben beim Anlassen vorgesorgt. Hierzu dient ein kleiner, loser
Kolben, der zugleich auch die Mehrbelastung erleichtert. Die erste Luftverdichtung
erfolgt nicht erst, wenn das Schwungrad imstande ist, den Widerstand zu überwinden,
sondern gleich beim ersten Hube, so daß die@Maschine sofort nachzuhelfen beginnt
und das Anlaßgefäß nicht zu groß zu sein braucht.
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Ein Ausführungsbeispiel zeigen die Zeichnungen. Fig. i ist Vorderansicht
und senkrechter Schnitt nach X-X in Fig. 2 der Maschine. Fig. 2 ist der Kreuzkopf
in Seitenansicht. Fig.3 ist ein wagerechter Schnitt nach Y-Y in Fig. r. Fig. q.
ist Schnitt der Kolbenstange nach Z-Z in Fig. i. Fig. 5 zeigt ein Stück der Triebwelle
mit den Exzentern und Nocken in Ansicht senkrecht zur Achse, Fig. 6 einen Ventilhebel
aus Fig. i in der Seitenansicht, Fig.7 eine Brennstoffpumpe und Luftnadel samt Kanälen,
Schnitt wie in Fig. i, in vergrößertem Maßstab. Fig. 7a zeigt die Spritzeinlagen
in perspektivischer Darstellung, Fig. 8 Schnitt durch den Plungerkanal in Fig. 7,
senkrecht zur Achse, Fig. 9 Schnitt nach 0-0 in Fig. 7, Fig. 1o und i i Schnitte
nach P-P und nach 0-Q in Fig. 7, Fig. 12, 13 und 1q. Schnitte durch die Reglervorrichtung
des Druckes im Verbrennungsraum, in drei Viertelkreislagen des Hahnes. Fig. 15 und
16 sind Anordnungsbeispiele der Kraftmaschine mit mehreren Zylindern in schematischer
Darstellung.
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In Fig. i bis 1q. ist i ein mit Wassermantel gekühlter Arbeitszylinder
mit seinem Kolben 2 und der Kolbenstange 3, die mit dem Kreuzkopfe 4 versehen ist,
von welchem die
Bewegung mittels der Pleuelstangen 5, 56 auf die
Kurbel- bzw. Triebwelle 6 übertragen wird. 7 ist das Schwungrad.
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Seitlich am Zylinder i und parallel zu seiner Achse ist außen der
mit einer, Isolation 20 versehene Verbrennungsraum 8 angeordnet, welcher mit der
Brennstoffpumpe 9 mittels einer in der Richtung des Kanals 8 und senkrecht zu der
Pumpenachse verlaufenden Leitung in Verbindung steht. Die Pumpe 9 ist mit einer
Zentralbohrung versehen (Fig.7), welche auf der linken Seite einen kleineren und
auf der rechten einen bedeutend größeren Durchmesser besitzt, und in welcher der
Plunder 30, 3ow verschiebbar eingepaßt ist, so daß sein dicker Körper 30w in der
weiten Bohrung rechts und sein dünner Teil 30 in der engen Bohrung links
sich verschiebt. Zwischen dem Boden der weiten Pumpenbohrung und dem Körper 30w
ist um den Plungerstengel 30 . eine Schraubenfeder 3o11 gewunden, welche den am
äußeren Ende mit einer Rolle 30c versehenen Plunder stetig gegen das an der Triebwelle
6 in der Achsenrichtung verschiebbar (Fig. 5)- angeordnete und mit einem konisch
verlaufenden Nocken 31w versehene Exzenter treibt (Fig. 1, 5 und 7). _ Wenn das
Exzenter 31 mit dem Nocken 31w an der Rolle 30c anliegt, so wird die Feder 3o11
zusammengedrückt, und der Plunderteil 3o wird bis an die zu der Zentralbohrung senkrecht
geführte Kanalbohrung 27 vorgestoßen (Fig. 7), während sein Hub auf dem anderen
Ende durch das Exzenter 31 begrenzt ist. Am unteren Ende der Kanalbohrung 27 schließt
sich eine zur Pumpenachse parallele Kanalbohrung 28 an und kreuzt die nach unten
über den Plungerteil3ow verlängerte Kanalbohrung 29. In dieser verlängerten Kanalbohrung
spielt ein Plunder 32, dessen Hub unten durch einen auf dem Pumpenanguß geführten
Glockenteil 32w begrenzt ist. Dieser Glockenteil sitzt oben mit seinem Flansch auf
dem Pumpenkörper und ist unten mit einem Stengel versehen, an dessen unterem Ende
ein unten schräg abgegrenzter Nockenkopf 32c angebracht ist. Die Glocke 32° ist
mit einer am oberen Rande an dem Pumpenkörper befestigten Glockenhülse 3211 versehen,
deren Boden zwecks Durchlasses des Nockenstengels durchgebohrt ist, und in welcher
eine um die Glocke 32,a gewundene Schraubenfeder 32b eingelegt ist, welche sich
oben gegen den Flansch der Glocke 32b und unten gegen den Boden der äußeren Hülse
32d stützt und den Glockenkörper 320' und folglich auch den Plunder 32 stetig nach
oben treibt bzw. zu schließen bestrebt ist. Nach unten wird der Plunder durch hydraulischen
Druck von oben heruntergetrieben, wobei die Feder 32b angespannt wird. Dieser Hub
nach unten wird durch einen vom Regulator der Kraftmaschine betätigten Nocken 35
begrenzt, dessen obere Abschrägung mit der unteren Abschrägung des Nockens 32c übereinstimmt.
