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Anlaßverfahren ,für Freiflugkolbenmotoren Die Erfindung betrifft ein
Verfahren und Einrichtungen zum Anlassen von Freiflugkolbenmotoren. Es ist bekannt,
solche Motoren, bei denen nur ein Kolben in einem beiderseits geschlossenen Zylinder
hin und her läuft, und bei denen die Zylinderenden abwechselnd Verbrennungsraum
und Arbeitsraum eines Luftverdichters sind, dadurch an< zulassen, daß der nahe
dem einen Zylinderende stehende Kolben durch Öffnen einer in den Zylinder mündenden
Druckluftleitung von Hand mit Druckluft beaufschlagt und von letzterer im Zylinder
vorwärts geschoben wird, wodurch der normale Arbeitsgang eingeleitet wird. Es ist
hierbei schwierig, das Ventil von Hand so zu bedienen, daß einerseits genügend Druckluft
mit zur Einleitung des ersten Arbeitsspieles ausreichendem Energieinhalt eingeführt,
andererseits aber die Zufuhr genügend schnell abgestellt wird, damit nicht der Rücklauf
des Kolbens künstlich gehmnmt wird. Es ist ferner bekannt, bei Freifiugkolbenmotoren
mit gegenläufigen Kolben die letzteren durch Druck auf ein kniehebelartiges Gestänge
auseinanderzuschieben, wobei Federn gespannt werden, die nach Loslösen des Gestänges
von den auseinandergeschobenen Kolben diese wieder zusammentreiben und so die Verdichtung
und darauffolgende Zündung des Arbeitsgemisches bewirken. Diese Art des Anlassens
kommt nur für ganz kleine Motoren in Frage, da für größere Zylinderabmessungen die
Federn so groß ausfallen müßten, daß ihre Anordnung zu schwierig würde.
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Nach der Erfindung wird ein sicher wirkendes, bequem durchführbares
und für Maschinen beliebiger Größe geeignetes Anl,a.ßverfahren auf folgendeWeise
geschaffen. Die Flugmasse des Motors wird in einer bestimmten Lage im Zylinder festgehalten,
z. B. mittels eines Gesperres. Ein mit der Flugmasse dauernd fest verbundener Kolben
wird dann mit Druckgas belastet, und schließlich wird die Sperrung der Flugmasse
plötzlich aufgehoben, so daß der Arbeitsinhalt des auf die Flugmasse wirkenden Druckgases
und etwa nachströmenden Gases die Flugmasse beschleunigt. Diese Beschleunigung kann
entweder in Richtung des Verdichtungshubes der Motorzylinderladung erfolgen, so
da.ß der erste Anlaßhub zugleich Verdichtungshub der Motorzylinderladung ist, oder
auch entgegengesetzt, so daß erst nach Richtungsumkehr der Flugmassenbewegung die
Verdichtung der Motorzylinderladung erfolgt. Da an diese Verdichtung unmittelbar
die Verbrennung anschließt, ergibt sich, daß die betriebsmäßige Verbrennung bei
diesem Anlaßverfahren stets innerhalb des ersten Hubspiels, aus einem Hinhub und
einem Rückhub der Flugmasse bestehend, eintritt. Bei diesem Anlaßvorgang wird der
erforderliche starke Impuls auf die Flugmasse erreicht, ohne daB es nötig wäre,
ein großes, die Zylinderwand erheblich schwächendes und einer besonderen Steuerung
bedürfendes
Anlaßventil zu verwenden. Die Einfüllöffnung kann viehmehr
ganz klein sein, und der Zutritt des Druckgases kann leicht von Hand an- und abgestellt
werden. Vorteilhaft werden zum Anlassen die die Motorarbeit aufnehmenden und im
normalen Betriebe gleichzeitig die Rückführung der Flugmassen bewirkendenVerdichterzylinder
benutzt. Das Anlaßgas wird dann in diesen Verdichterzylinder eingefüllt, während
die Flugmasse durch die Sperrvorrichtung festgehalten ist. Falls der Verdichter
im normalen Betriebe Gas mit höherem als atmosphärischem Druck ansaugt (bei sogenannten
Kreislaufluftanlagen), kann dieses unter Druck stehende Gas den Anlaßvorgang unterstützen
oder allein bewirken.
