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Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine
mit vorgeschalteter Ladepumpe, insbesondere jener Art, bei denen die Pumpe mit veränderlichem
Hub größere oder kleinere Ladungen nach einem Arbeitszylinder fördert, der mit einer
durch die Pumpe erhöhten Ladung arbeiten kann, wobei der Verdichtungsraum des Zylinders
entsprechend dem von der Pumpe gelieferten Ladegewicht eingestellt wird.
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Gemäß der Erfindung ist der Kolben der Ladepumpe an einen in einer
einstellbaren Führung sich bewegenden Gleitschuh oder ein gleichwertiges Mittel,
z. B. einen Hebel, angeschlossen, der durch einen Lenker o. dgl, von einer von der
Maschine aus angetriebenen Kurbelzapfen betätigt wird, während die Führung mit'
den "die Einstellung des Verdichtungsraumes des Arbeitszylinders bewirkenden Mitteln
(Verdrängerkolben, gegenläufige Kolben o. dgl.) verbunden ist.
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Sind zwei gegenläufige Arbeitskolben -vorhanden, so wird die Anordnung
so getroffen, daß einer dieser Kolben mit der Ladepumpe verbunden wird, derart,
daß durch ihn der Verdichtungsraum in dem Arbeitszylinder eingestellt wird.
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Das Verfahren, nach welchem eine Maschine gemäß der Erfindung arbeitet,
ist in Abb. r in einen Diagramm dargestellt, und zwar im Vergleich mit einem gebräuchlichen
Arbeitsverfahren nach dein Viertaktprozeß. Bei dem letzteren geht der Kurbelzapfen
beim Saughub durch den Halbkreis-A-B. In der Nähe von B wird der Verdichtungshub
ausgeführt, währenddessen der Kurbelzapfen durch den Kreisbogen B-C geht. Beim Zündüngs-
und Auspuffhub geht der Kolben durch die Kreisbögen D-E und E-E.
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Bei dem Verfahren, nach dem die Maschine gemäß der Erfindung arbeitet,
beschreibt der Kurbelzapfen beim Saughub den Halbkreis A-B. An der Stelle z beginnt
der Kolben der Ladepumpe eine zusätzliche Ladung eines Brennstoffluftgemisches anzusaugen.
In der Nähe des Punktes 2 ist der Saughub der
Pumpe beendet. Beim
Rückwärtshub treibt der Pumpenkolben die zusätzliche Ladung aus einem Zylinder in
den Arbeitszylinder, während der Kurbelzapfen ungefähr den Viertelkreis 2-3 durchläuft.
In der Nähe des Punktes 3 beginnt die Verdichtung, die sich fortsetzt, bis die Kurbel
ungefähr die Stelle 4 erreicht, worauf die Zündung, Verbrennung und Expansion auf
der Strecke D-E und der Auspuff auf der Strecke E-F erfolgt.
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Die Zeichnung stellt einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dar. Abb. 2 zeigt in einem senkrechten Schnitt eine Viertaktvierzylindermaschine,
Abb. 3 eine Zweitaktzweizylindermaschine, Abb. d. eine Maschine mit doppeltwirkendem
Kolben; Abb. 5, 6 und 7 zeigen eine Einrichtung zur Einstellung des Verdichtungsraumes,
und Abb. 8 ist eine Draufsicht zu Abb. 2.
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In Abb. 2 ist i ein Kolben, dessen Hub sich von Null bis zu einem
Höchstwert ändern läßt und der sich in einem Zylinder 2 bewegt. Dieser steht durch
Ventile 3 mit jedem Kraftzylinder in Verbindung. Von diesen ist einer, mit d. bezeichnet,
dargestellt; das zugehörige Ventilgehäuse ist mit 4A bezeichnet. 5 ist ein Ventil
in einer Leitung zum Zuführen eines brennbaren Gemisches und bzw. oder von Luft
nach (lein Zylinder 2. Das höchste Fassungsverniögen des Pumpenzylinders 2 eiltspricht
dem erforderlichen Verhältnis zu dein Fassungsvermögen des Kraftzylinders -4 und
zu dein Kreisprozeß.
