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Steuerung für Explosionsmotoren. Die Erfindung betrifft eine Steuerung
für Explosionsmotoren mit freifliegendem Stufenkolben, der zur Erzeugung von Druckluft
dient, welche die Ventile steuert.
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Es ist bekannt, daß in Maschinen dieser Art keine außerhalb der Zylinder
liegenden Organe mechanisch mit dem Kolben verbunden sind, und es erscheint schwierig,
eine derartige brauchbare Verbindung vorzusehen, zumal die Hublänge der Kolben nicht
notwendigerweise gleichbleibend ist.
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Es sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt, bei welchen die
Ventile von Explosionskraftmaschinen durch Druckluft geregelt werden. Die im folgenden
beschriebene Erfindung bezieht sich auf eine. Einrichtung dieser Art, bei welcher
die durch die Maschine selbst oder durch einen Hilfsluftkompres#-or erzeugte Druckluft
benutzt wird. Sie besteht in der eigenartigen Ausbildung des Antriebs von Einlaß-
und Auslaßventil.
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Eine Ausführungsform der Einrichtung, welche den Gegenstand der Erfindung
bildet, wird nachstehend beschrieben und ist in den Zeichnungen dargestellt.
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Abb. i ist eine schaubildliche Ansicht des Motorkompressors.
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Abb. 2 ist eine schematische Darstellung des Steuerungssystems.
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Abb. 3 und' -l zeigen die Stellung der Organe nach Abb. 2 in den verschiedenen
Phasen ihres Arbeitsganges.
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Der in Abb. i schematisch dargestellte Motorkompressor ist wesentlich
in folgender Weise eingerichtet Der Zylinder i liegt oberhalb des Pumpenzylinders
2, in dessen oberem Teil das Ansaugen und die Verdichtung der Luft stattfindet,
während sein unterer Teil mit der äußeren Luft in Verbindung steht. Ein unterer
Zylinder 3, der Gegendruckzylinder, steht ferner mit einem großen Behälter q. für
Druckluft in Verbindung, in welchem durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten
Regler der gewünschte Druck aufrechterhalten wird. Die Bohrung dieses Zylinders
3 ist etwas kleiner als diejenige des Zylinders r. Der gemeinsame Kolben 5 weist
daher drei verschiedene Querschnitte auf.
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Das frische Gemisch wird unter dem Druck des Behälters 4 in den Zylinder
i eingelassen, wenn der Kolben 5 sich am oberen Ende seines Hubes befindet. Dieses
Gemisch drückt den Kolben 5 während des ersten Teiles seines Hubes langsam nach
abwärts, infolge des Unterschiedes der Querschnitte der Zylinder i und 3. Die Explosion,
welche darauf erfolgt, bewirkt das Zurückdrücken der Druckluft aus dem Zylinder
3 in den Behälter q. und gleichzeitig das Ansaugen einer Luftmenge in die Pumpe
2. Sobald der Kolben seinen Abwärtshub beendet hat, wird er durch den Druck der
im Behälter q. befindlichen Druckluft nach aufwärts gedrückt. Er drückt dabei aus
dem Zylinder x die verbrannten Gase in die Außenluft und drückt die in der Pumpe
2 enthaltene Luft in den Behälter q, und der Arbeitsvorgang beginnt von neuem.
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Die Steuervorrichtung ist in Abb. 2 dargestellt. In dem erweiterten
oberen Ende des Explosionszylinders x ist ein beweglicher Kranz 6 konzentrisch angeordnet,
dessen Bohrung den gleichen Durchmesser hat wie der Zylinder und der mit einer Anzahl
von
schraubengangartig angeordneten Öffnungen 7 versehen ist. Dieser
Kranz hat einen gezahnten Flansch 8, mit welchem der Ritzel g in Eingriff steht,
der durch die mit gerilltem Kopf versehene Stange io angetrieben werden kann.
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In der Wand des Zylinders i und parallel zur Achse desselben ist eine
Bohrung ii vorgesehen, die als Zylinder für den Kolbenschieber i2 dient. Ein senkrechter
Kanal 13 und ein. wagerechter Kanal 14 dienen dazu, irgendeine der Öffnungen 7 mit
dem unteren Ende des Zylinders ii in Verbindung zu setzen, so daß durch Vermittlung
des Ritzels g eine dieser Öffnungen auf den senkrechten Kanal 13 eingestellt werden
kann. 15 ist das Einlaßventil.