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Die Auslösung der die Flugmasse vor dem Anlassen festhaltenden Sperre
kann selbsttätig bei Erreichung eines bestimmten Druckes der Anlaßgasfüllung erfolgen;
desgleichen kann durch geeignete Verbindung der Sperre mit der Stillsetzeinrichtung
auch eine selbsttätige Festhaltung der Flugmassen beim Abstellen der Maschine in
einer zum späteren Wiederanlassen geeigneten Lage erreicht werden.
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Es ist bei Kurbelmaschinen bekannt, den . Kolben festzuhalten, mit
Druckgas zu belasten und dann freizugeben. Hierbei muß aber die Druckgasenergie
erst auf ein Schwungrad übertragen werden, dessen Bewegungsenergie wiederum die
zum Verbrennungsbetrieb erforderliche Vorverdichtung der Zylinderladung bewirkt.
Ferner sind Kurbelmaschinen bekannt, bei welchen außer dem am Kurbeltriebwerk hängenden
Hauptkolben ein nur gegen Federkraft verschieblicher Kolben vorgesehen ist, der
bei Beginn eines jeden Arbeitshubes des Hauptkolbens durch eine Sperre festgehalten,
kurz darauf ausgelöst wird und die Verdichtung und Zündung des Zylinderinhaltes
bewirkt. Die hierbei von den Verbrennungsgasen auf den Hilfskolben übertragene Arbeit
geht in raschen Hinundherpendelungen völlig verloren. Eine solche Maschine wäre
also durchaus unwirtschaftlich.
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Es ist weiterhin bei Kurbelmaschinen bekannt, die mit der Hauptmaschine
zusammengebauten Einspritzluftverdichter oder die Spülpumpen als Anlaßmotoren zu
benutzen. Während aber der Einspritzluftverdichter für sich allein zum Anlassen
zu klein ist, muß die zum Anlassen benutzte Spülpumpe, die im normalen Betriebe
nur gegen ganz geringe Drucke arbeitet, besonders schwer und kräftig ausgeführt
sein und außerdem eine besondere, nur ganz vorübergehend benutzte Steuerung erhalten.
Demgegenüber soll nach der Erfindung der die Motorleistung aufnehmende Verdichter,
also. ein von vornherein zur Aufnahme großer Kräfte bestimmter Maschinenteil, zum
Anlassen benutzt werden. Diese Benutzung ist. wirtschaftlich, weil sie keine besondere,
im normalen Betriebe nur schädlich wirkende Verstäfkung sonst nur schwach beanspruchter
Maschinenteile erfordert.
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Die Zeichnung veranschaulicht in Abb. i einen Freikolbenverdichter
mit gegenläufigen Massen und mit der neuen Aniaßvorrichtung im Längsschnitt, in
Abb.2 eine Hilfseinrichtung im Schnitt.
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In einem Verbrennungszylinder i bewegen sich zwei gegenläufige Arbeitskolben
2, 3, und diese sind unmittelbar mitVerdichterkolben 4, 5 gekuppelt, die in Verdichterzylindern
6, 7 laufen; mit dem einen Arbeitskolben 3 ist noch ein Spülpumpenkolben 8 verbunden,
der in einem Spülzylinder 9 läuft. Die Spülluft wird dem Zylinder i durch die vom
Kolben 2 gesteuerten Spülschlitze i i zugeführt, während die Abgase durch die vom
Kolben 3 gesteuerten AuslaBschlitze 12 entweichen. Flüssiger Brennstoff wird durch
eine Zerstäubungsdüse io in die durch Verdichtung hoch erwärmte Zylinderladung hineinzerstäubt
und durch die Verdichtungswärme gezündet.
