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1Vlehrzylindriger Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft einen
Motor, bei dem das zu verbrennende Gasluftgemisch oder die zu verbrennende Luft
vorher komprimiert wird. Die Vorkomprimierung erfolgt in einem geschlossenen, allen
Zylindern gemeinsamen Kurbelkasten. Bekannt ist es, bei einem Dreizylindermotor
das Gemisch von zwei Kolben vorzukomprimieren. Demgegenüber wird gemäß der Erfindung
das Gasluftgemisch in einem allen Zylindern gemeinsamen Kurbelkasten von dem Kolben
aller Zylinder vorkomprimiert und darauf einem Zylinder bzw. einer Gruppe von Zylindern
zugeführt. Beispielsweise würde bei einem Sechstaktmotor mit drei, sechs oder neun
Zylindern das Gasluftgemisch nach vorheriger Komprimierung so zugeführt werden,
daß es bei drei Zylindern immer nur in einem Zylinder, bei sechs Zylindern in zwei
und bei neun Zylindern in drei Zylinder fließt.
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Man erhält dadurch eine außerordentlich starke Verdichtung. Der Steuerungsantrieb
der Motorzylinder wird derartig bewirkt, daß beispielsweise bei einem Sechstaktmotor
mit Gruppen von drei Zylindern das vorher im Kurbelgehäuse oder den Zylindern kompri-.
mierte Gemisch nur auf einmal in einen dieser Zylinder strömt, so daß diese ihre
Arbeit abwechselnd leisten können. In gleicher Weise kann auch das Gemisch bei einem
Viertaktmotor mit Gruppen von zwei Zylindern vorverdichtet werden. Das zu verbrennende
Gemisch oder die zu verbrennende Luft wird auf diese Weise einer vorherigen hohen
Kompression unterworfen, und die Zylinder werden mit einer verstärkten Ladung gefüllt.
Die Leistungsfähigkeit wird infolgedessen bedeutend erhöht, Weiterhin können gemäß
der Erfindung Motoren mit mehreren Zylindergruppen derartig ausgeführt werden, daß
die Explosionen in aufeinanderfolgenden Takten stattfinden, während die Motorwelle
eine ganze Umdrehung ausführt.
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Der Erfindungsgegenstand ist in beispielsweiser Ausführungsform in
der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Abb. i eine Seitenansicht und einen Vertikalschnitt
durch einen Verbrennungsmotor mit drei Zylindern oder mit Gruppen von drei Zylindern,
Abb. 2 in schematischer Weise eine Ausführungsform mit vier Zylindern und Abb. 3
einen Vertikalschnitt einer dritten Ausführung.
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Wie Abb. i zeigt, bezeichnen x, 2 und 3 drei Motorzylinder, welche
in einer Gruppe angeordnet sind. Mit 5 sind die Kolben dieser Zylinder bezeichnet.
q. ist die Hauptwelle und 6 die Hilfswelle. Die Kurbel 7 und 8 dieser Wellen sind
zueinander parallel und von gleicher Länge und durch einen Querbalken 9 miteinander
verbunden. Pleuelstangen io verbinden die Kolben 5 mit diesem Querbalken. Um die
Massenwirkungen der Kurbeln 7 und 8 und des Querbalkens 9 aufzuheben, bringt man
Gegengewichte 11 auf den Wellen q. und 6 an.