Der Plunderkopf 309 ist mit einer diagonalen Durchbohrung 33 versehen, welche
in seiner in Fig.7 gezeichneten Lage eine ununterbrochene geradlinige Kanalleitung
zwischen der Durchbohrung 29, 29w bildet. Diese Lage wird bei jedem Anlauf des Exzenternockens
31w an die Rolle 3oe auf einen Augenblick hergestellt, während die Kommunikation
zwischen den Durchbohrungen 29 und 2911 durch Herausschieben des Plunderkopfes 30a
mittels der Schraubenfeder 3o11 bis an den Umfang des Exzenters 31 nach Durchlauf
des Exzenternockens 31a stetig gesperrt ist. Die zusammenhängenden Bohrungen 26,
27, 28, 29 werden mit der Brennstoffflüssigkeit unter Druck durch die Leitung 23,
in welcher ein den Rückweg verschließendes Ventil 24 angeordnet ist, stetig gespeist.
Die Bohrung 27 verschließt oben ein Überdruckventil 34, das mit einem mit Spannfeder
42w versehenen Gewichtshebel 42 belastet ist, bei dessen Anheben durch eintretenden
Überdruck die übermäßig eingetretene Brennflüssigkeit durch eine in der Zeichnung
punktiert angedeutete Öffnung in ihren Behälter zurückgeleitet wird.
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In der geradlinigen Brennstoffleitung 29, 8, unmittelbar vor dem Eintritt
in den Verbrennungsraum 8 und in der Ebene des Bodens des Arbeitszylinders, ist
die mit nach vorn einseitig verjüngter Ausströmungsöffnung versehene Spritzeinlage
21 angebracht. An dieser Stelle wird der Ausspritzkanal durch einen in den Boden
des Arbeitszylinders ausmündenden Kanal i 1 gekreuzt. Eine der Spritzeinlage 21
für den Brennstoff ähnliche, ebenfalls mit einseitig verjüngter Ausströmungsöffnung
versehene Einlage 22 ist unmittelbar vor dem Raum 8 angebracht. Sie dient zur Einführung
der Einblaseluft. Die Bohrungen der Einlagen 21 und 22 sind beide auf der inneren
Winkelseite mit ihren Ausströmungsöffnungen unmittelbar beieinander angebracht (Fig.7).
Die Druckluft gelangt durch ein Rohr 13 in den Raum io, und ihr Eintritt wird mittels
der Nadel 37 geregelt, welche mittels einer im Gehäuse 37w angeordneten,
um den Nadelstengel gewundenen Schraubenfeder stetig zum Verschluß angetrieben wird
(Fig. i). Ein in die Nadel 37
eingreifender Drehhebel g8 dient zum Öffnen
des Luftzutrittes durch Zurückziehen der Nadel, was mittels eines Nockens 6111 (Fig.
5) einer an derTriebwelle 6 angebrachten Scheibe 51 unter Vermittlung eines am Hebel
38 angelenkten Gestänges geregelt wird.
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Vor dem Anlassen bringt man den Hahn 47 in die auf Fig. 14 bezeichnete
Stellung, in
welcher der kleine lose Kolben 16 zwischen der ausgezogenen
und der punktierten Lage sich bewegen kann.
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Dann wird die -Kurbel in die Lage kurz vor oder kurz nach der
Totpunktstellung gebracht, wodurch die Umlaufrichtung der Maschine, gegen welche
sich dieselbe gleichgültig verhält, bestimmt wird.