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Zur Kupplung der beiden Kolben 2, 3 ist an dem ersten von ihnen mittels
eines Querhauptes 13 ein Zahnstangenpaar 14 und an dem Spülkolben 8 des anderen
Kolbens 3 ein weiteres Zahnstangenpaar 15 angeschlossen, und Zahnräder 16 verbinden
diese Zahnstangen paarweise untereinander. Dadurch ist. die Gegenläufigkeit beider
Flugmassen gesichert. Mittels der Kurbel 32 und eines in eine der Zahnstangen
14 eingreifenden, mit der Handkurbel kuppelbaren Zahnrades 33 können die Kolben
von Hand in die Anlaßlage gebracht werden.
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Zum Anlassen ist ein beispielsweise mittels der Hilfspumpe 4o mit
Luft von etwa io bis 16 Atm. zu füllender Luftbehälter 17 über ein Hauptventil i
8 und ein Anlaßventil i 9 durch Leitungen 20, 21 an die beiden Verdichterzylinder
6, 7 angeschlossen. An der Kolbenstange 22 der einen Flugmasse 2, 4 ist eine Sperrnase
23 vorgesehen, und diese ist bei der dargestellten Anlaßstellung durch einen Sperrhebel
24 ergriffen, der am Maschinengehäuse gelagert ist und am freien Ende einen Druckluftkolben
25 trägt; dieser seinerseits läuft in einem Zylinder 26, der an die Druckluftleitung
21 angeschlossen ist.
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Das Anlassen geschieht nun wie folgt: Zunächst werden die Flugmassen
2, 4 und 3, 5, falls sie sich nicht schon in der Anlaßstellung befinden, mittels
Handkurbel 32 oder auch durch Einlassen von Druckluft in den Arbeitszylinder
i so weit auseinandergeschoben, bis der Sperrhebel 24 sich vor die Nase 23 legen
kann. Dabei wird der Arbeitszylinder i, dessen Steuerschlitze 11, 12 hierbei von
den
Kalben 2, 3 freigelegt werden, von der Spülpumpe 8, 9 her oder schon durch die Verschiebedruckluft
mit frischer Ladeluft gefüllt. Nunmehr wird durch Öffnen der Ventile 18,
19 Druckluft in die Verdichter zylinder 6, 7 .gelassen. Eine Bewegung der Flugmassen
tritt hierbei zunächst nicht ein, da ja die Masse 2, q. mittels der Sperrvorrichtung
23, -,l unmittelbar, die Masse 3, 5 durch Vermittlung des Kupplungsgestänges i q.
bis 16 festgehalten ist. Erst wenn der steigende Druck mittels des Kolbens
25 den Sperrhebel 24 auswirft, werden die Flugmassen frei und bewegen sich nunmehr,
getrieben von dem auf die Verdichterkolben q., 5 wirkenden Luftdruck aufeinander
zu, wobei die Arbeitskolben 2"3 erstmalig die Ladeluft verdichten. Mittels der (nicht
dargestellten) Brennstoffpumpe wird hierbei Brennstoff in den Zylinder gespritzt,
wo er sich an der durch hohe Verdichtung erwärmten Luft entzündet. Damit ist der
Betrieb eingeleitet, und das Anlaßventil i 9 kann sogleich wieder geschlossen werden.
Der Sperrhebe124 wird zweckmäßig durch eine Verriegelung in seiner nicht sperrenden
Lage festgehalten, um nicht beim Sinken des Luftdruckes in der Anlaßleitung wieder
einzufallen und die Maschine dadurch stillzusetzen. Zum Abstellen der Maschine ist
dann nur die Verriegelung des Sperrhebels 24 auszuwerfen, so daß er einfällt und
die Flugmassen in der dargestellten Lage festhält, die unmittelbar wieder zum Anlassen
geeignet ist. Da hierbei die Flugmassen sich nahe ihrem Totpunkte befinden, hat
die Sperre 23,24 keine übermäßig starken Stöße aufzunehmen; sie kann aber auch durch
eine Reibungsbremse oder durch magnetische Festhaltevorrichtungen ersetzt sein.
