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Brennkraftmaschine mit frei fliegendem Kolben Bekannt sind Brenhkraftmaschinen
mit frei fliegendem Kolben und frei und in entgegengesetzter Richtung zum Kolben
beweglichem Zylinder, der die Steuerung der Ein-und Auslaßventile, deZ Hilfsapparate
u. dgl. ausführt.
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Die Erfindung besteht in den in den Ansprüchen gekennzeichneten Sondereinrichtungen
und ist in der nachstehenden Beschreibung unter Hinweis auf die beiliegenden Zeichnungen
auseinandergesetzt.
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Abb. i zeigt einen Längsschnitt einer Maschine entsprechend der Erfindung.
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Abb. 2 und 3 zeigen in vergrößertem Maßstabe Schnitte durch eine Vorrichtung
zum Öffnen der Ventile.
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Abb. 4 ist ein Schnitt in vergrößertem Maßstabe einer Einzelvorrichtung
zum Anlassen der Maschine.
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Abb. 5 ist ebenfalls in vergrößertem Maßstabe ein Schnitt durch das
Bodenstück des Zylinders auf der Kompressionsseite.
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Abb. 6 ist ein Längsschnitt durch das Bodenstück in einer Ebene senkrecht
zu der der Abb. i zur Veranschaulichung einer Öleinspritzvorrichtung an Stelle der
Zündkerze.
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In einem fest angeordneten wagerechten Führungszylinder i o liegt
ein beweglicher Zylinder i i, welcher in dem Führungszylinder i o unter leichter
Reibung gleitet. Der Zylinder i i ist an einem seiner Enden durch ein Bodenstück
i2 abgeschlossen, welches mit ihm fest verbunden ist, und an dem andern Ende durch
ein Bodenstück 13, welches in nachstehend beschriebener Weise aufgesetzt ist. Im
Innern des Zylinders geht der dicht schließende Kolben 14 hin und her. Kolben 14
und Zylinder i i bilden ein schwingendes System, demgemäß der Kolben.i4 im Innern
des Zylinders beweglich ist, während der Zylinder i 1 selbst in dem äußeren feststehenden
Führungszylinder i o hin und her geht.
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Das Bodenstück 12 ist durch zwei Kanäle 214 und 15 durchbohrt, denen
-Ventile 16 und 17 entsprechen. Ihre Steuerung erfolgt durch Winkelhebel 18-19,
die an dem Zylinder i .i angelenkt sind und Rollen 2o, 21 tragen, die sich auf Daumenschienen
22-23 abwälzen.
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Der Kanal 15 steht nach außen in freier Verbindung.
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Der hsna1214 schließt sich an ein außerhalb des Zylinders liegendes
rechtwinkliges Rohr 24 an. Dieses gleitet im Innern einer festen Führungshülse 25
dicht schließend. Die Vorrichtung gestattet somit, das Innere des beweglichen Zylinders
i i durch die Kanäle 214, 24, 25 und 26, welch letztere fest angeordnet sind, mit
dem Vergaser 27 in Verbindung zu setzen. Der Kipphebel i9 ist von gewöhnlicher Ausführung;
dagegen ist der Kipphebel i 8 ,von einer im Patent 50717 beschriebenen Art, dessen
besonderer Bau somit
hier nicht erörtert zu werden braucht. Es
genügt, anzugeben, daß dieser Kipphebel mit einer besonderen Klinkvorrichtung ausgestattet
ist, welche durch einen elastischen Anschlag 28 das Schließen und Öffnen des Ventils
16 bewirkt, sobald der Zylinder i i sich im Sinne des Pfeiles 151 bewegt. Wenn da;
gegen der Zylinder in Richtung des. Pfeiles i 5o gleitet, so bleibt das Ventil ständig
geschlossen. Der Zylinder i i besitzt eine oder mehrere Öffnungen 31, die von Ventilen
32 überdeckt werden, welche von innen nach außen sich abheben und durch genügend
starke Federn 33 auf ihren Sitz gepreßt werden. 'Das Ventil 32 wird durch einen
Kipphebel 34 gesteuert, welcher eine Rolle 35 trägt, die mit einer' Daumenschiene
36 in Berührung steht. Auf der Zeichnung Abb. i ist die Stellung des Kipphebels
34 nicht genau zu erkennen, weil der Maßstab ein zu kleiner ist. Aus diesem Grunde
ist derselbe in den Abb. 2 und 3 in vergrößertem Maßstabe dargestellt, auf welche
nachstehend Bezug genommen wird. Der Kipphebe134 besteht im wesentlichen aus einem
um die Achse 57 heweglichen Teil, dessen Ansätze 38 und 39 mit dem Zylinder aus
einem Stück gegossen sind. Dieser Teil 39 bildet eine Gabel, welche den Ventilkopf
40 übergreift; der Teil 38 ist nach hinten in einem Zylinder 41 verlängert, in welchem
ein kleiner Kolben 42 gelagert ist, der einen abgerundeten Kopf hat. Um dieselbe
Achse 37 ist eine Klinke 43 drehbar mit der Drehachse 44 für die Rolle 3 5. Diese
Klinke wird ständig gegen die Daumenschiene durch die Spiralfeder 45 gedrückt und
kann sich in die zylindrische Bohrung 41 mittels eines Ansatzes 46 hineinlegen.
