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Srennkraftmaschine mit frei fliegendem Kolben Es sind Brennkraftmaschinen
mit frei fliegenden Kolben und in einem Führungszylinder axial beweglichem Arbeitszylinder
bekannt, dessen Bewegung zur Steuerung der Verteilungsorgane verwendet wird.
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Vorliegende Erfindung betrifft besondere Mittel zur Steuerung der
Ein- und Auslaßventile und des Magnetzünders während des Kompressionshubes.
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Auf der Zeichnung zeigt Abb. i einen Längsschnitt einer Kompressionsmaschine
entsprechend der Erfindung.
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Die Abb. 2 und 3 sind Schnitte in vergrößertem Maßstabe zur Erläuterung
der Vorrichtung zum Steuern der Ventile für die Verbrennungsluft des Kompressors.
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Die Abb. q. und 5 zeigen im Längsschnitt eine andere Steuervorrichtung
zur Verteilung der Verbrennungsluft mit Hilfe von Muffen. Bei einer Kompressionsmaschine
nach Abb. i, :4 und 3 lagert in einem feststehenden Hohlzylinder io mit glatter
Bohrung ein Zylinder i i, welcher in ersterem unter leichter Reibung hin und her
beweglich ist. Der Zylinder i i ist an beiden Enden durch dicht aufsitzende Bodenstücke
12 und 13 äbgeschlossen. Im Innern desselben gleitet dicht der Kolben 14.
Die dem Bodenstück 12 zugekehrte Seite des Kolbens nimmt den motorischen Impuls
auf; seine dem Bodenstück 13 zugekehrte Seite bewirkt die Verdichtung. Zu
diesem Zwecke ist das Bodenstück 12 mit zwei Kanälen 15 und 16 ausgestattet
mit entsprechenden Ventilen 17 und 18. Der Kanal 15 steht durch
das Schieberohr i9 in Verbindung mit dem Vergaser 2o; der Kanal 16 mündet frei nach
außen. Die Ventile 17 und 18 stehen unter dem Einfluß von Federn 21, 22, die sie
ständig auf ihren Sitz pressen. Deren Öffnung wird durch Kipphebel 23, 24 veranlaßt,
die durch Rollen 25, 26 und Daumen 27,:28 bewegt werden. Die Kipphebel 23
und 24 sind unter sich verschieden. Der Hebel 2q. veranlaßt den Eintritt der frischen
Luft und ist ein gewöhnlicher Winkelhebel; dagegen ist der Kipphebel z3 von besonderer
Gestaltung, wie Abb. 2 und 3 zeigen. An dem Hebel 23 ist eine Klinke 29 um eine
Achse 30 drehbar angebracht. An der Klinke sitzt auf dem Zapfen 3 1 die Rolle
25 auf. Die Klinke 29 endet in eine Nase 32, die ständig durch die Feder 72 auf
die Daumenschiene 27 aufgepreßt wird.
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An den Kipphebel. 23 setzt sich eine rohrförmige Verlängerung
33 an, die durch einen Gewindedeckel 34 verschlossen ist. Innerhalb der zylindrischen
Bohrung liegt ein kurzer Kolben 35, der außerhalb der Bohrung in
eine
dünnere Stange 36 endet, um welche eine Feder 37 herumgelegt ist. Auf dem festen
Gestell 41 der Maschine und in Verlängerung der Achse des Kolbens 35 lagert eine
Anschlagstange 38, welche durch die Feder 39 nach außen gedrückt wird. Die Stärke
der Feder ist so bemessen, daß der Druck, welchen sie auf die Stange 38 ausübt,
stets größer ist als derjenige der Feder. 37 auf die Verlängerung 36 des Kolbens
35. Die Feder 39 stützt sich gegen den Verschlußdeckel4o der Bohrung des Gestelles
41.