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Das auf ungefähr 5 Atm. komprimierte Gemisch gelangt durch eine Leitung
16 in die Kammer 17, über welcher zwei Zylinder 18 und ig von verschiedenem Durchmesser
angeordnet sind, von denen der letztere durch den Deckel 2o abgeschlossen ist. Die
Stange 21 des Ventiles 15 trägt zwei Differentialkolben 22 und 23, die in den Zylindern
18 und ig gleiten. Der Kolben 22 ist von größerem Querschnitt als die Scheibe des
Ventiles 15, und der Kolben 23 ist von größerem Querschnitt als der Kolben 22. Auf
dem Kolben 23 sitzt eine gut abgedichtete durch den Deckel geführte Stange 24.
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Die Zündung des Gemisches erfolgt z. B. durch Unterbrechung eines
Primärstromes, der von der Feder 25 zur platinierten Schraube 26 fließt, so daß
beim Schließen des Ventiles 15 die Stange 24 die Feder 25 anhebt. Eine schräge Leitung
27 mündet im oberen Ende des Zylinders ig. Der ringförmige Raum, der zwischen dem
Unterteil des Zylinders ig und dem unteren Teile des Kolbens 23 entsteht, kann entweder
geschlossen oder durch eine enge Öffnung 28 mit der Außenluft in Verbindung gebracht
werden, um als Luftpuffer zu dienen, oder er kann auch weit offen sein.
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Das Auspuffventil 29 trägt eine Stange 30, die in einer gut abgedichteten
Führung 31 gleiten kann und am oberen Ende einen Kolbenschieber 32. trägt, der sich
in einem Zylinder 33 verschieben kann.
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Dieser Schieber 32 hat am oberen Ende einen Kolben 34 von kleinerem
Querschnitt, der in dem zur Außenluft geöffneten Zylinderdeckel 35 geführt ist.
Die untere Fläche des Schieberkolbens 32 ist mit einer Öffnung versehen, von der
aus ein Winkelkanal 36 zur Ringnut 37 des Zylinders 33 führt. In dieser Ringnut
mündet das untere Ende des obenerwähnten Kauales 27. In diese Ringnut 37 mündet
ferner ein Kanal 38. Ein Kanal 3g mündet ferner noch in den Zylinder 33 etwas oberhalb
des unteren Endes seines Bodens. Der obere ringförmige Raum des Zylinders 33 ist
durch einen Kanal 40 mit dem Behälter für Druckluft verbunden.
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Der Kolbenschieber 12 weist zwei verschiedene Querschnitte 41 und
42 auf und hat zwei ringförmige Nuten 43 und 44. In die Nute 43 kann einerseits
die Leitung 39 und anderseits eine Leitung 45 einmünden, die mit dem Behälter
4 für Druckluft in Verbindung steht. In die Nut 44 kann von der einen Seite der
Kanal 38 lind von der anderen Seite ein Kanal 46 münden, der mit der Außenluft in
Verbindung steht.
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Der Arbeitsgang dieser Vorrichtung ist folgender: Nachdem das Volumen
der Mischungsladung vorher bestimmt worden ist, dreht man mit Hilfe des Ritzels
g den Zahnkranz 6, um diejenige der Öffnungen 7 auf den Kanal 13 einzustellen, welche
vom Arbeitskolben 5 bei seinem Abwärtsgang genau in dem Augenblick freigegebcn wird,
wo die gesamte Ladung sich im Zylinder i befindet.
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Abb. 2 stellt die Vorrichtung in dem Augenblick dar, wo der Arbeitskolben
5 nach Beendigung des Aufwärtshubes bei der Scheibe des geöffneten Auspuffventiles
29 angelangt ist, das sich zu schließen beginnt. In diesem Augenblick ist das Einlaßventil
15 aus Gründen geschlossen, die weiter unten auseinandergesetzt werden sollen, und
der Kolbenschieber 12 befindet sich am unteren Ende seines Hubes.
