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Explosionskraftmaschine mit Drehkolbenkompressor, Es ist bekannt,
Explosionskraftmaschinen, und zwar sowohl Viertakt- wie auch Zweitaktmotoren, in
Verbindung mit einem Drehkolbenkompressor arbeiten zu lassen. Bei Viertaktmotoren
hat bisher der Drehkolbenkompressor z. B. die Aufgabe erhalten, Zusatzluft in die
Zylinder einzuführen; bei Zweitaktmotoren dient der Kompressor zur Lieferung der
Spülluft und Zerstäuberluft.
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Gemäß der Erfindung wird der Kompressor mit Steuereinrichtungen versehen,
um den Kompressor als Anlaßvorrichtung, als
Bremsvorrichtung oder
für die Zwecke der Umsteuerung verwenden zu können.
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Zu diesem Zweck ist zwischen der Druckseite und der Ansaugseite des
Kompressors eine durch ein oder mehrere Abschlußorgane gesteuerte Verbindung hergestellt,
welche die Rückgewinnung der Energie durch Rückleitung der verdichteten Luft auf
die Saugseite, des ferneren die Regelung der Menge der verdichteten Luft (Gasluftgemisch)
ermöglicht, «-elche entweder in die Zylinder oder in einen zum Bremsen und Anlassen
dienenden Druckluftbehälter oder zur Betätigung von Radbremsen, Kupplungen, Signalpfeifen,
Kippvorrichtungen, für die Speisung einer Reifenpumpe o. dgl. weitergeleitet werden
kann.
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Der Erfindungsgegenstand ist auf der Zeichnung in mehreren Ausführungsformen
veranschaulicht.
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Abb. i zeigt im Schnitt eine Ausführungsform des Kompressors zum Anlassen
und Bremsen des Motors; Abb. 2 ist der Schnitt einer weiteren Ausführungsform des
Kompressors für umsteuerbare Motoren, z. B. für Schiffsmotoren mit gleichem Wirkungsgrad
für Vor- und Rückwärtsgang Abb. 3 und 4. sind vergrößerte Schnitte nach den Linien
1-I und II-11 der Ab b. 2.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i und 2 dreht sich innerhalb
des zylindrischen Gehäuses 14, das exzentrisch zur Achse der Kurbelwelle angeordnet
ist, ein auf der Kurbelwelle 2 der Explosionskraftmaschine befestigter Ring 8, welcher
zugleich als Schwungrad wirkt, und in dem mittels drehbar gelagerter Zapfen 9 Flügel
io radial verschiebbar angeordnet sind. Die Zahl der Flügel entspricht der Anzahl
der vom Kompressor zu beliefernden Zylinder. Jeder Flügel io besitzt ein Gleitstück
ii, das in einer kreisförmigen _Nut 12 des festen Gehäuses 14 geführt ist. Der :!Mittelpunkt
des Gehäuses und der Nut 12 liegt unterhalb der Achse der Kurbelwelle 2, so daß
beim Drehen des Ringes 8 die Flügel i o radial nach außen bzw. nach innen zum Schwungring
8 bewegt werden. Die Flügel i0 gleiten mit ihren äußeren Enden bei den dargestellten
Ausführungsformen an der Innenwandung der Einsatzbüchse 30 (Abb. i) bzw. 36 (Abb.
2). Sie fördern die zum Aufladen, Überladen oder Spülen der Zylinder nötige Luft.
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Die Einsatzbüchse 3o bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. i, welche
mit je einem Einlaßsehlitz und einem Auslaßschlitz versehen ist, ist einstellbar
angeordnet, um eine veränderliche Förrlerinenge bei Gleichhaltung de's Kompressionsenddruckes
zu erzielen.