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Die Stange 6 des Kolbens i ist finit einem Lenker 7 verbunden, der
an die Kurbel 8 angeschlossen ist. Diese wird durch ein Stirnrad g gedreht, das
mit einer Übersetzung von 2 : 1 von einem Stirnrad io angetrieben wird. Dieses sitzt
auf der Welle der Kurbel i i, die durch die Stange 12 mit dein Kraftkolben 13 verbunden
ist. Der Kolben i ist so eingestellt, daß er sich finit einer geeigneten Geschwindigkeit
in bezug auf den Kraftkolben 13 bewegt, d. h. wenn der letztere die Hälfte seines
Hubes zurückgelegt hat, beginnt der Kolben i seinen Hub. Damit der Kolben i von
Hand und bzw. oder selbsttätig durch z. B. eine entsprechende Einrichtung gesteuert
werden kann, ist das dem Kolben abgekehrte Ende der Kolbenstange 6 bzw. das eine
Ende des Lenkers 7 mit einem Schuh 14 versehen, der in einer Kurvenführung 15 gleitet,
die bei 16 zentrisch oder exzentrisch schwingbar gelagert ist, so daß sie auf verschiedene
Neigungswinkel eingestellt werden kann. Die Bewegung der Führung 15 erfolgt in Abhängigkeit
von der Einrichtung zur Änderung des schädlichen Raumes in dem Kraftzylinder. Zu
diesem Zweck ist an dem einen Ende 17 der Führung 15 eine Stange 18 angelenkt, die
mit einer Kurbel 1g auf der Welle eines Zahnrades 2o verbunden ist, das mit dem
Rad 2i am Ende der Welle 22 in Eingriff steht. Das obere Ende dieser Welle trägt
eine Schnecke 23, die mit einem Schneckenrad 24 in Eingriff steht. Auf der Welle
dieses Schneckenrades befindet sich ein Exzenter oder eine Hubscheibe 25, die in
Berührung ist mit dem Kolben 26 in der Verlängerung 27 des Zylinderkopfes.
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Bewegt sich die Führung 15 um ihren Schwingzapfen 16, so wird die
Stange i8, ebenfalls zusammen mit der Kurbel ig bewegt. Demzufolge drehen die Räder
2o und 21 durch die Welle 22 die Schnecke 23 und das Schneckenrad 2d., so daß die
Scheibe 25 den Kolben 26 in dem Zylinder 27 hebt oder senkt. Dies ist eine Ausführungsform
des bereits erwähnten Verdichtungs- oder Druckreglers. Er vergrößert oder verkleinert
den Raum hinter dem Kraftkolben 13. Der volle Hub des Kolbens i wird erhalten, wenn
die Führung 15 um den Zapfen. 16 nach der senkrechten Lage bewegt wird. Der Hub
nimmt dagegen ab und wird schließlich Null, wenn die Führung in eine wagerechte
Lage bewegt wird, in welcher der Lenker ; den Gleitschuh 14. und damit (las untere
Ende der Stange 6 hin und her schwingt. In Zwischenlagen der Führung ergeben sich
Hublängen von geeigneten Zwischenwerten.
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Die Anwendung der Erfindung bei einer zweizylindrischen, einfach wirkenden
Ztveitaktmaschine ist in Abb. 3 gezeigt. Die Ladung oder Ladungen werden durch ein
oder mehrere Ventile am Verbrennungsende des Zylinders eingelassen. Der Pumpenkolben
i und sein Zylinder 2 sind so angeordnet, daß. während eine Ladung durch das Ventil
5 eingesaugt wird, und zwar bei jedem Abwärtshub, eine zweite Ladung, die beim vorhergehenden
Aufwärtshub durch das Ventil A eingesaugt worden ist, in den Arbeitszylinder .4
gedrückt wird. Die Teile, welche zu der Ladepumpe und der Vorrichtung zur Einstellung
des Verdichtungsraumes gehören und mit i bis 27 bezeichnet sind, entsprechen denjenigen
der Abb.2. Die eigentliche Stange des Pumpenkolbens i bewegt sich in dem gescli!ossenen
Ende des Pumpenzylinders 2. Zwischen ihr und dem Lenker 7 ist eine Zwischenstange
6 eingeschaltet, deren Länge dem Bogen des Teiles 15 entspricht.