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Der Zylinder z i ist auf seinem Umfange mit Öffnungen 42 versehen
zum Auspuff der verbrannten Gase, die sich entsprechenden Öffnungen 43 des unbeweglichen
Zylinders io gegenüberstellen können. Diese letzteren Öffnungen münden in einen
Ringkanal, auf welchen das Auspuffrohr @[. aufgesetzt ist.
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Die Entzündung der Ladung erfolgt durch eine Zündkerze 45 im Boden
12 des beweglichen Zylinders, die durch einen Draht 46 mit dem Magnetzünder d.7
verbunden ist. Der Magnetzünder 47 ist fest auf dem Gestell der Maschine angebracht
und wird durch eine Klinke 48, die am Zylinder i i aufsitzt und mit diesem bewegt
wird, geschaltet.
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Auf der Kompressionsseite ist der Boden 13 mit Kanälen 49 versehen,
welche einerseits nach außen führen und andererseits mit dem Zylinderinnern in Verbindung
stehen. Selbsttätige Saugventile 5o gestatten den freien Eintritt der Luft in den
Zylinder, sobald auf der entsprechenden Seite durch die Bewegung de's Kolbens eine
Luftverdünnung entsteht. Der feststehende Lagerzylinder io trägt einen Aufsatz 5i
mit mehrfachen öffnungen 52, die durch selbsttätige Druckventile 53 verschlossen
gehalten werden, die unter dem Einfluß. von Federn 54 stehen. Der Aufsatz 51 ist
mit einem Druckbehälter 55 verbunden. Der Zylinder i i besitzt außerdem eine Reihe
von Öffnungen 56, welche mit den Öffnungen 52 des feststehenden Zylinders io in
Verbindung treten können.
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Um den Zylinder in seiner Mittelstellung, die der in Abb. i angegebenen
entspricht, festzuhalten, werden zwei Reihen von Federn 70, 71 verwendet, welche
sich gegen den feststehenden Zylinder io stützen. Falls aus irgendeiner zufälligen
Ursache der Zylinder i i eine anormale Bewegung ausführen oder sich aus der Mittelstellung
nach der einen oder anderen Seite herausbewegen sollte, so führen die Federn
70 und 7 1 ihn in diese selbsttätig zurück. In der Abb. i ist lediglich
eine Feder 70 und eine Feder 71
' sichtbar, obschon jede Reihe drei
derartiger Federn besitzt. Die beiden anderen Federreihen werden durch den Schnitt
entsprechend Abb. i nicht getroffen und sind infolgedessen nicht sichtbar.
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Die Maschine arbeitet in nachstehender Weise: Der Behälter 55 wird
mit Druckluft gefüllt, hierauf wird der Kolben 14 so eingestellt, daß eine rechte
Stirnfläche mit den Öffnungen 56 abschneidet, indem man beispielsweise eine Stange
durch die Öffnung des Bodenstückes r2, in welche die Zündkerze 55 eingesetzt -ist,
einführt. Der Zylinder wird so eingestellt, daß seine Öffnungen 56 die Öffnungen
des feststehenden Zylinders 53 überdecken. Nunmehr wird die Zündkerze 45 in den
Boden 12 eingesetzt, nachdem vorher flüssiger Brennstoff (Benzin) in das Zylinderinnere
eingespritzt worden ist. Durch eines der Ventile 53 läßt man dann Kompressionsluft
aus dem Behälter 55 durch die Öffnungen 52 des unbeweglichen Zylinders auf die Hinterseite
(Kompressionsseite) des Kolbens übertreten. Infolgedessen wird dieser heftig in
Richtung des Bodenstückes x2 zurückgeschleudert (Pfeilrichtung'57). Nachdem derselbe
die Auspufföffnungen 42 überschritten hat, verdichtet er kräftig die vor ihm befindliche,
mit Brennstoff geschwängerte Luft. Der bewegliche Zylinder i i hat durch die Druckluft
auch seinerseits einen Impuls erfahren, der ihn in Richtung des Pfeiles 58 bewegt.