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Bei Maschinen, wo der Verdichter zur Erzeugung eines Treibmittels
für Druckluftmotoren benutzt wird und die arbeitende Luft einen ständigen Kreislauf,
und zwar zwischen zwei über der atmosphärischen Spannung liegenden Druckgebieten
.ausführt, alsobeispielsweise zwischen 16 und q. Atm-, enthält die Saugleitung der
Verdichter im Betriebe Luft von einem über der Atmosphäre liegenden Druck. Das Anlassen
kann dann unmittelbar mit Hilfe der in der Saugleitung 34 enthaltenen Druckluft
erfolgen, falls deren Druck genügend hoch ist. Dabei kann dann auch der Druckluftzylinder
26 der Sperrvorrichtung über das Ventil 35 und die Leitung 36 an die Saugleitung
angeschlossen werden und bewirkt die Auslösung der Flugmassen, sobald er - durch
entsprechende Einstellung des Ventils 35 mit der Saugleitung verbunden wird. Da
während des Betriebes der in der Saugleitung herrschende Druck ständig auf den Kolben
25 wirkt, so wird dieser und mit ihm die Sperrklinke 24 während des Betriebes in
nicht sperrender Lage erhalten, so daß sich hier eine besondere Verriegelung erübrigt.
Das Abstellen der Maschine erfolgt dann durch Erniedrigen des Druckes in dieser
Ansaugleitung. Der Anlaßluftbehälter 17 nebst Luftpumpe q0 oder auch eine Druckgasflasche
ist dann nur noch zum ersten Anlassen nach längeren Betriebspausen nötig. Für den
Fall, daß der Anlaßdruck höher sein muß als der im normalen Betrieb vorhandene Saugleitungsdruck,
die besondere Anlaßleitung 21 aber gespart und das selbsttätige Auslösen und Wiedereinfallen
der Sperre deshalb von der Ansaugleitung aus gesteuert werden soll, ist zur Ermöglichung
des selbsttätigen' Offenhaltens -der Sperre 24 während des Betriebes die Auslösevorrichtung
der Sperre so eingerichtet, daß das Wiedereinfallen erst bei Unterschreitung des
normalen Saugleitungsdruckes erfolgt. Zu dem Zweck ist zwischen die Saugleitung
34 und den Druckluftzylinder 26. das in Abb.2 dargestellte Ventil eingeschaltet.
In diesem ist der mit der Saugleitung 34 verbundene Stutzen 27 durch eine Membran
28 verschlossen, deren Belastungsfeder 29 so eingeregelt ist, daß ein Hochheben
der Membran und somit ein Öffnen des Ventils erst bei dem Anlaßdruck von beispielsweise
12 Atm. im Stutzen 27 eintritt. Dann strömt die Luft durch den Abflüßstutzen
30 zum Druckluftzylinder 26 und bewirkt die Entsperrung der Flugmassen. Bei
dem nunmehr eintretenden normalen Betriebszustand sinkt der Luftdruck in der Saugleitung
auf die .Höhe des normalen Ansaugdruckes, also im Beispiel auf 4. Atm. Dieser verringerte
Druck wirkt .aber jetzt auf die Gesamtfläche der Membran 28 und hält diese dadurch
offen, so daß auch bei diesem verringerten Druck die Sperre noch ausgerückt erhalten
wird. Erst durch eine willkürlich herbeizuführende weitere Druckabsenkung in der
Saugleitung kann das Einrücken der Sperre und somit das Abstellen der Maschine bewirkt
`werden. Selbstverständlich kann die Membran auch durch eine entsprechende Stufenkolbenanordnung
o. dgl. ersetzt sein.