Der Vergleich der Abb. 2 und 3 zeigt, daß je nach der Stellung des verdickten Kolbenkopfes
42 innerhalb der zylindrischen Bohrung 41 in bezug auf die Näse 46 der Kipphebel
in feste Verbindung mit der Klinke gebracht oder unabhängig von derselben bleiben
kann. Im ersteren Falle (Abb.3) steuert die Rolle bei Übergang über den- Daumen
das Ventil. Im zweiten Falle (Abb. 2) dagegen wird das Ventil nicht abgehoben, wenn
die Rolle 35 über den Daumen fährt. Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird weiter
unten beschrieben.
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Der Zylinder i i (Abb. i) besitzt ferner eine Reihe Öffnungen 47,
welche mit entsprechenden Öffnungen 48 des Führungszylinders io in gegenseitige
Deckung treten können. Sämtliche Öffnungen 48 münden in einen umlaufenden Kanal
49 des Außenzylinders:, der in die Auspuffleitung ausläuft, die senkrecht zur Ebene
der Abb. i gestellt ist. Eine weitere Reihe Öffnungen 51 ist im Zylinder i i angebracht.
Diese können sich mit Öffnungen 52 des festen Führungszylinders io decken. Die Öffnungen
52 werden durch eingestellte Ventile 53 geschlossen gehalten. Beim Hub dieser Ventile
tritt Verbindung ein zwischen dem Innern des Zylinders z i mit dem Druckbehälter
54. Das Bodenstück 13 besitzt einen odermehrere Kanäle 55, deren in das Innere
ausmündenden Öffnungen durch Saugventile 56 verdeckt sind. Diese Ventile sind so
angeordnet, daß .sie sich nach dem Innern des Zylinders i i öffnen, sobald eine
Druckdifferenz zwischen dem Kanal 5 5 und dem Zylinder i i entsteht. Damit die atmosphärische
Luft durch die Kanäle 5 5 eindringen kann, ist der Führungszylinder io mit Öffnungen
57 versehen, welche mit den Ausmündungen der Kanäle 55 in Deckung treten- können.
Die Öffnungen 57 tragen Sicherheitsventile 58, deren. Aufgabe nachstehend beschrieben
werden wird.
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Die Entzündung der Ladung erfolgt mittels einer Kerze- 59, welche
durch einen Draht 6o mit dem Zündmagneten 61 in Verbindung steht. An dem Zylinder
i i ist eine Klinke 62 angelenkt und mit ihm beweglich. Außer diesen genannten wesentlichen
Einrichtungen besitzt der Apparat noch verschiedene Hilfsvorrichtungen, deren. Beschreibung
folgt.
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Anlaß.vorri.chtung. Diese bezweckt, den Kolben und den Zylinder selbsttätig
in Bewegung zu setzen, damit sie ihren ersten Hub richtig ausführen. Sie besteht
aus. folgenden Teilen: Ein Behälter 63 bestimmter Fassung enthält genügend komprimierte
Luft, deren Druck je
nachdem gleich oder verschieden sein kann mit dem Druck
der in dem Behälter 54 aufgespeicherten Luft. Der Behälter 63 steht durch einen
Kanal 64 mit einer Kammer 65 in Verbindung, welche in ihrem unteren Teil durch das
Ventil 66 und in ihrem oberen Teil durch das Ventil 67 verschlossen gehalten
wird. Beide Ventile 66 und 67 besitzen gleiche Durchmesser und sitzen auf ein und
derselben Stange 68 auf. Das Ventil 67 liegt in einer zylindrischen Bohrung 69,
die durch einen Kanal 7o nach außen in Verbindung steht. In dieser Bohrung 69 geht
das. Ventil nach Art eines dichten Kolbens hin und her in .der Weise, daß, wenn
geöffnet oder geschlossen, es sich der Verbindung zwischen der Kammer 65 und der
Außenluft entgegensetzt. Hieraus folgt, daß beide auf derselben Stange 68 aufgesetzten
Ventile 66 und 67 die Rolle eines ausgeglichenen Ventils spielen, wenn der in dem
Zylinder herrschende Druck dem atmosphärischen Druck entspricht, und daß deren Hub
keinerlei Kraft beansprucht ohne Rücksicht auf den herrschenden. Druck in dem Behälter
63 und demnach in der Kammer 65. Das Ventil 66 schließt die öffnung7i, die
in dem festen Führungszylinder io angebracht ist. Bei bestimmten Stellungen-des
Zylinders
i i kann diese Öffnung 71 mit einem mit dem Zylinder
angebrachten Schlitz 72 in Verbindung treten.