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Wenn die Scheibe des Ventiles 2g dicht an ihrem Sitze angelangt ist,
gibt der untere Rand des Kolbenschiebers 32 den Kanal 39
frei. Die durch den
Kanal 45, die Nut 43 des Kolbenzylinders 12 und durch den Kanal 39
zugeführte
Druckluft dringt in den unteren Raum des Zylinders 33 ein, hebt den Kolbenschieber
32 an und vollendet so den Abschluß des Ventiles 29. Diese komprimierte Luft fließt
dann durch den Kanal 36, die Nut 37 und den Kanal 27 über den Kolben 23 und öffnet
somit das Einlaßventil 15, das sich sofort auf den Kopf des Kolbens 15 stützt. Der
Druck des Gemisches, welches durch das Ventil i5 in den Zylinder i eingedrungen
ist, hält plötzlich den Kolben 5 (Abb. 3) an, bevor er den Zylinderkopf berührt
hat, und bei weiterem Eindringen in den Zylinder i bewirkt dieses Gemisch dann den
Rückgang des Kolbens 5. Dieser Rückgang verursacht die Arbeitsbewegung des Kolbens
5, welche das vollkommene Öffnen des Ventiles 15 gestattet, worauf die Öffnung 7
freigegeben wird, welche der Menge des eingeführten Gemisches entspricht. Das komprimierte
Gemisch gelangt auf diese Weise durch die Kanäle 13, 14 unter den Kolbenzylinder
12 und hebt diesen an.. Durch diese Bewegung wird zuerst die Verbindung des Kauales
39 mit dem Behälter für die Druckluft unterbrochen und dann die
Leitung
38 durch die Nut 44 des Kolbenzylinders z2 und den Kanal 46 mit der Außenluft in
Verbindung gebracht. Der Druck des Frischgasgemisches, welches in den Zylinder i
durch das Ventil 15 gelangt, bevor der Kolben 5 ganz zur Berührung mit dem Zylinderkopf
I' gekommen ist, hält diesen Kolben an. Der Hub dieses Kolbens wird also nicht mechanisch
begrenzt und hängt von der guten Regelung der Öffnung des Einlaßventiles 15 ab.
Diese Einzelheit läßt sich jedoch nicht in den Abb. 3 und 4 darstellen.
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Die Druckluft, welche auf die obere Fläche des Kolbens 23 des Einlaßventiles
15 gedrückt hat, entweicht nun durch die Leitung 27, Nut 37, Kanal 36, Kanal 38,
Nut 44 und Kanal 46, und das Ventil 13 schließt sich wieder unter dem Druck des
durch den Kanal 16 einströmenden Gemisches, das dann allein auf die untere Fläche
des Kolbens 22 wirkt. Beim Aufwärtshub dieses Kolbens hebt die Stange 24 die Feder
25 an, wodurch der Stromkreis unterbrochen wird, und die Zündung erfolgt. Zur gleichen
Zeit hat sich der Druck im unteren Teile des Zylinders 33 verringert und ist gleich
dem atmosphärischen Druck geworden.
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Trotzdem bleibt das Auspuffventil 29 unter der Wirkung des Druckes
geschlossen, der auf dessen Scheibe wirkt, und zwar zuerst unter dem Drucke der
Mischung, welche den Zylinder füllt, und dann unter dem Drucke der Explosionsgase.
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Wenn der durch die Explosion . fortgetriebene Arbeitskolben 5 am unteren
Ende seines Hubes anlangt (Abb. 4), so verringert sich der Druck der verbrannten
Gase hinreichend, damit deren Wirkung auf die Scheibe des Ventiles 2o schwächer
wird als der Druck der Druckluft auf die ringförmige Oberfläche des Kolbenzylinders
23. Infolgedessen öffnet sich das Ventil 29, und die verbrannten Gase können in
die Außenluft entweichen. Zur gleichen Zeit und infolge des Druckes der Druckluft,
welcher auf die ringförmige Nut 44 wirkt, geht der Kolbenschieber i2 in seine niedrigste
Stellung zurück. Von diesem Augenblick an sind also alle Teile wieder zu einem neuen
Arbeitsgang bereit.
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Es ist klar, daß mit dieser Steuerungseinrichtung jeder Arbeitsgang
in dem Augenblick, wo er selber zu Ende geht, den unmittelbar folgenden Arbeitsgang
veranlaßt. Dank diesen pneumatischen Verriegelungen kann das Versagen eines Organes
niemals eine Gefahr verursachen, sondern lediglich den Stillstand der Maschine veranlassen.
Wegen der großen Geschwindigkeit des Kolbens, die sich aus der Arbeitsweise des
Motors ergibt, ist man dazu übergegangen, den Durchtrittsöffnungen für die Luft
größere Querschnitte zu geben und folglich eine Einrichtung von Mehrfachventilen
zu verwenden, sowohl für das Ansaugen als für das Ausstoßen der Luft in der Pumpe
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