DE33917C - Heifsluftmaschine mit Feuerung im Innern des Cylinders - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMTA^

Die Lufterhitzung erfolgt vermittelst einer innerhalb des Arbeitscylinders befindlichen Feuerung; bei jedem Kolbenhub wird die Luft kalt in den Cylinder eingebracht; sie kommt hierbei entweder aus einem Behälter, in welchem sie verdichtet wurde, oder sie wird direct von einer Pumpe oder dem Arbeitskolben eingeführt und durchströmt eine im Cylinderraum befindliche Feuerung, wobei sie die Verbrennung unterstützt. Die heifsen Gase, welche durch die Verbrennung eine sehr hohe Temperatur annehmen, treiben vermöge ihrer hohen Spannung den Kolben nach vorwärts und strömen während des Rückganges des Kolbens aus.

Die Art der Lufterhitzung ist bei diesem 'Heifsluftmotor der Erhitzungsweise ähnlich, welche bei Gaskraftmaschinen angewendet wird. . In beiden Fällen geschieht das Ausdehnen der Luft durch eine im Cylinderraum stattfindende Verbrennung, mit dem Unterschiede, dafs beim Gasmotor das Brennmaterial (Wasserstoff, Leuchtgas, carburirte Luft u. s. w.) gasförmig eingeführt. wird, während es sich beim -Heifsluftmotor als Koks, OeI, Holzkohle u. s. w. in festem Aggregatzustande befindet.
.. Die Anordnung der Feuerung innerhalb des Cylinders ist mit grofsen Schwierigkeiten verbunden, indem die heifsen, den Cylinder füllenden Gase nach dem Durchströmen der Feuerung durch Asche, Staub u. s. w. verunreinigt sind. Dafs ein solcher Motor nur dann wirksam arbeiten kann, wenn die Gleitflächen des Kolbens und Cylinders nicht von den heifsen, stets Aschetheilchen von der Feuerung mitführenden Gasen bestrichen werden, ist selbstverständlich, und der Zweck der Erfindung daher, die heifsen Gase unmittelbar über der Feuerung und in einem und demselben Räume mit ihr auf den Kolben treibend einwirken zu lassen, ohne dafs die Gleitflächen von Cylinder und Kolben mit diesen Gasen in Berührung kommen können.

Dieser Zweck wird erreicht durch die Gestalt des Arbeitskolbens in Combination mit der Art und Weise der Circulation der durch die Pumpe in die Maschine eingetriebenen kalten, reinen Luft, welche vermittelst einer Pumpe bei jedem Kolbenhub in den Cylinder geprefst wird.

Auf beiliegender Zeichnung ist die Maschine dargestellt, und zwar ist: Fig. j eine Ansicht der Maschine, Fig. 2 ein Verticalschnitt durch die Achse des Arbeitscylinders und Fig. 3 ein Horizontalschnitt durch die Achse des Pumpencylinders. Fig. 4 giebt die vom Arbeitskolben geleistete Arbeit (Fläche N) und die vom Pumpenkolben geleistete Arbeit (Fläche M). Die Differenz dieser beiden Arbeiten abzüglich der Maschinenreibung ergiebt die Nutzarbeit des Motors. Fig. 5 ist ein Verticalschnitt durch den Arbeitscylinder, Kolben, Vertheilungsschieber und das Ausströmungsventil mit dem Kolben in seiner höchsten und Fig. 6 derselbe Schnitt mit dem Kolben in seiner tiefsten Stellung. Fig. 7 ist die Schieberfläche des Cylinders, von vorn gesehen.

Die Maschine besteht aus dem Gestell £>, welches auf einem Mauer- oder Gufseisenbett ruht. Dieses Gestell B trägt auf seiner oberen Seite zwei Lagerständer, in welchen¹ ein Balancier D oscillirt. Jedes Ende dieses Balanciere D

trägt eine Pleuelstange, von welchen eine zum Arbeitskolben führt, während die andere mit der Triebwelle verbunden ist. Der Pumpencylinder P ist horizontal und an einem Ende offen. Der Kolben H desselben empfängt seine Bewegung durch eine Pleuelstange, die gemeinschaftlich auf einem Zapfen mit der Arbeitspleuelstange sitzt.

■ Der Arbeitscylinder a, welcher an seinem oberen Ende offen, unten aber durch einen Boden geschlossen ist, ist vermittelst Bolzen vertical am Rücktheil des Gestelles befestigt, welches zugleich den Boden des Pumpencylinders bildet.