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Auf den Behälter 63 isst ein Rohr 73 mit Hahn 74 aufgesetzt, dessen
Küken mittels eines Hebels 75 gesteuert wird. Auf der anderen Seite des Hahnes 7q.
befindet sich ein kleines, selbsttätiges Ventil 76, welches die öffnung 77 absperrt.
Diese Öffnung 77 stellt die Verbindung des Behälters 63 durch das Rohr 73, den Hahn
7q., das Ventil 76 mit einem zylindrischen Raum 78 her, dessen Achse mit der Spindel
68 der Ventile 66 und f7 zu@ sammenfällt. In diesem zylindrischen Raum 78 geht ein
dichter Kolben 79, der mit ;dex' Stange 68 verbunden ist und durch eine eingestellte
Feder 8o die Stange. nach unten drückt. Es ist hervorzuheben, daß die Kammer 69
von der Kammer 78 durch einen Gewindedeckel 81 getrennt ist, so daß zwischen beiden
keine Verbindung besteht. In Abb. q. ist in vergrößertem Maßstabe ein Einzelteil
des Ventils 76 dargestellt.. Es ist daraus ersichtlich, daß das Ventil 76 mit einer
feinen Bohrung 82 versehen ist, die anderseits mit einer senkrecht zu ihr stehenden,
ebenfalls feinen Bohrung 83 verbunden ist, die durch das ganze Ventil 76 hindurchgeht.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird später beschrieben: H i 1 f s drehvorrichtung
(Abb. i und 5). Obschon im Prinzip die in Abb. i dargestellte Maschine keiner kinematischen
,Verbindung und keiner Bewegungsübertragung bedarf, hat man es doch für vorteilhaft
gefunden, in bestimmten Fällen eine mit den hin und her gehenden Bewegungen des
Kolbens und des Zylinders entsprechender Geschwindigkeit drehbare Welle zu verwenden.
Diese Welle hat nicht zum Zweck, Energie nach außen zu übertragen, sondern bestimmte
drehbare Vorrichtungen, welche man im Handel fertig vorfindet, mitzunehmen, z. B.
Zentrifugalregulatoren, Tourenzähler, die im vorliegenden Falle verwendet werden
können, um die Anzahl der Hinundhergänge zu messen, Wasser- oder Ölpumpen, Registriervorrichtungen
u. dgl. Es handelt sich also, kurz gefaßt, um eine Vorrichtung, die nicht wesentlich
zur Funktionierung des Autokompressors beiträgt und die nur eine äußerst geringe
Kraft aufwendet im Vergleich zu derjenigen, welche notwendig ist, um die Luft zu
komprimieren, die aber vorteilhaft sein kann, um die Arbeitsweise der Maschine zu
kontrollieren und mit derselben bestimmte Meß- und unentbehrliche Reguliervorrichtungen
zu verbinden.
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Bei der in Abb. i dargestellten Maschine hat man es hauptsächlich
darauf abgesehen, diese Hilfsdrehbewegung so zustande zu bringen, daß die hin und
her gehenden. Bewegungen des Zylinders in keiner Weise behindert werden durch die
gegenseitige Verbindung zwischen diesem und der drehenden Welle. Es ist von Vorteil,
der Welle eine genügende gleichmäßige Umdrehungsgeschwindigkeit zu geben, jedoch
anderseits würden die hin und her gehenden Bewegungen des Zylinders, wenn man diesen
als vollständig frei beweglich annimmt, nach einem kinematischen Gesetz stattfinden,
welches durch einen einfachen Mechanismus nicht realisierbar wäre.
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Es ist deshalb eine mittlere Lösung getroffen durch eine kinematische
Kupplungsvorrichtung, z. B. derart, daß, wenn die Welle regelmäßig sich dreht, die
Bewegung des Zylinders sich merklich der theoretischen Bewegung nähert, die er besäße,
wenn er vollkommen frei wäre. Diese theoretische Bewegung ist gekennzeichnet durch
erhebliche Beschleunigungen im Beginn und am Ende der Hubbewegungen und besonders
durch einen großen Dauerunterschied zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Huben,
welche einem vollständigen Hinundhergang entsprechen. Es handelt sich also notwendigerweise
um einen Mechanismus mit rascher Umkehr, wie solcher vielfach bei Werkzeugmaschinen,
Hobelmaschinen u. dgl. Verwendung findet.
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In diesem besonderen Falle aber wird entgegen dem, was bei Werkzeugmaschinen
der Fall ist, die Welle mitgenommen und nicht der Motor.
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Da anderseits sämtliche durch die Vorrichtung erzeugten Bewegungen
-nicht genau der theoretischen Bewegung des freien. Zylinders entsprechen, so gibt
man den Verbindungen des Zylinders ein gewisses Spiel, damit wesentliche Transmissionskräfte
nach außen nicht auftreten können, was zur Folge hätte, die mechanische Leistung
der Maschine erheblich herabzusetzen.