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Der Kompressor nach Abb. i ist so ausgebildet, claß er nicht nur Druckluft
zum Laden, 1_@berladen, Spülen und Einspritzen des Brennstoffluftgemisches, sondern
auch Druckhift für Anlassen und Bremsen des Motors liefert. Zu diesem Zweck ist
im Gehäuse des Kompressors ein Dreiwegehahn 3i angeordnet, der eine Leitung 33 beherrscht,
die nach einem Druckluf tbehälter So führt, in den Druckluft für verschiedene Zwecke,
z. B. Bremsen des Wagens us.-,v., eingelassen werden kann. An dein Gehäuse ist ferner,
und zwar an der Saugseite des Kompressors, ein zweiter Dreiwegehahn 35 vorgesehen,
der die Zuleitung zum Kompressor sowohl z,%?#ecks Einsaugens von Luft aus der äußeren
Luft als auch zwecks Anlassens des Motors mit dem Druckluftbehälter 5o in Verbindung
setzen kann. Bei Verwendung des Kompressors als Anlaßvorrichtung läßt man Druckluft
auf die
Flügel des Kompressors wirken. Wird die Ansaugseite des Drehkolbenkompressors
initels des Dreiwegehahnes 35 in Verbindung finit dein Druckluftbehälter 5o gebracht,
so kann die Druckluft beim öffnen des Hahnes in das Kompressorgehäuse strömen und
auf den ersten Flügel wirken, während der Hahn 35 die Saugleitung schließt. Bei
mehreren Flügeln io wirkt die Druckluft mit dem Unterschied der beiden Flächen auf
die größere Fläche und bringt dadurch die Kurbelwelle i n Drehung. Wenn die beiden
Druckflächen der Flügel gleich groß sind, d. h. symmetrisch zur Mittellinie, so
ergibt sich keine nützliche resultierende Drehkraft mehr. Es wird deshalb die Druckluft
durch einen anderen Haha, der mit dem ersten durch Gestänge verbunden ist und offen
ist, abgeführt. Schon vorher wirkt die Luft auf den nachkommenden Flügel, so daß
ein stetig wirkendes Drehinoment entsteht.
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Diese Anordnung hat den Vorteil gegenüber den bekannten Kolbenkompressoren,
bei denen der von der Druckluft beaufschlagte hin und her gehende Kolben mittels
der Schubstange auf die Kurbelwelle wirkt, daß die Kraftübertragung ohne große Verluste
stattfindet, Lind zwar auf einen im Verhältnis zum Kurbelradius des Arbeitszylinders
bedeutend größeren Hebelarm, so daß ein 6- bis ;fach geringerer Druck notwendig
ist. Anstatt Druckluft kann komprimiertes Gasluftgemisch beim Anlassen verwendet
werden, in welchem Falle das abströmende Gemisch in den Saugkanal zurückgeführt
wird.
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Bei Verwendung als Motorbremse wird die Druckseite des Drehkolbenkompressors
mittels des Dr eiwegehähnes 31 mit dein Druckluftbehälter 5o in: Verbindung gesetzt,
so daß die Arbeit des Motors zur Erzeugung von Druckluft benutzt wird, die entweder
zum Spülen der Zylinder oder durch Überleiten in
einen nicht dargestellten
Sammelbehälter u. dgl. für andere Einrichtungen, wie z. B. Hinterraddruckluftbremsen,
Druckluftkupplung, Reifenpumpe, Signalpfeifen, durch Druckluft bewegte Kippvorrichtungen,
Aufhängung u. dgl. benutzt wird. Die Vorteile dieser Anordnung bestehen im Verhältnis
zu den bekannten Motorbremsen, bei denen die Arbeitskolben Luft ansaugen und kompriinieren,
hauptsächlich darin, daß die Komponenten und Verluste der Kolben und Schubstangen
wegfallen, und daß, da der Radiitis der Flügel bedeutend größer ist als der Kurbelradius,
das gleiche Bremsmoment ebenso wie die Anlaßkraft mit 6- bis 7fach geringerem Druck
erreicht wird. Mit geringem Druck und größerem Radius ist die Bremse elastischer.
Das Bremsen kann auch noch beim Überströmen in den Druckluftbehälter mittels Drosselung
der Luft durch den Hahn 31 erfolgen, da ja beim Bremsen keine Spülung oder nur in
verringertem Maße notwendig ist.
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War der Druckluftbehälter So schon vorher gefüllt, so kann ebenfalls
dadurch gebremst werden, daß die Bremsluft in den Arbeitszvlinder mit höherem Druck
eingeführt wird, wobei die Bremsluft unter Umständen zugleich als Spülluft wirkt.