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Nachher öffnet man den Hahn 14 (Fig. i). Die im Anlaßgefäß 39 aufgespeicherte
Luft dringt durch den Hahn und die Dichtungskapsel in den geschlossenen Raum oberhalb
des Kolbens und drückt denselben herunter. Der herabgehende Kolben verdichtet vor
sich die Luft, die im Zylinderraum eingeschlossen ist. Da jedoch der kleine lose
Kolben 16 (Fig.14) zurückweicht, kann die Verdichtung im Zylinderraum nicht ihren
Höchstgrad erreichen und das Anlaßgefäß behält den Überdruck. Kurz bevor der Kolben
die unterste Lage erreicht, läuft der auf der Kurbelwelle sitzende Nocken 3i1 (Fig.
7) an die Rolle 300 (ebenda). Die Durchbohrung 33 kommt vor den Kanal 2911, und
die federnde Pumpe 32 spritzt augenblicklich eine Menge Triebstoff durch die Düse
2i in den Verbrenilungsraum 8, wo in der heißen Luft die erste Verbrennung stattfindet.
(Anmerkung: Bei schwer entzündbaren Brennstoffen dürfte es sich als notwendig erweisen,
die Maschine mit einem leichteren Öl, z. B. Benzin, anzulassen, was nicht Gegenstand
der Patentansprüche bildet.) Inzwischen hat die an der Kolbenstange sitzende Hervorragung
40 (Fig. i) den Hahn 14 selbsttätig geschlossen und weitere Zufuhr von Druckluft
eingestellt, so daß durch die oben an der Kolbenstange 3 angeordneten Rinnen 48
nur der jeweilige Inhalt des Raumes oberhalb des Kolbens entweichen kann. Man muß
also, sobald der Kolben in seine oberste Stellung zurückgekehrt ist, den Hahn 14
von neuem öffnen und so einige Male fortfahren, bis das Anlaßgefäß erschöpft ist.
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Durch die explosionsartige Verbrennung im Verbrennungsraum 8 (Fig.
i) steigt der Überdruck in demselben derart, daß ein Teil der im Kanal
36 zusammengedrückten Luft das Ventil 12 (Fig. i) hebt und in die Röhre 13
entweicht, die zur Nadel 37 (Fig. i und i i) führt. Bei nächster Zündung schießt
diese Heißluft durch den Kanal 2:2 quer vor den Strahl des Brennstoffes, den die
Brennstoffpumpe (Fig.7) gleichzeitig liefert, und fördert dessen Verbrennung. Dies
Verfahren soll den Verdichter entbehrlich machen, ohne daß man die schädlichen Räume
im Zylinder über Gebühr erweitert und die dort stattfindende Verdichtung unter die
Grenze der Selbstzündung des Brennstoffes erniedrigt.
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Nachdem die Verbrennung stattgefunden hat, wird der Kolben somit schon
bei der ersten Umkehrung aufwärts getrieben. Hierbei verdichtet der Kolben über
sich die durch die Rinnen 48 angesaugte Luft, welche bei seiner oberen Totpunktstellung
durch die Bohrung 51 und den Kanal 52 (Fig. 1) in den Verbrennungsraum, aus diesem
in den Zylinder entweicht und durch die Auspuffschlitze 18 die Abgase hinaustreibt.
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Wenn die Maschine in regelmäßigen Gang gelangt, so bringt man den
Hahn 47 in die in Fig. 12. gezeichnete Stellung, wodurch der kleine lose Kolben
16 in der dort bezeichneten Lage fixiert wird. Der Verbrennungsraum 8 wird verkleinert
und die Luftverdichtung im Arbeitszylinder erreicht ihren Höchstgrad, nämlich 4ö
Atm.
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Die Bewegung des losen Kolbens 16 wird von einem aus den Zeichnungen
nicht ersichtlichen Ölakkumulator bewirkt, welcher Öl unter geringem Druck in Momenten
des Auspuffs allmählich hineinbringt. Das in der Nabe des Hahnes 47 angebrachte
Kugelventil 56 verhindert das Zurückweichen des losen Kolbens 16.
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Während der Arbeit sorgt man für Aufspeicherung der Anlaßluft im Gefäß
39. Zu diesem Zwecke drückt man von Zeit zu Zeit den Hebel 48 (Fig.6) herab, wodurch
das Ventil 15 (Fig. i) geöffnet und die im Zylinderraum eingeschlossene Luft ins
Anlaßgefäß 39 getrieben wird. Das wiederholt man so lange, bis der Druck im Anlaßgefäß
derart steigt, daß weiteres Öffnen des Ventils überflüssig wird. Anfangs geht auf
diese Weise immer ein Hub fast gänzlich verloren und muß vom Sch-,vungrad und vom
Regulator 35 (Fig.7) ausgeglichen werden. Der Verlust wird jedoch immer geringer.