Wenn der Kolben 14 an das Ende seines Hubes gelangt, so schaltet die Klinke 48 den
Magnetzünder 47. Es bildet sich ein Funke an der Kerze 45 und entzündet die Ladung.
Von diesem Augenblicke an arbeitet die Maschine in normalem Gang, und zum klareren
Verständnis seiner Arbeitsweise werden nachstehend die Vorgänge geschildert, die
zu beiden Seiten des Kolbens (der motorischen und der verdichtenden Seite) auftreten:
Betrachtet man die linke, die motorische Seite, so wird der Zylinder in Richtung
des Pfeiles 57 und der Kolben in Richtung des Pfeiles 58 bewegt. Bei dieser Bewegung
bringt der bewegliche Zylinder die Rollen 25 und 26 in das Bereich der Daumen 27
und 28. Der Daumen 27 v eranlaßt keine Ventilöffnung, weil der Kolbenkopf 35 die
in Abb. 2 dargestellte Stellung einnimmt, derzufolge die Klinke 29 mit dem Kipphebe123
nicht in Eingriff kommt. Dagegen legt sich die verlängerte Stange 36 des Kolbens
35 gegen die Anschlagstangef 38, und die Rolle steht dem Daumen z7 gegenüber. Da
die Feder 39 kräftiger wirkt als die Feder 37, so strebt der verstärkte Kopf 35
sich unter die Nase 32 der Klinke 31 zu schieben. Dies kann erst geschehen, wenn
die Rolle 25 den Daumen Passiert hat und sich dem flachen Teil der
Schiene
27 gegenüber befindet, wie dies in Abb. 3 dargestellt ist. Die Anschlagstange 38
beteiligt sich von nun an an der Bewegung der verlängerten Kolbenstange 36 und hält
ständig den Kopf 35 unter dem Zahn 32 fest.
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Der Daunen 28 bewirkt die Öffnung des Ventils 18, sobald der Zylinderkolben
14 mit seiner dem Boden 12, entsprechenden Stirnseite die Austrittsöffnungen 42
erreicht bzw. dieselben um ein. geringes überschritten hat. In diesem Augenblicke
sind infolge der Bewegung des Zylinders diese Öffnungen in ;" erbindung mit den
Öffnungen 43 des feststehenden Zylinders getreten.
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Der Auspuff findet somit in diesem Zeitpunkt durch den Stutzen
44 statt. An diesen ist ein mehrere Meter langes Rohr angesetzt, in welchem
die Auspuffgase expandieren und eine größere Geschwindigkeit annehmen. Deren Beharrungsvermögen
erzeugt im Innern des Zylinders in bekannter Weise ein genügendes Vakuum, um durch
die Leitung 16 eine große Menge Frischluft einzusaugen, welche das Innere des Zylinders
ausspült und die verbrannten Gase austreibt. Die Austrittsöffnungen 43 sind so bemessen,
daß sie während des ganzen Hin- und Herwegs, des Kolbens zwischen den Öffnungen
42 und dem Ende des Kolbenhubes offenbleiben. Der Daumen 28 bewirkt das Abheben
des Ventils 18 unter den gleichen Bedingungen, jedoch mit einer kleinen Verzögerung
in bezug auf die Freigabe der Öffnungen 42.
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Auf der Kompressionsseite ist der Vorgang folgender: Die sich entgegenbewegenden
Kolben und Zylinder bewirken zunächst die Verdichtung der Luft zwischen dem Kolben
und dem Bodenstück 13. Da diese Luft durch die Öffnungen 42 nicht austreten kann.
die erst nach Durchgang des Kolbens nach außen mit den Öffnungen 43 in Verbindung
treten, so wird sie in den Behälter 55 durch die Öffnungen 56 und 52 übergepreßt,
sobald der Druck stark genug geworden ist, um die Ventile 53 von ihrem Sitze abzuheben.