In dem Arbeitscylinder α bewegt sich der Arbeitskolben b, dessen Gestalt sehr wesentlich ist. Derselbe ist lang und dichtet, wie aus Fig. 5 und 6 ersichtlich, nur innerhalb der Strecke c d, während der darunter befindliche Theil df um ca. ι mm kleiner im Durchmesser gedreht ist als der Cylinderdurchmesser, so dafs zwischen Cylinder und Kolben ein ringförmiger Raum freibleibt, dessen Höhe df gröfser ist als der Kolbenhub; es kann infolge dessen der Kolbenboden nie auf jene Höhe steigen, innerhalb welcher der dichtende Kolbentheil seinen Hub vollführt. Wenn man unter diesen Umständen, während die heifsen Gase auf den Kolben wirken, einen Strom reiner Luft rings um den Kolben und innerhalb des ringförmigen Raumes df von oben nach abwärts streichen läfst, so wird hierdurch ein Eintritt der heilsen Gase innerhalb des hohlen cylindrischen Raumes df verhindert, was das Berühren dieser Gase mit der arbeitenden Cylinderoberfläche und ein Absetzen von Staub u. s. w. innerhalb dieses Raumes unmöglich macht.

Der Schieber t regelt den Eintritt der frischen Luft in die Pumpe Und das Einpressen dieser Luft in den Arbeitscylinder durch die Kanäle q U und p, von welchen ersterer nach der Pumpe, der zweite ins Freie und der letzte durch die Feuerung in den Cylinder führt.

Dieser Schieber kann auch durch zwei automatisch wirkende Ventile ersetzt werden, von denen das eine für die Ansaugung, das zweite für das ■ Einpressen der Luft in den Cylinder dient.

. Die Steuerung des Schiebers geschieht in der Weise, dafs während des Ansaugens der Pumpencylinder mit der äufseren Luft in Verbindung steht, wobei der Kurbelzapfen den Bogen c¹ d¹ a¹ beschreibt, Fig. 4; hierbei tritt die Luft durch die Kanäle U und q.

Während der Lufteinpressung (Bogen α^λ b¹ c^l) setzt der Schieber die Pumpe mit dem Arbeitscylinder a in Verbindung.

Der Schieber ist beim höchsten Stand des Arbeitskolbens, Fig. 5, für das Ansaugen der Luft nach der Pumpe ganz geöffnet, dagegen ist beim tiefsten Stand dieses Kolbens, Fig. 6, die Communication zwischen Pumpe und Arbeitscylinder vollständig geöffnet.

Diese letztgenannte Communication beginnt und schliefst, sobald der Arbeitskolben auf halbem Hub oder bei a¹ oder c¹ angekommen ist. Bei der abwärts gehenden Bewegung des Kolbens (Bogen, ii¹^¹^¹) ist das Ausströmungsventil s geöffnet, während der aufwärts gehenden Bewegung (Bogen b¹ c^l d¹) dagegen geschlossen.

Angenommen, der Arbeitskolben habe seinen höchsten Stand, Fig. 5, inne, die Kurbel stehe in d^l und das Ausströmungsventil s sei soeben gehoben worden, so wird während des Niederganges des Kolbens (Bogen d^l a^l b¹) von a¹ aus der Schieber die Communication der Pumpe mit dem Arbeitscylinder öffnen, Fig. 6, und es werden auf dem Weg a¹ b¹ die durch den Arbeitskolben getriebenen Verbrennungsgase sowohl, als auch die reine, durch den Pumpenkolben eingeprefste Luft aus dem Ventil s entweichen.

Sobald aber der Kolben in seiner tiefsten Stellung angekommen ist, erfolgt der Schlufs des Ventils s.

Unmittelbar vor diesem Schlufs strömt nur reine, von der Pumpe kommende Luft durch das Ventil, weil alsdann der Pumpenkolben das Maximum seiner Geschwindigkeit erreicht hat, während die Geschwindigkeit des Arbeitskolbens gleich Null ist; das Ventil s wird mithin in dem angegebenen Zeitpunkte durch die frische Luft gereinigt und gekühlt.

Diejenige Luft, welche der Pumpenkolben nach Schlufs des Ventils noch weiter zuführt, wird in den Cylinder eingeprefst.