Der Vorgang kann bei größeren Maschinen auch selbsttätig erfolgen, indem der Hebel
48 von der Kurbelwelle aus betätigt wird.
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Bei Maschinen, die zeitweise eine Mehrarbeit leisten müssen, bringt
man den Hahn 47 in die auf Fig. 13 bezeichnete Stellung, wobei der lose Kolben 16
zurückgedrängt und dort festgehalten wird: Der Zylinder- und Verbrennungsraum kann
dann mehr Luft aufnehmen und es kann in ihm somit auch mehr Triebstoff verbrannt
werden. Die Menge der aufgenommenen und verdichteten Luft kann auch so erhöht werden,
daß man beim Beginn der Verdichtung aus dem Anlaßgefäß bzw. -gefäßen durch das Ventil
16 durch selbsttätiges, von der Kurbelwelle aus betätigtes und vom Regulator aus
geregeltes Heben des Hebels 48 (Fig. 6) eine kleine Menge Druckluft hineinläßt,
die dann vom Kolben -weiter verdichtet wird.
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17 (Fig. 13) ist ein Hahn, dessen Kegel 46 mit zwei (Fig. 12, 13 und
1q.) sich kreuzenden
diametralen Durchbohrungen versehen ist, von
welchen in seinen drei Stellungen (Fig. 12, 13 und 14) je eine die Fortsetzung
der Kanalbohrung 59 ist, welche die Verbindung zwischen dem Druckflüssigkeitsrohi-
59a und dem zylindrischen Raum bildet, in welchem sich der stangenlose Kolben 16
hin und her verschieben kann. Die Bohrung des Zylinders 44, auf dessen Verschlußdeckel
der Hahn 17 angeschraubt ist, steht in Verbindung mit dem Räume 8 durch die Bohrung
6o, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Kolbens 16. Eine von den
Bohrungen des Kegels 46 ist kegelförmig und enthält an ihrem engeren Ende eine Kugel
56, die mittels einer Schraubenfeder, welche zwischen dieser Kugel und einem eingespannten
Ring 58 gespannt ist, behufs Verschlusses dieser Durchbohrung angedrückt wird. In
der in Fig. i2 gezeichneten Lage des Kegels 46 dringt die aus einem kleinen hv draulisclien
Akkumulator durch das Zuleitungsrohr 59' anlangende Druckflüssigkeit (Öl)
durch die Kegelbohrung und den Kanal 59 in die zylindrische Aushöhlung und
drückt den losen Kolben 1.6 bis in seine äußerste Lage gegen den Raum 8, wodurch
der Verbrennungsraum auf ein Minimum eingeschränkt wird. Das ist die normale Lage
des Hahnes im Betrieb. Die in Fig. 13 gezeichnete Hahnlage erhält der Hahn
bei überlastung der Kraftmaschine, wenn der Druck in 8 so anwächst, daß der lose
Kolben 16 von den Verbrennungsgasen bis an das andere Ende gegen den Hahn zurückgedrängt
wird. Dadurch wird der Verbrennungsraum bis auf sein Maximum vergrößert. Bei der
in Fig. 14 gezeichneten Hahnstellung strömt die Druckflüssigkeit durch die Bohrung
54 frei durch. Der Kolben 16 kann zwischen der vollausgezogenen und der strichpunktiert
gezeichneten Lage hin und her spielen.
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Die Kolbenstange 3 (Fig. i) ist an ihrem äußeren Ende mit länglichen
Rinnen 48 (Fig. 4) versehen, durch welche beim Niedergang des Kolbens Luft über
dem Kolben einströmt und beim Hinaufgang des Kolbens oberhalb desselben im Zylinder
verdichtet wird.
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39 ist ein Behälter für Druckluft, welcher mittels der Rohrleitung
53 mit dem Kanal 36 und mittels der Rohrleitung 53" mit dem Zylinderdeckel
in Verbindung steht.