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Erreicht der Arbeitskolben 13 bei seinem Zündungshub ungefähr die
in Abb.3 dargestellte Lage, so hat der Pumpenkolben i einen Aufwärtshub ausgeführt,
wobei er eine Ladung in seinen Zylinder 2 einsaugt. Bei einer weiteren Abwärtsbewegung
öffnet der Kolben 13 den Auslaßkanal B und der Pumpenkolben beginnt seinen Abwärtshub;
wobei die obenerwähnte Ladung in den Zylinder 4 durch
den mit einem
Ventil versehenen Kanal A' und das Ventilgehäuse 4.A gedrückt wird.. Die verbrannten
Gase werden durch den Kanal B ausgestoßen.
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Diese Spülperiode setzt sich fort, bis der mit dem Arbeitskolben 13
verbundene Kurbelzapfen ungefähr einen Weg von 9o° zurückgelegt hat, d. h. also
auf der Strecke 6-7 des Diagramms nach Abb. i, An der Stelle l hat die Pumpe ihren
Abwärtshub - vollendet und eine zweite Ladung durch das Ventil 5 eingesaugt. Der
Arbeitskolben 13 hat nun den Auspuffkanal 13 abgeschlossen und beginnt bei .seiner
weiteren Aufwärtsbewegung mit der Verdichtung der in dem Zylinder 4 zurückbleibenden
Ladung. An derselben Stelle beginnt der Aufwärtshub des Pumpenkolbens, so daß die
zweite Ladung durch das Ventil 3 in den Zylinder q. gedrückt wird..- Erreicht der
mit dem Kolben 13 verbundene -Kurbelzapfen die Stelle 8, so hat der Pumpenkolben
seinen Aufwärtshub beendet. Diese Vorgänge wiederholen sich in derselben Weise bei
dem zweiten Arbeitszylinder. Am Ende des Aufwärtshubes des Pumpenkolbens an der.
Stelle 8 der Abb. i enthält der Pumpenzylinder eine bei diesem Hub angesaugte Spülladung,.
und der mit dem zweiten Arbeitskolben verbundene Kurbelzapfen ist bei dem Zündungshub
bis zur Stelle 6 gelangt: Dieser Kolben öffnet dann den Auspuff B, während der Pumpenkolben
beim Abwärtshub die Spülluft austreibt, wie es beim ersten Arbeitszylinder beschrieben
ist.
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Auf diese Weise wird der Überschuß der veränderlichen Spülladung,
die in den Zylinder .1 zwischen den Punkten 6 und 7 beim Abwärtshuu der Pumpe gefördert
worden-ist, ergänzt durch bzw. verbunden mit der zweiten veränderlichen Ladung,
die beim Aufwärtshub des Pumpenkolbens zwischen den- Punkten 7 und 8 zugeführt worden
ist. Der Verdichtungsraum wird dabei selbsttätig eingestellt wie bei dem Viertaktprozeß.
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Bei einer Maschine, die so angeordnet ist, daß entweder beim Abwärtshub
oder beim Aufwärtshub des Arbeitskolbens für gewöhnlich, d. h. beständig, z. B.
in das untere Ende des Zylinders eine Ladung eingesaugt wird, die beim Aufwärts-
oder Abwärtshub in der üblichen Weise durch einen mit einem Ventil versehenen Kanal
o. dgl. nach den -\,erbrennungsende des Zylinders übergeleitet wird, vollzieht sich
die Anfangsperiode dieser Überleitung in der folgenden Weise.
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Eine beim Abwärtshub des Arbeitskolbens angesaugte Ladung wird bei
dem Aufwärtshub überführt, der an der Stelle E (Abb. i) beginnt. Eine beim Aufwärtshub
des Arbeitskolbens angesaugte Ladung wird beim Abwärtshub teilweise verdichtet.