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Zum Umsteuern desotordie in den Abb. 2 bis .4 gezeichnete Einrichtung
vorgesehen. Die Einrichtung weist einen Verteilerhahn .Io auf, der in die Frischluft
zuführende oder vom Vergaser kommende Leitung 41 eingebaut ist. Der Hahn d.o beherrscht
zwei im Kompressorgehäuse vorgesehene, um 9o° versetzt zueinander angeordnete Leitungen
.I2, 43; er besitzt einen mit der Saugleitung .lt in Verbindung stehenden Überleitungskanal
.44 und zwei um r8o° zueinander versetzte Ausströmöffnungen 45 und 4.6, die das
Kompressorgehäuse mit den Zylindern in Verbindung bringen. Zum Verstellen des Hahnes
q.o kann eine an sich bekannte, in der Zeichnung nicht dargestellte Vorrichtung
vorgesehen werden. Ist der Hahn :Io in die in der Abb. 2 gezeichnete Lage gebracht,
so wird die Luft durch die Kanäle :4i, .Lq., .I2 und durch die Schlitze 37 der Verteilerbüchse
36 angesaugt, und zwar sind diese Schlitze so in der Büchse 36 angeordnet, daß bei
der veranschaulichten Stellung der maximale Füllungsgrad des zwischen zwei Flügeln
eingeschlossenen Volumens erreicht werden kann. Dieser von zwei Flügeln eingeschlosseneWinkel
ist mita bezeichnet. Auf derKompressionsseite dürfen die Austrittsschlitze 38 in
der Verstellbüchse 36 erst frei werden, wenn die Kompression im Innern den nötigen
Druck erreicht hat. was im vorliegenden Falle dann zutrifft, wenn der vordere komprimierende
Flügel die durch den Winkel ß bezeichnete Lage III erreicht hat. Die Spülluft wird
nun, nachdem der nötige Druck erreicht ist, durch die Schlitze 38 der Büchse und
durch den Schlitz 46 im offenen Verteilerhahn d.o zu den Arbeitszylindern geführt,
wenn die Flügel im Sinne des Pfeiles der Abb. 2 kreisen. Zur Umsteuerung ist es
notwendig, den Verteilerhahn d.o aus der Stellung I in die Stellung 1I zu drehen
und die Verteilerbüchse 36 im Sinne des zu erreichenden Drehsinnes von u-ß zu verschieben,
und zwar von Stellung III auf Stellung IV. Das Ansaugen findet nunmehr auf der rechten
Seite statt und das Austreiben auf der linken Seite. Die verdichtete Spülluft wird
dann durch die zweite Offnung 45 im Verteilerhahn 4o zu den Arbeitszylindern gelangen.
Bei dieser Anordnung hat der Drehkolbenkompressor den gleichen Wirkunsgrad im Rückwärts-,
gange
wie im Vorwärtsgange und dementsprechend auch der Motor, da er die gleiche Ladung
erhält. Die beiden Hebel des Verteilerhahnes .4.o und der Büchse 36 können verbunden
werden, so daß die Umsteuerung mit einem einzigen Hebelgriff bewirkt wird. Beim
Drehen des Verteilerhahnes von Stellung I auf Stellung 1I wird der Kompressor vorübergehend
gedrosselt, so daß der Kompressor als Motorbremse wirkt. Es wird in diesem Falle
die Drehzahl des Motors selbsttätig auf die für die Umsteuerung geringe Drehzahl
gebracht.
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Um den neuen Motor z. B. als Flugzeugmotor mit Erfolg auch in größerer
Lufthöhe verwenden zu können, werden die Abmessungen des Kompressors so gewählt,
daß er auch bei maximaler Flughöhe bei stark verdünnter, Luft den Zylindern die
zur Maximalleistung notwendige Luftmenge oder Brennstoffluftgemisch unter entsprechendem
Druck zuführt. Die Füllung der Zylinder wird dadurch für niederen Flug zu groß,
doch kann dies durch Verwendung des Überschusses an Spülluft für andere Zwecke (z.
B. Aufspeicherung der Energie für Bremszwecke) oder durch Überleiten des Überschusses
an die Ansaugseite des Kompressors usw. leicht ausgeglichen werden. Soll ein Flugmotor
beispielsweise ein Zvlindervolumen von z 1 erhalten, so soll ydas zwischen zwei
Flügeln geförderte Volumen des Kompressors ungefähr 31 betragen, die jeweils vom
Kompressor komprimiert werden. Durch einen Umlaufkanal mit Hahn wird nun bei normaler
Flughöhe wenig über der Erde ein Drittel, also z 1 dem Zylinder zugeführt, während
-zwei Drittel der Fördermenge auf die Saug-@eite des Kompressors geleitet werden
und Gort durch ihre Expansion auf die Flügel ihre Energie mit kleinstem Verluste
wieder abgeben. In höherer Fluglage wird je nach
der Höhe derselben
die Fördermenge des Kompressors so geteilt, daß der Motor immer seine vollkommene
Leistung beibehält wie auf der Erde, trotz der Verdünnung der Luft, bis zur vollständigen
Zuführung der ganzen Fördermenge der Spülpumpe zu den Arbeitszylindern.
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Die Ausführung des Kompressors gleicht hierbei im wesentlichen dem
Kompressor zum Anlassen und Bremsen des Motors (Abb. i), jedoch mit Ausschaltung
des zwischen den beiden Hähnen 35 und 31 befindlichen Druckbehälters 5o.