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Abb. 5 zeigt in vergrößertem Maßstahe einen Schnitt durch das. Bodenstück
13 und durch die kinematischen Verbindungsmittel des Zylinders zur Erläuterung nachstehender
Ausführungen. In dem Bodenstück 13 ist eine zylindrische Bohrung 85 angebracht,
in. welcher eine Achse 86 mit zwei Anschlägen 87
und 88 gelagert ist, zwischen
welchen eine Feder 89 durch eine Mutter 9o in Spannung' gehalten wird. Das Ganze
liegt in der Bohrung 85 durch einen Schraubendeckel 9i verdeckt eingeschlossen.
Gegen diesen legt sich der Anschlag 88, während eine zweite Hülse i91 dem Anschlag
87 als Widerlager dient. Die Achse 86 ist fest verbunden mit einem Zylinder 92,
welcher unter leichter Reibung innerhalb der Hülse 9 i gleitet. In dem Zylinder
92 liegt eine Achse 93, an welcher das Ende einer Gelenkstange 94 drehbar befestigt
ist.
Diese Gelenk- oder Pleuelstange 94 ist mit ihrem anderen Ende 95 in Ansätzen. 96
angelenkt, welche mit einem Hebel 97 fest verbunden sind. Letzterer selbst
ist drehbar um eine Hohlachse 98, die auf einem Teil 99 des Gehäuses io befestigt
ist. Der Hebel, 97 ist röhrenförmig ausgebildet und nimmt in seinem Innern
einen Kolben auf, der aus zwei Teilen i oo und i o i besteht. Mit der Welle, auf
die Tran eine regelmäßige Drehbewegung übertragen will, ist eine Kurbel 102 verbunden,
deren Zapfen io3 zwischen den beiden Kolbenhälften ioo und ioi liegt und durch den
Hebel 97., in dem zu diesem Zwecke Schlitze 104 angebracht sind, hindurchgeht.
Die Bewegung der Kurbel io2 wird dazu verwendet, um einen Zentrifugalregulator 225
in Bewegung zu setzen, welcher durch eine Zugstange 126 das Drosselventil 127 des
Vergasers 27 steuert.
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Stabili@sationsvorrichtung. Es ist ebenfalls notwendig, Störungen,
welche bei der Bewegung der Maschine auftreten können, zu korrigieren, und hierzu
dient die Stabilisiervorrichtung, deren Arbeitsweise nachträglich unter Hinweis
auf die Abb. 5 auseinandergesetzt wird.
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Auf dem Boden 13 ist mittels mehrerer röhrenförmiger Balzen io5, io6
ein. kleiner Behälter mit komprimierter Luft 107 aufgesetzt. Dieser Behälter
steht .,einerseits durch die Bohrung des Balzens io5 und durch die Leitungen io8
und iog mit dem Innern des Zylinders i i in Verbindung. Diese Verbindung kann unterbrochen
werden durch ein selbsttätiges Ventil i i o, welches durch eine Feder i i i auf
seinen Sitz gepreßt wird. Anderseits ist an den Behälter 107 ein biegsames
Rohr 135 angeschlossen, welches mit dem Hebel 97 und mit einer im Innern des Hebels
97 befindlichen Leitung 112 in Verbindung steht. Die Hohlachse 98 trägt eine Öffnung
i i ä, die sich: gegenüber der Öffnung 114 des Kanals i 12 einstellen kann, wenn
der Hebel 97 um seine Achse 98 sich dreht. In Abb. i ist ersichtlich, daß die hohle
Achse 98 durch ihre - Bohrung mittels eines Rohres i 15 mit Behälter 54 für die
Druckluft in Verbindung steht.
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Sicherheitsvorrichtung. Es ist ebenfalls zu beachten, daß der Fall
eintreten könnte, wo ein Stoß. zwischen Kolben und Zylinder auf Seite des Bodenstückes.
i3 eintreten könnte.
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Abb. i zeigt, daß zu diesem Zwecke verschiedene Pufferscheiben i 16
meiner Bohrung 1.17 des Kolbens 14 angeordnet sind. Diese Scheiben legen sich einerseits
gegen eine Stoßplatte i 18 und anderseits gegen den Kolbenkörper 14 unter Vermittlung
emier besonderen. leicht verständlichen Montierung, die in Abb. i gezeigt ist. Gegenüber
der Stoßplatte i i 8 liegt auf dem Bodenstück i 3 ein Stößer i i9' mit durchbrochener
Blechplatte i2o, der den Zweck hat, falls. eines der Ventile 56 verletzt wird, zu
verhindern, daß. Bruchstücke des Mechanismus ins Innere des Zylinders i i fallen.