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Gemäß der Erfindung arbeiten die Kurbeln 7 und 8 in einer geschlossenen
Kammer 12, welche den Zylindern i, 2 und 3 gemeinsam ist und in welche ein drehbarer
Schieber 13 oder ein Ventil von irgendwelcher geeigneten Art zu gewissen Zeitpunkten
Gasluftgemisch eintreten läßt. Während die drei Kolben 5 nacheinander ihren absteigenden
Lauf ausführen, komprimieren sie das in das Gehäuse 12 der Zylinder eingetretene
Gasluftgemisch. Da das Kurbelgehäuse für den mittleren Zylinder infolge Führung
der Pleuelstangen an einem gemeinsamen Querbalken entbehrlich ist, und da das Kurbelgehäuse
des ersten und dritten Zylinders nicht wesentlich größer ist als das Kurbelgehäuse
eines gewöhnlichen Zylinders, muß das Kurbelgehäuse der Gesamtzylinder kleiner sein
als das Kurbelgehäuse dreier gewöhnlicher Zylinder. Das brennbare Gemisch, welches
in der Kurbelkammer 12 von den drei Kolben 5 komprimiert wird, tritt in einen Umführungskanal,
der von der Kammer 12 ausgeht und sich in die einzelnen Zylinder verzweigt. Die
Steuerung ist so eingerichtet, daß das Gemisch durch die an den Zylindern vorgesehenen
besonderen Ventile jedesmal nur in einen der Zylinder 5 gelangt.
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Die Vorgänge bei einem Sechstaktmotor wiederholen sich genau in jedem
der Zylinder. Die Arbeitsweise der Maschine ist folgende Wenn die Kolben aus der
unteren Lage ihren aufsteigenden Lauf beginnen, wird durch den Schieber 13 das Gasluftgemisch
eingelassen, welches alsdann die Kammer 12 ebenso wie die unteren Teile der Zylinder
i, 2 und 3 vollständig füllt. Wenn die Kolben 5 alsdann im ersten Takt ihren absteigenden
Lauf ausführen, komprimieren sie das brennbare Gemisch in der Kammer 12, welche
allen Zylindern gemeinsam ist. Die Stellungen, welche von den an den Zylindern vorgesehenen
Scheibenventilen eingenommen werden, sind derart
gewählt, daß das
Gemisch, welches vorher komprimiert wird, der Reihe nach in die Zylinder eingelassen
wird. In Abb. x ist die Stellung des Ventils für den Zylinder 2 so, daß das vorher
komprimierte Gemisch in diesen Zylinder eindringen kann. Während des darauffolgenden
aufsteigenden Ganges der Kolben unterbricht das Ventil die Verbindung zwischen dem
Zylinder 2 und dem Umführungskanal von der Kammer r2 aus. Infolgedessen wird beim
zweiten Takt das brennbare Gemisch in. dem Zylinder komprimiert, und es entzündet
sich in diesem am Ende des zweiten Taktes bzw. im Beginn des dritten Taktes. Im
Augenblick, wo die Kolben ihren darauffolgengen absteigenden Gang (dritter Takt)
vornehmen, vollzieht sich also in dem Zylinder 2 eine Explosion und eine Expansion.
Während des darauffolgenden ansteigenden Laufes- der Kolben im vierten Takt hat
sich das Ventil etwas gedreht und eine Öffnung freigegeben, so daß die in dem Zylinder
2 verbrannten Gase durch einen Austrittkanal entweichen können. Wenn darauf die
Kolben im fünften Takt ihren absteigenden Lauf vornehmen, wird eine weitere Öffnung
des Ventils freigegeben, welche in Verbindung mit der freien Luft steht, so daß
frische Luft in. den Zylinder 2 gelangt. Diese Luft sowie die Rückstände der verbrannten
Gase der Zylinder 2 werden von dem Kolben 5 während des dritten aufsteigenden Laufes
der Kolben herausgetrieben. Während dieses aufsteigenden Laufes der Kolben im sechsten
Takt wird der Zylinder durch das Ventil mit einer anderen Öffnung verbunden, die
wiederum in die umgebende Luft mündet. Daraus ergibt sich, daß der Zylinder 2 vollständig
gereinigt wird bevor die folgende Ladung von verbrennbarem und vorher komprimiertem
Gemisch wieder eintritt. Das ist von großer Wichtigkeit, denn die neue Ladung kann
sich auf diese Weise niemals zu früh am Ruß oder an ähnlichen Rückständen im Zylinder
entzünden, wodurch das Gemisch in den Kurbelkasten r2 zurückgetrieben und eine Explosion
des Motors herbeigeführt würde.