Diese Lufteinpressung findet statt, während die Kurbel den Bogen b^l c¹ zurücklegt, d. h. vom tiefsten Kolbenstand aufwärts bis zum mitteren Kolbenstand.

Für die durch den Kanal q von der Pumpe her eingeprefste Luft führen zwei Wege in den Arbeitscylinder, es sind dies die Kanäle η und p.

Wäre nur der Kanal ρ vorhanden, so würde die ganze auf dem Wege von b¹ nach c¹ eingeprefste Luftmenge den Feuerraum h durchziehen und, mit Asche und heifsen Gasen verunreinigt, mit den reibenden Flächen des Kolbens und Cylinders in Berührung kommen. Wäre andererseits nur der Kanal η für die einströmende Luft da, so würde allerdings der ringförmig cylindrische, den Kolben umgebende Raum stets . mit reiner Luft ohne Aschetheilchen angefüllt sein, allein in diesem Falle würde dem Feuer keine Luft zugeführt werden. . ; i

Die Luft strömt also, sobald das Ventil s geschlossen, durch die Kanäle η und ρ in den Arbeitscylinder. . \

■ ■ Die ehtsprechendenLüftmengen, welche durch diese Kanäle strömen, hängen einerseits von dem Querschnitt dieser Kanäle ab, andererseits von . dem Widerstand, welchen die Luft in jedem dieser Kanäle findet.

Diese Widerstände sind für jeden dieser Kanäle nahezu gleich; wenn man daher den Querschnitt des Kanales η drei bis vier Mal kleiner macht als den Querschnitt des Kanals p, so beträgt auch die den letzteren Kanal durchströmende Luftmenge das Drei- bis Vierfache der durch den Kanal η strömenden.

Es genügt überhaupt, gerade so viel Luft durch den Kanal η zu leiten, als bei dem im Arbeitscylinder herrschenden Druck zur Füllung des ganzen ringförmigen, cylindrischen Raumes zwischen dem Kolben und der inneren Wand des Cylinders ist.

Die durch den Kanal η und die anschliefsende Kammer m in den letztgenannten Raum fliefsende Luftmenge erfüllt diesen Raum von oben bis unten.

Indem dieselbe den Kolben umgiebt, verhindert sie den Zweck der von der Feuerung kommenden heifsen Gase und Aschetheilchen in den genannten ringförmigen cylindrischen Raum und an die reibenden Cylinder- und Kolbenflächen.

Der gröfsere Theil der in den Arbeitscylinder strömenden Luft nimmt indessen seinen W^eg durch den unter den Rost führenden Kanal ρ und tritt in den Arbeitscylinder ein, nachdem er die Feuerung h durchströmt und die Verbrennung des auf dem. Rost liegenden Brennmaterials unterstützt hat.

Da das Volumen der Verbrennungsgase ein vier- bis fünfmal gröfseres ist als das der einströmenden kalten Luft, so mufs die Spannung der Luft im Cylinder in dem Mafse wie die Menge der von der Pumpe eingeprefsten Luft zunehmen, bis der Pumpenkolben am Ende seines Hubes angekommen ist.

Die Kurbel ist alsdann in c¹ und der Arbeitskolben auf der Hälfte seines Hubes angekommen.

Der Schieber t sperrt die Communication zwischen Pumpe und Cylinder ab und der Arbeitskolben wird durch die Expansion der in dem Cylinder befindlichen gespannten heifsen Gase bis zum Ende seines aufwärts gehenden Hubes gedrückt.

Ist der Arbeitskolben oben angelangt, dann ist das Ausströmventil s gehoben, und es findet während des Kolbenniederganges Gasausströmung statt; die durch den Kolben verdrängten heifsen Gase durchströmen die Feuerung . h und den Rost .g und werden durch den Kanal ρ nach aufsen getrieben, wobei sie den Staub mit sich fortführen.

Benutzt man hierbei statt eines gewöhnlichen Rostes einen aus mehreren über einander befindlichen Drahtgeweben bestehenden Rost g, so werden die einzelnen Gewebe von den durchströmenden heifsen Gasen erhitzt und geben diese Hitze an die frische, von der Pumpe kommende Luft ab, wodurch diese vor ihrem Eintritt in die Feuerung vorgewärmt wird.

Dies ermöglicht die Erzielung einer bedeutend höheren Temperatur und infolge dessen einer höheren Spannung der in den Cylinder eintretenden Luft.