Anderseits, ist das Bodenstück 13 (Abb. 5) auf dem Zylinder i i durch einen konischen
Teil z21 aufgesetzt, welcher einen dichten Abschluß durch einen- zylindrischen Teil
122 sichert. Hinter dem Bodenstück 13 liegen mehrere andere Pufferscheiben 123.,
mittels derer sowie mittels des Aufsatzes 124 das Bodenstück 13 gegen den Zylinder
ii durch einen Gewindering 125 aufgespannt wird. Falls ein Stoß zwischen der Platte
i 18 des Kolbens 14 und dem Stößer i 19 des Bodenstückes 13 auftritt, wirken die
Pufferscheiben i16 und 123 als Stoßdämpfer und verhindern dadurch die Beschädigung
der Maschine.
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Öleinspritzvo.rrichtung. Wenn man den Verbrennungszyklus an Stelle
des Explosionszyklus setzen will, so benutzt man statt der Kerze 59 eine Einspritzvorrichtung
von unter Druck befindlichem Brennstoff. Diese Vorrichtung 128 ist in Abb. 6 dargestellt.
Sie weisst keine neue tesonderheit auf in bezug auf ihre Arbeitsweise und wird mit
Drucköl durch das biegsame Rohr 129 versorgt. Die Injektionsnadel i3o endet in einen
Kopf 131, der am Ende des Hubes des Zylinders i i gegen einen festen Anschlag 132
stößt, dessen Einstellung mittels einer Schraube 133 veränderlich ist.
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Die beschriebene Maschine arbeitet in folgender Weise: Der Behälter
63 wird mit Druckluft gefüllt; hierauf führt man mittels einer graduierten Stange,
die in den Zylinder i i durch die Öffnung der Kerze 59 eingeführt wird, den Kolben
14 -so weit, bis sein Rand, welcher dem Bodenstück 13 zu liegt, mit den Öffnungen
72 des Zylinders i i ' abschneidet. Durch die Kerzenöffnung 59 spritzt man etwas
Brennstoff in das Innere des. Zylinders i i. Wenn der Kolben 14 an Ort und Stelle
ist, bringt man den Zylinder i i in eine vorher fest bestimmte Lage, so daß die
Öffnungen 71 und 72 kommunizieren. Dann dreht man den Hebe175, bis der Hahn 74 die
Leitung 73 mit dein zylindrischen Raum 78 verbindet. Die in dem Behälter 63 zu sammengepreßte
Luft hebt das Ventil 76 und drückt den Kolben 79 nach oben. Das Ventil
66 läßt Druckluft aus dem Behälter 63 übertreten; und diese füllt den Raum
zwischen dem Kolben 14 und dem Bodenstück 13.
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Der Kolben 14 wird dann in Richtung des Pfeiles i 5o und des Zylinders
i i des Pfeiles 151 zurückgestoßen. - Die zwischen die beiden
Teile
eingeführte Druckluft expandiert, und der Druck fällt rasch auf Atmosphärendruck
herab. -Die Feder 8o führt dann den Kolben 79 in seine ursprüngliche Stellung zurück,
und dieser verdrängt vor sich die den Zylinderraum 78 ausfüllende Luft. Diese Luft
kann nur durch die feinen Öffnungen 82 und 83 austreten, da das Venti176 in diesem
Moment auf seinem Sitz aufliegt. Das. Venti166 fällt demnach ebenfalls langsam auf
seinen Sitz und unterbricht die Verbindung zwischen dem Behälter 63 und dem Zylinder
r r.@ Diese Vorrichtung hat folgende wesentliche Wirkungen: r. Die Öffnung der Löcher
71 erfolgt sehr rasch und mit einer Geschwindigkeit, die unabhängig ist von der
Bedienung des Hebels 75.
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2. Die Zeit, während welcher Druckluft eingeführt wird, ist ebenfalls
unabhängig von dem Hahn 75. Diese Zeit hängt lediglich ab von der Spannung der Feder
8o und von dem Querschnitt der feinen Öffnungen 82 und 83.
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3. Man kann endlich leicht ein für allemal die Anlaßvorrichtung regeln
für einen anfänglichen Druck, der durch den Behälter 63 bestimmt ist, so daß der
Kolben und der Zylinder "mit der nötigen geeigneten und stets gleichen Kraft fortgeschleudert
werden.
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Der Kolben 14 und der Zylinder r 1, wenn sie, wie erwähnt, in Gang
gesetzt sind, pressen zwischen sich die in dem Zylinderraum zwischen dem Kolben
und dem Bodenstück 12 befindliche Luft zusammen. In der Nähe des Totpunktes löst
die Klinke 62 den Elektromagneten 61 aus. An der Kerze 59 springt ein Funke über
und entzündet die mit Brennstoff geschwängerte komprimierte Luft. Von diesem Zeitpunkt
an arbeitet die Maschine normal. Nachstehend werden die Vorgänge untersucht, die
bei jedem Hub und auf jeder Seite des Kolbens während eines Hinundherganges auftreten.