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Die Explosion vollzieht sich abwechselnd in den drei Zylindern. Die
Vorgänge spielen sich in folgender Weise ab
| Zylinder i Zylinder a Zylinder 3 |
| Explosion, Gemischfüllung, Eintritt frischer Luft, |
| Austritt der Gase, Kompression, Vollständiges Ausschieben, |
| Eintritt frischer Luft, Explosion, Gemiscbfüllung, |
| Vollständiges Ausschieben, Austritt der Gase, Kompression, |
| Gemischfüllung, Eintritt frischer Luft, Explosion, |
| Kompression. Vollständiges Ausschieben. Austritt der Gase. |
Bei dem absteigenden Lauf der Kolben vollzieht sich eine Explosion in einem der
Zylinder. Infolgedessen sind die Kurbelwellen und die Motorwelle bei jedem absteigenden
Lauf der Kolben der Einwirkung der Explosion unterworfen. . Da jeder Zylinder sich
mit einem verbrennbaren Gemisch füllt, welches vorher mit durch einen verhältnismäßig
hohen Druck komprimiert ist, d. h. da das brennbare Gemisch sich in verhältnismäßig
großer Menge in den Zylindern befindet, kann man das einer bestimmten Zahl von Pferdestärken
entsprechende Volumen dieser Zylinder ganz bedeutend vermindern. Gemäß der Erfindung
kann man also einen dreizylindrigen Motor herstellen, indem man ihm weit geringere
Abmessungen gibt als den bekannten Motoren, welche für dieselbe Leistung gebaut
sind.
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Man kann mehrere Gruppen von drei Zylindern aneinanderreihen. Man
stellt alsdann den sechs- oder neunzylindrigen Motor derartig h:r, daß eine Explosion
in 2, 3 und sofort während jedes absteigenden Laufes der Kolben eintritt. Man kann
gleichfalls zwei Zylinder oder eine paarweise Anzahl von diesen verwenden. Diese
Zylinder arbeiten alsdann im Viertakt, und die Explosion vollzieht sich in zwei
und drei usw. Zylindern während jedes absteigenden Laufes der Kolben.
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Es lassen sich andererseits auch zwei Gruppen von Zylindern oder mehr
vorsehen, die eine hinter der andern angeordnet werden und auf dieselbe Welle 4
zur Einwirkung kommen.
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Die Abb. 2 zeigt in schematischer Weise eine Gruppe von vier Zylindern
39, 40, 41 und 42. Die Pleuelstangen =o sind an dem Querbalken g der Kurbeln
7 und 8 befestigt. 4 und 6 bezeichnen die Wellen. Der Motor arbeitet als Viertaktmotor,
und die Explosionen vollziehen sich in je zwei Zylindern 39,
41: und 40, 42
während jedes absteigenden Laufes der Kolben. Man gibt entsprechend den Zylindern
39, 40, 41 und 42 dieselbe geneigte Lage. Außerdem sind die den Kolben gegebenen
Stellungen und die Befestigung der Kurbelstangen to an den Querbalken g derartig
gewählt, daß, wenn die Kurbeln 7 und 8 die in der Zeichnung bezeichnete Stellung
einnehmen, die Explosion beispielsweise zuerst in dem Zylinder 39 erfolgt.
Wenn die Kurbeln in der durch die Pfeile bezeichneten Richtung sich drehen und die
in 71 und 81 in punktierten Linien bezeichnete Lage einnehmen,
erfolgt
die Explosion in dem Zylinder 47 ein wenig später als diejenige des Zylinders 39.
Die Kurbeln führen alsdann eine vollständige Umdrehung aus. Im Augenblick, wo sie
wieder die ursprünglichen Lagen einnehmen, erfolgt die Explosion im Zylinder 42
ein wenig früher als diejenige im Zylinder 40. Letztere erfolgt, wenn die Kurbeln
die Lagen 71 und 81 einnehmen. Infolgedessen erhält man einen Antrieb bei jeder
Umdrehung der Kurbel. Wenn der Motor mehrere Zylindergruppen umfaßt, die hintereinander
angeordnet sind und auf dieselbe Welle einwirken, können sich die Antriebe, indem
man den Kurbeln zu diesem Zweck bestimmte Stellungen gibt, gleichmäßig über den
ganzen von den Kurbeln beschriebenen Lauf verteilen, indem sie so sehr nahe aufeinanderfolgen.
