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Mehrzylindrige Explosionskraftmaschine mit Rotationskompressor. Die
Erfindung bezieht sich auf Explosionskraftmaschinen, .die mit einem Kompressor mit
umlaufenden Flügeln versehen sind.
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Für mehrzylindrige Zweitaktmotoren ist es bereits vorgeschlagenworden,
den Kompressor von der Motorwelle aus mit einem Übersetzungsverhältnis antreiben
zu lassen, das nach der Zylinderzahl des Motors und der Zahl der Kolbenflügel des
Kompressors bemessen ist, um für jede Umdrehung der Kurbelwelle
des
Motors so viele Kompressionsphasen des Kompressors zu erreichen, als der Motor Arbeitszvlinder
besitzt.
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Gegenüber diesen bekannten Motoren kennzeichnet sich die Erfindung
dadurch, daß der Kompressor für jeden der :Motorzylinder einen Flügel aufweist,
der in hezug auf die zu jedem Zylinder gehörige Kurbel einen Voreilwinkel besitzt,
daß die von jedem Flügel geförderten Druckwellen mit ihremHochdruck unmittelbar
an die Eintrittsstellen bei Öffnung derselben gelangt sind. Hierbei ist dafür Vorsorge
getroffen, daß die vom Kompressor gelieferten Druckwellen an dem Eintritt jedes
Zylinders die gleiche Höhe erhalten, so daß trotz der verschiedenen Entfernung der
einzelnen Zylinder von dem Kompressor eine gleichmäßige Arbeitsweise gewährleistet
wird.
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Die von dem Kompressor gelieferte Luftmenge bzw. Gemischmenge dient
bei Anwendung auf Zweitaktmotoren in bekannter Weise einerseits zum Spülen der Arbeitszylinder
und andererseits zum Einführen bzw. Zerstäuben des Brennstoffes in die Arbeitszylinder.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Zuführung
der Ladung in die Zylinder ohne Zwischenschaltung von Abschlußorganen an letzteren
ermöglicht.
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Ebenso kann durch die genaue Arbeitsweise des Kompressors die Zwischenschaltung
eines Druckausgleichbehälters entbehrt werden.
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Bei Zweitaktmotoren findet der Zufluß der Ladung in der Weise statt,
daß während des ganzen Auspuffes der Druckunterschied der abziehenden Gase und der
zuströmenden Ladung annähernd gleich groß bleibt.
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Gemäß -der Erfindung kann ein zweiter Kompressor vorgesehen «erden,
der eine weitere Verdichtung der Ladung bzw. eines Teiles der Ladung bewirkt. Bei
dieser Anordnung wird die aus dem ersten Kompressor (Niederdruckphase) kommende
Ladung z. B. zum Spülen eines Zweitaktmotors verwendet, während die vom zweiten
Kompressor (Hochdruckphase) gelieferte Ladung ein Überladen des Motors ermöglicht
und des ferneren zur Zerstäubung des Brennstoffes benutzt werden kann.
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Die Erfindung ist auf der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel bei
einem Zweitaktmotor veranschaulicht.
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Abb. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch einen Dreizylinder-Zweitaktmotor
für schwere Brennstoffe mit einem zweistufigen Kompressor; A'bb. 2 ist ein Schnitt
nach A-A der Abb. 1; Abb. 3 ist ein Schnitt nach B-B der Abb. i ; Abb. d. ist in
verkleinertem Mäßstahe ein Schnitt nach C-C der Abb. i die Abb. 5 und_ 6 veranschaulichen
die Arbeitsdiagramme eines Arbeitszylinders und eines Kompressorflügels. An dein
geschlossenen Kurbelgehäuse i ist Glas Zylindergehäuse 2 mit den Zylindern 3, .4
und 5 befestigt. Die Kolben der Zylinder 3, d. und 5 greifen mittels Pleuelstangen
an um i 2o° versetzten Kurbeln der Welle 6 an. Die Kurbelwelle 6 trägt außerhalb
des Gehäuses z einen zugleich als Schwungrad wirkenden Ring 8- (1. Kompressor),
in welchem in drehbar gelagerten Zapfen 9 drei Flügel io radial verschiebbar angeordnet
sind. Jeder Flügel io besitzt ein Gleitstück i i, das in einer kreisförmigen Nut
12 des festen Gehäuses 1.4 geführt ist. Der Mittelpunkt der Nut 12 liegt außerhalb
der Achse der Kurbelwelle, so daß beim Drehen des Ringes 8 die Flügel io radial
nach außen und nach innen zum Schwungring 8 bewegt werden. Die Flügel io, die an
den Wandungen des Kompressorgehäuses 1.1 gleiten, fördern die zum Spülen nötige
Luft nach den Zylindern.
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In das Gehäuse führt eine Luftzuleitung 16, welche in einen Füllraum
17 ausmündet. Letzterer erstreckt sich ' über einen gewissen Teil des Umfanges des
Kompressorgehäuses rd.. An letzterem ist ferner ein Luftaustrittkanal 18 angeschlossen,
durch welchen die komprimierte Spülluft nach den einzelnen Zylindern 3, 4. und 5
geführt wird. Zu diesem Zweck besitzt jeder Zylinder einen Luftüberleitungskanal
19 (Abb.d.) mit von dem Kolben gesteuerter Eintrittsöffnung am Zylinder.