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M o t o. r s e i t e. Durch die Explosion wird der Kolben 14 in Richtung
des Pfeiles 151 und der Zylinder r 1 in Richtung des Pfeiles 15o geschleudert. Die
Expansion der verbrannten Gase erfolgt bis zu dem Punkt, wo der Kolben 14 die Auspufföffnungen
47 erreicht. Der Druck im Zylinder fällt dann auf Atmosphärendruck. Die Öffnungen
47 und 48 beginnen sich zu überdecken, sobald der Kolben sie passiert, und gleichzeitig
öffnet der Daumen 23 das Ventil 17 und damit die Leitung 15. Die Bewegung des Kolbens
r4 geht weiter, jedoch mit dem Bestreben, sich zu verlangsamen, so daß die dem Kolben
folgenden verbrannten Gase durch die Öffnungen 47 infolge der hinter dem Kolben
erreichten Geschwindigkeit zu entweichen beginnen. Gleichzeitig tritt Luft durch
die Leitungen 15 ein und spült die verbrannten Gase, die noch in dem Zylinderraum
vorhanden sind, aus. Diese frische Luft nimmt dann ebenfalls eine gewisse
Geschwindigkeit an, so daß sie während der ganzen Dauer der Bewegung des Kolbens
in Richtung des Pfeiles 151 zwischen den öffnungen 47 und dem Totpunkt die weitere
Ausspülung der verbrannten Gase veranlaßt. Während dieses Hubes hat sich das Ventil
32 von seinem Sitz. nicht abgehoben, weil im Augenblick der Explosion der Zylinder
plötzlich in Richtung des Pfeiles, 150 fortgeschleudert wurde, wodurch der
Kupplungskolben 42 in die Stellung Abb. 2 übertritt. Wenn demnach die Rolle 35 über
den Daumen 36 hinweggeht, kann die Nasse 46 den Kipphebel 34 demnach nicht beeinflussen.
Anderseits aber besitzt die Feder 33 eine genügende Spannung, um jede Bewegung des
Ventils 32 durch den Druck der Expansionsgase zu: verhindern. Am Ende des Hubes
aber bewirkt die Beschleunigung des Zylinders 1 r die Umkehr, und der Kolben
42. infolge seiner Trägheit ist bestrebt, seinen Weg in Richtung des Pfeiles
15o zu verfolgen. Da in diesem Augenblick die Rolle 35 den Daumen bereits passiert
hat und demnach die Klinke 43. unter der Wirkung der Feder 45 :sich gehoben
hat, so kann der Kolbenkopf 42 unter die Nase 46 treten und die Stellung Abb. 3-
einnehmen. Das: Ventil 16 ist verschlossen geblieben, da sein Mechanismus dem des
Ventils. 32 entspricht.
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K o m p r e s s o. r s e it e. Die Bewegung des Kolbens 14 und des
Zylinders 1 r bewirkt zunächst die Kompression und hierauf durch die Öffnungen 51
und 52 das Ausdrücken der Luft, welche sich in dei$ Zylinderraum 1 r im Beginn des
Hubes befand, in den Behälter 54. Diese Luft konnte durch die Austrittsöffnungen
47 nicht entweichen, weil dieses mit den Öffnungen 48 erst dann sich überdecken,
wenn die dem Bodenstück 13 zugekehrte Seite des Kolbens die Öffnungen 47 passiert
hat. Es ist von Vorteil, die Maschine so einzurichten, daß die Dämpfung der gegenseitigen
Bewegung des Zylinders r 1 und des Kolbens 14 während des Austreibens der Kompressionsluft
erfolgt, d. h. .daß die Bewegung aufhört, sobald deren lebendige Kraft das Austreiben
vollendet hat. Die Vorteile dieser Einrichtung werden in dem Abschnitt, betreffend
die Stabilisationsvorrichtung, auseinandergesetzt werden.
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Falls ein Ventil, z. B. 56, reißt, würde ein Teil der Luft des Zylinders
r 1 im Beginn des Hubes ausgetrieben werden und durch die Leitungen 55 und die Öffnungen
57 nach außen treten. Es ist in diesem Falle zu befürchten, daß ein heftiger Stoß
auftritt zwischen Kolben und Bodenstück 13. Obschon, der Stoß durch die oben beschriebene
Vorrichturig
wesentlich Vermindert"würde, so wäre dennoch ein heftiges
Auftreffen der beiden Teile und damit ernste Beschädigung der Maschine zu befürchten.
Es ist Aufgabe da Sicherheitsventile 58, jeden Austritt der Luft durch die Leitungen
55 und die Öffnungen 57 zu verhindern, indem letztere sofort die öffnungen verschließen,
selbst wenn eine nur geringe Luftverdrängung stattfindet. Den-inachj ist der Bruch
eines Saugventils. mit keinerlei ernsten Gefahren verbunden.