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Die in Abb. 2 gezeigte Ausführungsform der Erfindung kann mit einer
verschiedenen Anzahl von Zylindern versehen werden. In dem Motor nach Abb. 2 wird
das brennbare Gemisch durch Ventile 43, 44, 45 und 46 angesaugt, welche in Gruppen
an abgezweigten Kanälen der gemeinsamen Umführungskanäle 47 und 48 sitzen. Man kann
auch durch ein an Brennstoff reiches Gemisch in die Zylinder einspritzen. Die bei
einem solchen Motor vorher in dem Kurbelkasten komprimierte Luft wird in den Zylindern
durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Kanal eingelassen, welcher mit
einem Steuerungsantrieb zu diesem Zweck versehen ist. Die im Kurbelkasten komprimierte
Luft wird immer in zwei Zylinder eingelassen. 49, 50, 51 und 52 bezeichnen die Ventile
für den Austritt der verbrannten Gase. Alle diese Ventile werden von einer Steuerung,
welche nicht in der Zeichnung dargestellt ist, geöffnet und geschlossen.
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Bei vierzylindrigen oder Mehrzylinder-Viertaktmotoren kann gemäß der
Erfindung zuerst während des Ansaugens nur frische Luft in jeden Zylinder durch
ein Ventil eintreten, um den Ruß o. dgl. auszulöschen, welcher sich in dem Zylinder
gegebenenfalls entzündet haben kann. Erst in dem Augenblick, wo der Kolben sich
ganz nahe seiner tiefsten Stellung befindet, läßt man in den Zylinder ein brennstoffreiches
Gemisch einströmen, welches vorher in der Kurbelkammer komprimiert worden ist.
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Die gemäß der Erfindung eingerichteten Motoren können auch im Zweitakt
arbeiten. In diesem Falle wird das brennbare Gemisch, welches in der allen Kurbeln
gemeinsamen Kammer enthalten ist, vorher durch eine Pumpe oder ein Gebläse zu einem
höheren Grade komprimiert als in einem Kurbelkasten, der für jeden Zylinder vorgesehen
wird. In diesem Falle strömt das komprimierte Gemisch gleichzeitig in sämtliche
Zylinder.
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Bei der Ausführung nach Abb. 3 wird das brennbare Gemisch und die
zu verbrennende Luft, welche in die unter den Kolben befindlichen Zylinderkammern
eingelassen wird, gleichzeitig vorher in den unteren Kammern der drei Zylinder 6o,
61 und 62 komprimiert. Das Gemisch kommt jedesmal durch die Kanäle 72, 73 und 74
und durch entsprechend gelüftete und nicht in der Zeichnung dargestellte Ventile
in die Verbrennungskammer eines einzelnen der Zylinder auf ähnliche Art und Weise
wie bei dem in Abb. i dargestellten Motor. Die gemäß Abb. 3 ausgeführten Motoren
können wie diejenigen mit vier oder sechs Zylindern arbeiten. In diesem Falle baut
man sie entsprechend der Zahl der Motorzylinder, welche jede Gruppe umfaßt. Man
kann sie auch umändern, wie es durch den in Abb. i dargestellten Motor gekennzeichnet
ist, und sie auch so ausführen, wie es in Abb. 2 gezeigt ist.
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Bei all den verschiedenen Kombinationen werden die Zylinder derartig
angeordnet, daß sie für den Motor die beste Gleichgewichtslage ergeben. Wenn man
mehrere Zylindergruppen hintereinander anbringt, kann man den Motor so ausführen,
daß er nur eine oder mehrere Reihen von Zylinder wirken läßt.
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Die Motoren eignen sich besonders für Flugzeuge, denn die vorangehende
Kompression des brennbaren Gemisches oder der Luft ist erforderlich, wenn der Flug
sich in großer Höhe und in verdünnter Luft vollzieht.