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An demRing8 ist zurBildung einer zweiten Kompressionsstufe beim dargestellten
Beispiel noch ein zweiter Ring 2o starr befestigt, der in einem besonderen Gehäuse
21 läuft. Der Ring 2o ist ebenfalls mit -drei Flügeln 22 (vgl. Abb. 3) versehen,
die radial gleitbar in Zapfen 23 des Ringes 2o angeordnet sind und mittelsFührungsstücke
2d. in eine Führungsnut 25 eingreifen. Die Nut 25 verläuft in einem Kreise, dessen
Mittelpunkt außerhalb der Achse der Kurbelwelle liegt, so daß auch die Flügel 22
beim Drehen des Ringes 2o radial nach innen und außen verstellt werden. Das Gehäuse
2i besitzt einen Lufteinlaß 27, der an die Druckleitung 18. des Kompressors I angeschlossen
ist, ferner einen Luftaustritt 28, von dem eine Leitung 29 nach der Brennstoffeinspritzvorrichtung
3o derZylinder 3, 4. und 5 führt. In der Leitung 29 ist ein einstellbarer Dreiwegehahn
31 vorgesehen, mittels dessen nicht nur der Durchfluß des Kanals 28 zur Leitung
29, sondern auch die Verbindung der Leitung 29 mit der Leitung 18 geregelt wird.
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Die Arbeitsweise der Anordnung nach den Abb. i bis 6 ist folgende:
Beim Lauf des Motors nehmen -die Ringe 8 und 2o an den Drehungen -der Welle 6 teil.
Die Flügel io und 22 derselben fördern die Luft, und zwar in folgender Weise: Von
den Flügeln zo, von denen im vorliegenden
Beispiel drei entsprechend
der Zylinderzahl vorgesehen sind, fördert jeder die nötige Luftmenge nach einem
der Zylinder 3, .l. oder 5. Da die Abstände der Zylinder 3, .4, 5 vom Kompressor
und damit die Leitungswiderstände usw. verschieden sind, so sind die Flügel io in
bezug aufeinander so versetzt, daß auch bei dem am entferntesten liegenden Zylinder
3 der Druck der Spülluft derselbe ist wie bei den übrigen Zylindern. Damit nun die
Luft auch im richtigen Zeitpunkt unmittelbar nach Öffnen des Spülkanals in den Zylinder
eintritt, und zwar unter dem Höchstdruck, ist der Flügel in einem bestimrizten Voreilwinkel
in bezug auf die Kurbel ;des betreffenden Zylinders gesetzt, so daß die eintretende
Spülluft stets einen ganz bestimmten Überdruck über die entweichenden Gase besitzt.
Der während des Auspuffes im Zylinder sich abspielende Vorgang ist in dem Diagramm
nach Abb. 5 und 6 dargestellt. Wenn der Auspuff geöffnet wird und die Kurbel bei
a steht, sinkt der Druck von der Stellung b (Abb. 5) an. Der Spüllufteintritt wird
dann erfolgen, wenn die Kurbel die Stellung c erreicht. In diesem Augenblick besitzen
die austretenden Auspuffgase die Spannung, die der Ordinate d, e entspricht.
Die eintretende Spülluft jedoch besitzt eine Spannung, die der Ordinate f, e entspricht.
Die Spannung der Spülluft ist also um ein gewisses Maß, das dem Unterschied der
Ordinaten d, f entspricht, größer als die Spannung der austretenden Abgase.
Dieser Spannungsunterschied bleibt während der ganzen Auspuffperiode annähernd derselbe.
Es wird die dem Kompressor mit umlaufenden Flügeln eigentümliche Arbeitsweise, bei
der Druckluftwellen gefördert werden, hier in sinnreicher Weise benutzt, derart,
d'aß der Höchstdruck einer solchen Welle den Zylinder gerade nach erfolgter Öffnung
des Einströmkanals erreicht und die Luft mit dem Höchstdruck in den Zylinder eintritt,
wo die Expansion stattfindet. Dabei wird auch die Austrittsgeschwindigkeit der Luft
aus dem Kompressor ausgenutzt; 'die Luft strömt ohne Arbeitsverluste, wie sie sonst
durch Heben der Ventile, Druckausgleichbehälter usw_ eintreten, nach dem Zylinder.
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Dient der Kompressor zum Fördern reiner Spülluft nach den einzelnen
Zylindern, so drückt er diese als Druckluftwellen, dem Arbeitsgang des Zylinders
genau entsprechend zeitlich angepaßt, in die Zylinder.
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Bei Schwerölmotoren ist zum Einführen des Brennstoffes in die Zylinder
ein mindestens annähernd gleichbleibender Luftdruck nötig. Um diesen zu erhalten,
wird die im ersten Kompressor verdichtete Luft in den zweiten Kompressor 2o, 21
geleitet, der die mit wechselndem Druck eintretenden Luftmengen weiter verdichtet,
und zwar durch die Flügel 22, die in bezug auf die Flügel i9 der zu erzielenden
höheren Kompression entsprechend gestellt sind. Die Höhe des Druckes und die Druckluftmenge,
die zur Einführung des Breilnstoffes und zur Zerstäubung desselben benutzt wird,
läßt sich durch Einstellen des Hahnes 31 (A'bb. 3) ändern.
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Bei Anwendung der Erfindung auf Viertaktnrotoren ergibt sich .die
Möglichkeit, auch bei niedererDrehzahl denKompressionsdruckhoch zu halten und dementsprechend
bei niederer Drehzahl den Wirkungsgrad günstig zu gestalten. Zugleich wird bei Viertaktmotoren
ermöglicht, die Zylinderfüllung zu steigern, also den Motor zu überladen. Statt
des Saughubes tritt die vom Kompressor gelieferte Ladung in den Zylinder, die zugleich
zur Säuberung des letzteren von den Verbrennungsgasen verwendet «erden kann.