Gegen Ende seines Hubes wird die Bewegung des Kolbens gegen den Zylinder durch die
Luft gebremst, welche zwischen beiden eingeschlossen ist und so hoch verdichtet
wird, daß sie schließlich den Kolben an das andere Ende zurückschleudert.
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Nunmehr spielen sich folgende Vorgänge auf der linken motorischen
Seite des Kolbens ab: Der Kolben und der Zylinder werden durch die eingeschlossene
hochverdichtete Luft in entgegengesetzte Richtung (Pfeile 57 und 58) geschleudert.
Der Kolben drängt' den Rest der verbrannten Gase vor sich her; dabei werden sie
von dem durch das Ventil 18 eintretenden Strom frischer Luft durch die öffnungen
42 nach. außen gerissen.
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Kurz bevor der Kolben die Öffnungen 42 erreicht, schließt sich das
Ventil 18, wie bereits erwähnt wurde. Die Rolle 25 bewegt sich über den Daumen 27,
wobei der Kolbenhopf 35 durch die Anschlagstange in der in Abb.3 dargestellten Stellung
festgehalten wird. Das Ventil 17 hebt sich, und da ein bestimmtes Vakuum im Motor
infolge des Beharrungsvermögens der durch das Auspuffrohr austretenden Gase bestehenbleibt,
so tritt eine bestimmte, stark angereicherte Menge Luft in den Zylinder durch den
Vergaser 2o, das Schieberohr i9 und den Kanal 15.
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Diese stark vergaste Luft vermischt sich mit der durch den `Kanal
16 eingetretenen reinen Spülluft. Währenddessen überschreitet der Kolben die Öffnungen
42, die infolge der entgegengesetzten Bewegung des Zylinders nicht mehr mit Außen
in Verbindung stehen. Das Ventil 17 fällt sofort auf seinen Sitz zurück, und der
durch die Feder i7 beeinflußte Kolbenkopf 35, der von der Anschlagstange frei geworden
ist, tritt in die Stellung Abb. 2 zurück. Kolben 14 und Zylinder ii setzen ihre
Bewegung fort, verdichten die zwischen ihnen eingeschlossene Verbrennungsluft, bis
die Klinke 48 den Magnetzünder 47 schaltet und die Zündung der Explosionsmischung
v eranlaßt.
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Inzwischen spielen sich folgende Vorgänge auf der Kompressionsseite
des Zylinderkolbens ab: Zunächst expandiert die zwischen dem Kolben 14 und Zylinder
i i auf der dem Zylinderboden 13 zugekehrten Seite eingeschlossene Luft. Die gegenseitige
Entfernung beider Teile erzeugt ein schwaches--Vakuum; welches das selbsttätige
Öffnen der Ventile 50 bewirkt.
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Es tritt durch die Kanäle 49 Luft von außen in den Zylinder und füllt
diesen, bis im Augenblicke der Explosion die Bewegung aufhört. Die Anordnung der-
Ventile 5o in dem Zylinderboden 13 bietet, wie hier hervorzuheben ist, bestimmte
Vorteile. So erfolgt deren öffnen infolge ihrer Massenwirkung leicht bei der Beschleunigung
des Zylinders unter Einwirkung des Luftkissens. Dagegen fällt ihr Schluß mit dem
verhält-nismäßig plötzlichen Stillstand des Zylinders zusammen und mit seiner
heftigen Umkehr infolge der Explosion. Die plötzliche Beschleunigung bei Rückkehr
des Zylinders hat ein festes Aufpressen der Saugventile auf ihren Sitz zufolge und
damit einen äußerst raschen Abschluß der Kanäle 49.
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Die in den Abb. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform der Verteilung
betrifft eine
Vorrichtung, die sich für alle Verteilungsöffnungen
eignet, die während eines ganzen oder teilweisen Kolbenhubes geöffnet, aber während
der Umkehr des Kolbens verschlossen bleiben müssen.