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Während der Arbeit sorgt man dafür, daß die zum Anlaufen nötige Luft
im Anlaßgefäß aufgespeichert wird, wozu eben die Druckluft aus dem Arbeitszylinder
i dient. Zu diesem Zwecke öffnet man von Zeit zu Zeit, in beliebigen Zwischenräumen,
wenn der Kolben niedergeht, das Ventil 15, so daß die verdichtete Luft aus dem Zylinder
- bzw. Verbrennungsraum in das Anlaßgefäß eingetrieben wird. Man kann, aber muß
nicht, zugleich auch die Nadel aussetzen lassen. Bei diesem Vorgange geht ein Arbeitsschub
fast gänzlich verloren, aber das Schwungrad und der Regler gleichen sofort die Unregelmäßigkeit
aus. Bei .großen Maschinen kann der-Vorgang nach etwa aoo bis 300 Umdrehungen
selbsttätig erfolgen. Auf diese Weise wird fortgefahren, bis das am Anlaßgefäß angebrachte
Manometer auf 4o Atm. verbleibt, denn es muß auch mit der Abkühlung der Druckluft
gerechnet werden.
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Bei Mehrbelastung der Maschine läßt man den Kolben 16 zurücklaufen,
indem man den Hahn 47 in die Stellung Fig. 13 dreht. Der Verbrennungsraum
bleibt dauernd vergrößert, der :Motor verdichtet etwas mehr Luft, die Verdichtung
bleibt jedoch etwas verringert. Bei schwerer überlastung muß man. das Ventil 15
mittels einer geeigneten mechanischen Vorrichtung beim Beginn der Verdichtung auf
einen Augenblick öffnen, wobei eine größere oder kleinere Druckluftmenge aus dem
Anlaßgefäß in den Zylinder eindringt und weiter verdichtet wird. Diese Einrichtung
richtet sich nach der Konstruktion der Maschine und ist in den Zeichnungen nicht
angegeben. Das Öffnen des Ventils 15 kann von der Kurbelwelle mittels eines schrägen
Nokkens erfolgen, wobei dieser Nocken vom Regler verschoben wird und je nach Bedarf
mehr oder weniger Luft in den Zylinder hineinläßt. Bei Maschinen, welche oft und
dauernd überlastet werden, wird ein besonderer Luftbehälter mit einer kleinen Luftpumpe
nicht zu entbehren sein.
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Der Brennstoff wird mit solcher Gewalt eingespritzt, daß er schon
dadurch ziemlich gut zerstäubt wird. Am Eingang in den Verbrennungsraum tritt er
jedoch mit heißer Zerstäubungsluft zusammen, welche die Zerstäubung vollendet und
den Brennstoffnebel in die heiße Atmosphäre sowie an die glühenden Wandungen des
Verbrennungsraumes schleudert, so daß die Verbrennung eine plötzliche und gründliche
sein und die Maschine auch schwerflüssige Stoffe gut verbrauchen können wird. Der
passendste Augenblick für die Einführung des Brennstoffes wird bei verschiedenen
Brennstoffarten verschieden sein, und die Einstellung des in der Achsenrichtung
verschiebbaren Nockens 3 ia' (Fig. 5) soll diesem Bedürfnis entsprechen.
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Damit für die Verbrennung des Trieböls sowohl beim Anlassen als auch
im Betrieb immer der günstigste Moment getroffen wird, ist das Exzenter 3 i (Fig.
5) in der Achsenrichtung verschiebbar. Der Nocken 31" ist schräg; auf ihm werden
die für Anlassen und Betrieb günstigsten Stellungen durch Linien
bezeichnet.
Die Verschiebung erfolgt von Hand.
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Bei mehrzylindriger Ausführung vereinfacht sich diese Bauweise noch
mehr. Baut man ihn z. B. mit zwei oder mehr Zylindern an beiden Seiten der Kurbelwelle,
so braucht man den Zylinderraum über dem Kolben 2 mit Anlaßluft nicht zu beschicken,
sondern man benutzt dazu das Ventil 15, welches bloß geöffnet wird. Der Hahn 14
kann entfallen, desgleichen die Hervorragung 40, und die Dichtungskapsel für die
Kolbenstange 3 kann eine einfache Ausführung erhalten. Bei Maschinen, die nicht
umgesteuert werden, genügt ein Ventil 15 für beide Zylinder. Zwillingszylinder haben
für jedes Paar zusaniinen nur eine Brennstoffpumpe, einen Verbrennungsraum, eine
Nadel samt Zubehör und eine Zugstange. Ein mehrzylindriger Motor braucht nur eine
Brennstoffpumpe, welche für diesen Zweck leicht konstruiert werden kann. Die großen
Ventile am Zylinder fallen fort und der Zylinderkopf bildet eine einfache, nicht
gekühlte eiserne Platte. Die Regulierung bietet den Vorzug, daß sie auf den Regulator
nicht rücl#nvirkt.
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Die vorliegende Erfindung ist weder an den Kreuzkopf mit paarweisen
Pleuelstangen noch auch an die vertikale Ausführungsweise gebunden.