Die Einführung des Brennmaterials geschieht durch den Hahn R. Man füllt die Höhlung m¹ dieses Hahnes, und wenn sich derselbe in der aus Fig. ι ersichtlichen Stellung befindet, dreht man ihn, worauf das Brennmaterial durch den Kanal in in den Cylinder fällt. Das kleine, in einer Glastafel verschlossene Loch χ gestattet die Beobachtung der Heizung.

Das Brennmaterial soll von guter Qualität sein und nicht unverbrennbare Beimengungen besitzen, welche den Nutzeffect der Feuerung wesentlich beeinträchtigen.

Uebrigens kann zur Reinigung des Rostes täglich vor der Ingangsetzung des Motors der Cylinderboden abgehoben werden.

Um die Maschine in Gang zu setzen, bringt man das angezündete Brennmaterial auf den Rost und vollführt, am Schwungrad angreifend, ein Umdrehung.

Um die untere Cylinderpartie vor zu grofser Erhitzung zu bewahren, umkleidet man die Cylinderwand innen mit einer die Wärme schlecht leitenden Wandung, oder man läfst behufs Kühlung den Cylinder ringsum von einem schwachen Strahl kalten Wassers umfliefsen, wie dies bei den Gaskraftmaschinen gebräuchlich ist.

Zur Regulirung der Tourenzahl genügt das Aufsetzen eines Centrifugalregulators, welcher das Ausströmventil s gehoben erhält, wenn die gewünschte Geschwindigkeit erreicht oder überschritten ist; dadurch ist die Triebkraft der Maschine unterbrochen und bleibt es so lange, als dieses Ventil 5 geöffnet ist.

Sobald die Construction des Cylinders a mit Kolben b und der inneren Feuerung h bestimmt und festgestellt ist, kann in der Anordnung der übrigen Maschinentheile manches geändert werden, ohne dafs dadurch das Wesen der Erfindung verändert würde.

Man kann die Stellung der Pumpe verändern oder einen Behälter anwenden, in welchen die Luft vermittelst einer Pumpe geprefst wird, und welcher während eines Theiles des Kolbenhubes mit dem Cylinder in Verbindung steht, wobei die Spannung im Cylinder und im Behälter die gleiche ist.

Man kann auch Pumpe und Behälter ganz weglassen und nur den Arbeitscylinder benutzen, wobei ein einmaliger motorischer Im-

puls innerhalb jeder zweiten Umdrehung der Arbeitswelle stattfindet, wie bei den Gasmotoren System Otto.

In diesem Falle wird die den Kolben umströmende Luft von einer kleinen Specialpumpe geliefert; der Kanal ρ mufs alsdann oberhalb der Feuerung in den Cylinder einmünden; die bei dem Ausströmventil s eintretende frische Luft erfüllt den Cylinder während des Ansaugens und wird während der nun folgenden Compressionsperiode in einen unter dem Rost befindlichen Raum geschafft; hierbei geschieht, das Ausströmen der heifsen Gase und Einströmen frischer Luft durch ein einziges Ventil s.

Nach diesem Ventil 5 ist die Leitung mit zwei automatischen Ventilen versehen, von denen eines für das Ansaugen der kalten Luft ,und das andere zum Ausstofsen der heifsen Gase dient; das Ventil s wird vor seinem Abschlüsse durch einen Strom frischer Luft gründlich gereinigt. .

Es würde die beschriebene Art der Erhitzung mit Feuerung im inneren Cylinder nicht geändert, wenn man diese Feuerung nicht im Innern des Cylinderraumes selbst, wie in der Zeichnung dargestellt, sondern etwa in einem an der Gylinderseite befindlichen Räume anbrächte, der mittelst eines Kanals in constanter Communication mit dem Cylinder steht. :

Claims (1)

1. PATENT-Anspruch:

   Bei einer Heifsluftmaschine mit einer im Innern des Cylinders befindlichen Feuerung die Combination der die Luft zuführenden Pumpe mit dem Arbeitscylinder vermittelst des Schiebers t und der Kanäle η und p, so dafs durch den Kanal η kalte Luft in den ring^ förmigen, zwischen dem Kolben und der inneren Cylinderwand befindlichen Raum eingeprefst und der Eintritt der heifsen Gase in diesen Raum und ihre Berührung mit den Gleitflächen des Cylinders und Kolbens verhindert wird. ■ -

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.