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Kompressorseite. Der Zylinder ii wird in Richtung des Pfeiles 15
i und der Kolben in Richtung des Pfeiles i 5o geschleudert durch das Druckluftkissen,
welches denselben Druck wie im Behälter 54 besitzt und zwischen dem Kolben i4 ,und
dem Bodenstück 1.3 im, Zeitpunkt des Anhaltens der Bewegung eingeschlossen ist.
Bei der Expansion dieses Druckluftkissens verwandelt sich seine Energie in, lebendige
Kraft, die sie dem Kolben und dem Zylinder mitteilt, und die Expansion geht so weit,
daß sie etwas unterhalb des Atm;osphä.rendrucks bleibt; die selbsttätigen Ventile
56 öffnen sich und gestatten der atmosphärischen Luft, in das Innere des Zylinders
i i einxutneten. Infolge der Bewegung des Zylinders i i in Richtung 15 i
stehen. in diesem Augenblick die Leitungen 55 durch die öffnungen 57 nach außen
in Verbindung. -Ebenso wie bei dem ersten Hub kann bei diesem Rückgang keine Verbindung
mit der Auspuffleitung 5o stattfinden, weil die Öffnungen 47 sich mit den Öffnungen
48 nicht decken, sobald die dem Bodenstück 13 zuggekehrte Seihe des Kolbens die
Öffnungen 47 erreicht.
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M o t o rs e i t e. Der Kolben treibt zunächst die vor ihm liegenden
verbrannten Gase, die seiner Bewegung (Pfeil 15 i) bis jenseits der Öffnungen
47 gefolgt sind, aus. Die verbrannten Gase müssen durch die Öffnungen 47 hindurchtreten,
weil sie vor diesen öffnungkn mit dem Strom reiner Luft, welcher vom Ende der Explosionskammer
kommt, zusammentreffen. Während der Rückkehr des Kolbens i4 zwischen dem Totpunkt
und den iAustrittsöffnungen (Pfeil 15 o) öffnen sich die Ventile 16
und
lassen einen stark angereicherten Ge, mis.chstrom eintreten. Die genaue Zeit. der,
Öffnung der Ventile 16 wird durch Versuche bestimmt, damit einerseits der Gasstrom,
den sie liindurchtreten lassen, die Auspuffbewe-4 gung der verbrannten Gase, die
mit der reinen Spülluft vermischt sind, aufrecht-erhält und anderseits die verbrannten
Gase bis zum Verschluß der Öffnungen 47 von den betreffenden Öffnungen 16 durch
eine Zenüg@de Schicht reiner Luft getrennt bleiben. Die Bewegung des Kolbens 14
und des Zylinders i i fährt fort. Die Öffnungen 47. ,schließen sich in dem Augenblick,
wo der Kolben passiert. Hierauf schließen: sich auch die Ventile 16'. Es erfolgt
dann in dem Zylinderraum, welcher zwischen dem Kolben 14 .und dem Bodenstück 12
liegt, eine leichte Kompression der darin eingeschlossenen Gasmischung. In diesein
Augenblicke wird das Ventil 32 durch den Daumen 36 abgehoben, während der
Kolbenkopf 42 durch die Nase 46 in der Stellung Abb.3 festgehalten wird. Ein Teil
des Gemisches wird durch die Stopfbuchse 153 in den Behälter 15 4
gedrückt, aus dem es durch ein Rohr 15 5 wieder dem Vergaser 5 7 zugeführt
wird. Im Moment, wo der Kolben an der Öffnung 31 vorbeigeht, fällt das Ventil 32
unter dem Einfuß des Daumens .36 zurück. Das in dem Zylinderraum zurückbleibende
Gemisch wird dann stark komprimiert, so daß die Entzündung durch den Magnetzünder
61 und die Kerze 59 durch Auslösung mittels der Klinke 32 in der Nähe des. Totpunktes
erfolgt, oder aber es wird die Kompression noch weit getrieben, so daß Selbstzündung
eintritt. Wenn der Zylinder an das Ende seines Hubes gelangt, ,so wird er infolge
der Kompression des Gasgemisches stark gebremst. Das Beharrungsvermögen ödes Kolbenkopfes
42 sucht seine Bewegung im Sinne des Pfeiles 151 aufrechtzuerhalten, und da sich
die Rolle auf dem gestreckten Teil der Daumenschiene befindet, so kann der Kolbenkopf
42 unter der Nase 46 heraustreten und .die Stellung Abb. 2 einnehmen.
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Die Hilfsdrehvorrichtungen und die Vorrichtungen zur Sicherung gegen
Stöße sind im voraufgehenden genügend erläutert.