Die Auslösung für die Überleitung beginnt bei dem Punkt 6. Eine nach- dem Zweitaktverfahren
arbeitende Maschine kann so angeordnet werden, daß sie nach Belieben nach dem üblichen
Verfahren des: Auflädeng mittels der Arbeitskolben als: Ladepumpen unter Hinzufügung
von durch eine Pumpe gelieferten veränderlichen Ladungen arbeitet oder nur mit von-
einer Pumpe gelieferten veränderlichen Ladungen.
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Abb. q. zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer Maschine mit-
Doppelkolben. Hierbei wird die Veränderung des Verdichtungsraumes, wie bereits erwähnt,
durch einen der sich ständig bewegenden Kolben in jedem Verbrennungszylinder bewirkt
anstatt durch abwechselnd sich bewegende Kolben (wie z. B. Kolben z6 -in
Mb. 2 und .3): Die Teile i bis i9 arbeiten in derselben Weise wie in Abb.
2 und 3. -Der obere Kolben 13A ist durch den Zapfen? i mit der Stange 22
verbunden,-die. durch den Zapfen. 23 an den'Lenker 24 und den Hebel ä5 angeschlossen-ist.
, Der Lenker 24 ist mit.dem Kurbelzapfen gegenüber.demj enigen der Kolbenstange.
i 2 verbünden, und der Hebel 25 ist- bei 26 an- ein Zahnrad, eine Scheibe 2o o.
dgl. angelenkt, die auf einer horizontalen Welle angeordnet i_ st, welche auch die
Kurbel i9 aufnimmt, Wird der Zapfen 26 nach unten verschoben, so bewegt sich der
Kolben 13A mehr nach d;m oberen Ende des Kolbens r3 zu. Wird der Zapfen 26 dagegen
nach oben verschöben, so führt der Kolben 13Ä seine Hübe in einer entsprechend größeren
Entfernung von den oberen Ende.des Kolbens 13 aus. Auf diese Weise wird der Verdichtungsraum
zwischen den beiden Kolben 13 und 13A vergrößert oder verkleinert.- Da die Stange
18 und die Kurbel i9 mit der Achse des Teiles 2o verbunden sind, an welchem sich
der Zapfen 26 befindet, so entspricht die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Punktes
17 -an der Führung 15 der Verkürzung oder Verlängerung des Hubes des Kolbens 13A.
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Beim Betrieb einer Viertaktmaschine mit einer Ladepumpe kann ein Dreiweghahn
in der Haupteinlaßleitung nach den Kraftzylindern.vorgesehen sein, so daß die gewöhnliche
gasförmige Ladung abgesperrt und statt dessen eine Verbindung mit, einer Zuführleitung
für ,reine Luft hergestellt werden kann. Auf diese'-Weise können die Kraftkolben
reine Luftansaugen, während die Pumpe die Kraftzyliuder nur mit brennbaren Ladungen
versorgt: . -Es sind natürlich verschiedene Kombinationen und Abänderungen innerhalb
des Rahmens der Erfindung denkbar, von denen eine beispielsweise beschrieben werden
soll.
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Es ist vorher gezeigt worden, daß bei einem Zweitaktprozeß die Pumpe
zwei besondere
Ladungen nach jedem Arbeitszylinder während jeder
Umdrehung der Kurbel fördert, wobei eine Ladung zischen den Punkten 6 und 7 und
die zweite-Ladung von ,~ bis 8 (Abb.-i) geliefert wird. Daher können bei einem.Viertaktprozeß
finit beispielsweise vier einfach wirkenden Kraftzvlindern, die in der Reihenfolge
i, 3, 4, 2 zünden, ihre Einlaßventile bei üngefähr :45° vor der unteren Totlage
(annähernd die Lage des Punktes 6 in Abb. i) abschließen, und wenn die Pumpe (loppelt
wirkend ist, die folgenden Phasen eintreten. Nährend der Kolben 3 unmittelbar nach
der Beendigung seines Einlaßhubes von 6 nach 7 geht, wird sein Zylinder durch den
ersten Pumpenabwärtshub geladen, während sein Kolben sich von 7 nach 8 bewegt. Bei
dieser Periode hat der Kolben 4 den Punkt 6 bei seinem Ansaughub erreicht, so daß
der zweite Pumpenabwärtshub seinen Zylinder von 6 bis 7 auflädt. Beim zweiten P.umpenaufwärtshub
wird derselbe Zylinder von 7 bis 8 geladen. Bei dieser Periode hat der - Kolben
2 den Punkt 6 bei seinem Ansaughub erreicht, sein Zylinder ist durch den dritten
Pumpenabwärtshub gespeist. Der dritte Pumpenaufwärtshub speist wieder denselben
Zylinder von 7 bis B. Bei dieser Periode hat sich der Kolben i bei seinem Ansaughub
nach dem Punkt 6 bewegt und sein Zylinder wird folglich bei dein vierten Punipenabwärtshul)
von 6 bis 7 geladen. Beien vierten Pumpenaufwärtshub wird derselbe Zylinder wieder
zwischen 7 und 8 geladen.