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Entsprechend vorliegender Erfindung kommt die Steuerung der Verteilungsvorrichtung
durch die Bewegung des Zylinders zustande. Zur Erläuterung dieser Vorrichtungen
ist angenommen, daß sie ebenfalls an einer Kompressionsmaschine der soeben beschriebenen
Art - angebracht und für die Steuerung der Einlässe für die mit Brennstoff angereicherten
Luft bestimmt sind.
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Es erübrigt sich demnach, auf den Bau und die Arbeitsweise der Maschine
in ihrer Gesamtheit einzugehen; es genfigt eine Beschreibung der Teile, die eine
Änderung erfahren haben.
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In der Vorrichtung zum Einlaß der stark angereicherten Luft ist die
Anordnung der Spülventile 18 geändert worden, indem diese selbsttätig gemacht wurden,
da das Spülen stets durch den den Auspuff begleitenden, Sog geschieht. Der feststehende
Zylinder ist baulich der Einrichtung angepaßt und der Vergaser 2o an anderer Stelle
angebracht worden.
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Zwischen dem Zylinder i i und seinem Lagerzylinder io ist eine Muffe
6o eingesetzt, die einerseits auf dem Zylinder i i und andererseits im Zylinder
io unter leichter Reibung verschiebbar ist. Die Muffe besitzt Öffnungen 61, die
abwechselnd mit Öffnungen 62 des beweglichen Zylinders i i und mit Öffnungen 63
des unbeweglichen Zylinders io in Verbindung treten können. Durch letztere münden
sie in einen umlaufenden Kanal 64, der an den Vergaser 20 angeschlossen ist. Auf
dem beweglichen Zylinder sind zwei Anschlagsringe 65 und 66 angebracht zur Begrenzung
der Muffe 6o in bezug auf den Zylinder i i.
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Die Vorrichtung arbeitet in nachstehender Weise: Bei Beginn der Bewegung
des Zylinders in 'Richtung der Pfeile 58 (Abb. q.) wird die Muffe 6o gegen den Anschlag
65 gepreßt und festgehalten. In dieser Lage stehen die Öffnungen 61 und 62 in gegenseitiger
Verbindung.
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Die Stellung dieser Öffnungen ist.in bezug auf die Öffnungen 63 so
gewählt, daß, wenn der Kolben i q. in die Nähe der Auspuffäffnungen 4.2 kommt, die
drei Öffnungen 61, 62, 63 sich überdecken. Die stark mit Brennstoff angereicherte
Luft wird eingesaugt. Bei der weiteren Bewegung des Zylinders wird die Verbindung
der Öffnungen 61 und 63 unterbrochen und der Zylinderraum geschlossen.
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Am Ende der Bewegung des Kolbens und des Zylinders bewirkt das Beharrungsvermögen
wiederum die Verschiebung der bluffe 6o auf dem Innenzylinder, bis sie gegen den
Ring 66 stößt und die Stellung der Abb. 5 einnimmt, in der die Öffnungen 61 und
62 auch ihrerseits sich zu überdecken aufhören.
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Wenn der Zylinder nach stattgefundener Explosion wieder in Richtung
der Pfeile 57 (Abb. 5) geschleudert wird, so legt sich zunächst die :Muffe 6o wieder
fest gegen den Ring 66, so daß der Vorbeigang der öffnungen 61 und 62 vor der Öffnung
63 unter -einer gewissen Verstellung stattfindet und während dieses Hubes keine
Verbindung zwischen dem Zylinderinnern i i und dem Vergaser 20 stattfinden kann.
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Gegen Ende des Hubes des Zylinders erfolgt wiederum Bremsung und Stillstand;
worauf die Muffe von neuem von dem Anschlag 66 bis zum Anschlag 65 gleitet (Stellung
Abb. q.).
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Dieselben Vorgänge wiederholen sich ohne Unterbrechung, so daß der
Eintritt der Verbrennungsluft während des einen Weges des Zylinders und des Kolbens
aufrechterhalten und jede Verbindung mit dem Vergaser auf dem Rückweg unterbrochen
wird.