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Die Stellung des Pumpenzylinders in bezug auf die Kraftzylinder ist
in Abb.8 veranschaulicht. Der Pumpenzylinder 2 liegt seitlich neben den Kraftzviindern
4, 4A, 4B, 4c. Andere Stellungen für den Pumpenzylinder sind bei 2,4 und
22 gezeigt.
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In Abb. 5 bis 7 sind verschiedene Ausführungen des beweglichen Kolbendruckreglers
(26 in Abb.2 und 3) dargestellt. In Abb. 5 ist der Kopf des Arbeitszylinders i mit
einer Scheibe oder einem Kolben 2 versehen, der eine Zahnstange 3 besitzt, die finit
einem Zahnrad 4 in Eingriff steht. Wenn dieses Rad gedreht wird, so hebt oder senkt
sich die Scheibe 2 in dein Verdichtungsraum oberhalb des Kraftkolbens.
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In Abb. 6 ist der Teil 2 der Abb. 5 ersetzt durch eine Büchse oder
einen Hohlkolben 2, der an seinem oberen Ende durch die Krone 2A geschlossen ist,
welche innen den Arbeitskol-ben 2B aufnimmt und sich nach unten über Blas
untere Ende des Arbeitszylinders i -hinaus erstreckt. In diesem Zylinder kann sie
teleskopartig vermittels einer Zahnstange c und eines Zahnrades 6 verschoben werden.
Die Büchse :2 besitzt einen Kanal 3, so daY eine dauernde freie Verbindung zwischen
den3 Ventilkasten 4. und dein Innern des Zylinders z besteht. Die teleskopartige
Bewegung des Teiles 2 (Abb. 5 und 6) ist ähnlich der Bewegung des Teiles 26 (Abb.
2 und 3), und in ähnlicher Weise ist die Achse des Rades 4 oder 6 (Abb. 5 und 6),
z. B. durch die Stange 18 und die Kurbel i9 (Abb. 2 und 3), mit dem Zapfen 17 der
Führung 15 verbunden. Eine Einstellung der letzteren hat daher eine Veränderung
des Verdichtungsraumes in dem Arbeitszylinder i zur Folge.
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In Abb.7 ist der Kopf des Arbeitszylinders i niit einer Reihe von
blinden bzw. an einem Ende geschlossenen Kanälen 2, 3 und 4 versehen, die durch
die Ventile 5, 6 und 7 abgeschlossen sind und fortschreitend durch Niederdrücken
der bei 9 schwingbaren Stange 8 nach dein Verdichtungsraum geöffnet werden können.
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Die Ventilanordnung für die Pumpen- und Kraftzylinder kann in einer
geeigneten bekannten Weise ausgeführt sein. Es kann auch ein einzelnes Einlaßventil
ini Verbrennungszylinder benutzt werden. Beispielsweise durch eine verschiebbare
Hubdaumen-%v eile können die Hauptzy linder einlaßv entile beim Schließen verzögert
werden, tun dem Ende der Pumpenladehübe zu entsprechen, wobei ein Rückschlagventil
die bereits eingeführte normale Ladung zurückhält.