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Arbeitsweise der Stabilisierungsvorrichtung. In der Praxis muß man
sich darum kümmern, was eintreten würde, falls .aus irgendeiner Ursache eine Störung
in der Maschine ,auftreten würde, da die Bewegungen des Zylinders. i i und des Kolbens
14 vollkommen frei stattfinden. Es ist zunächst zu bemerken, daß beim Hub in Richtung
des Pfeiles 15 o des Zylinders und 15 i des Kolbens die Bewegung des.
Kolbens 14 und des Zylinders i i so berechnet sind, daß die Expansion der verbrannten
Gase zunächst teilweise in lebendige Kraft der biewelgten Teile umgewandelt wird
und sich in drei Arten wiederfindet: Kompression, Austreiben in den Behälter 54
Aufspeichern im Luftkissen. Die Arbeit der Entspannung des Luftkissens muß also
bis auf ein Geringes gleich sein der Aufspeäche@ rungs- und Kompressionsarbeit,
die der Explosion der Gase vorausgeht. Wenn aus irgendeiner Ursache hierin eine
Störung eintritt,- so werden Kolben 14 und Zylinder i i anormale Hube ausführen,
-.d. h. verschiedener Ausschlagsweite und Frequenz, als ur, sprünglich für den Apparat
vorgesehen war.
Nimmt man z. B. an, daß eine plötzliche und zufällige
Anreicherung der Explosionsmischung eintritt, so treten folgende Erscheinungen auf
.Beim ersten Hingang wird der Kolben einen stärkeren Impuls erfahren und demnach
am Ende des Hubes das Luftkissen unter einem höheren Druck zusammendrücken- als
der im Behälter 54 herrschende.
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Bei der ersten Rückkehr wird der Kolben durch das überspannte Luftkissen
gegen das Verschlußstück 12 geschleudert und preßt, am Ende der Rückbewegung angelangt,
die Explosionsmischung zu stark zusammen. Infolgedessen wird die Explosion heftiger
stattfinden. Untersucht man dagegen die Erscheinungen infolge plötzlicher und zufälliger
Verarmung der Explosionsmischung, so kommt man zu folgenden Schlüssen: Bei dem ersten
Hingang erhält der Kolben 14 eine zu schwache Energie, um die nötige Menge Druckluft
in den Behälter 54 überzudrücken. Am Ende des Hubes bleibt demnach eine Luftschicht
vorhanden, die zwar denselben Druck besitzt wie der Behälter 54, aber in größerer
Menge vorhanden ist, als vorgesehen war.
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Bei dem ersten Rückhub wird der Kolben 14 durch das Luftkissen gegen
den Bodeiv 12 geschleudert und erhält während dieses Weges einen überstarken Impuls,
da das Volumen; des Luftkissens ein größeres ist, obschon sein Kompressionsdruck
gleich dem Vorgehenden bleibt. Am Ende des Weges preßt der Kolben 14 die Explosionsladung
zu stark zusammen. Man sieht also, daß die Folgen einer Abschwächung der Explosion
am Ende eines vollständigen Hinundherganges dieselben sind wie die einer unnormalen
verstärkten Explosion.
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Aus den obigen Erläuterungen ist ersichtlich, daß die Arbeitsweise
des Apparates, soweit er bisher beschrieben wurde, eine unbeständige ist, mit anderen
Worten, daß, wenn irgendeine störende Ursache die normale Arbeitsweise behindert,
selbst wenn diese, Ursache in der Folge verschwindet, das hin und her gehende System
nicht von selbst wieder sein Gleichgewicht findet, sondern bestrebt. ist, immer
mehr von diesem abzuweichen. Die weiter oben beschriebene Stabilisierungsvorrichtung
bezweckt, diesen übelstand zu beseitigen. Es wird - im folgenden klargelegt, wie
diese Vorrichtung arbeitet bei plötzlichex und zufälliger Erhöhung der Explosionskraft.
Der Fall einer Verminderung kommt nicht weiter in Betracht, da er erst bei dem nächsten.
Hinundhergang zur Geltung kommt durch voraufgehende verstärkte Kompression und dann
durch eine Verstärkung der Explosionskraft. Man nimmt zunächst an, daß der Kolben
14 in Richtung des Pfeiles 15 1 und der Zylinder in Richtung des Pfeiles
15 o durch die Entspannung der verbrannten Gase bei unnormaler Anreicherung
der Ladung fortgeschleudert wurde. Der Kolben 14 und der Zylinder i i werden etwas
über ihre theoaretischen Totpunkte hinausgehen, und infolge. dessen wird das zwischen
ihnen liegende Luftkissen auf einen .größeren Druck zusammengepreßt als derjenige,
der in dem Behälter 5 4 herrscht. Wenn aber der Druck -der Kam. pressionsluft den
der normalen Kompression überschreitet, so hebt sich das Ventil) i io (Abb. 5) und
stellt die Verbindung her zwischen dem toten Raum des Zylinders i i mit dem Hilfsbehälter
107 . Letzteres ist in diesem Augenblick vollkommen nacht außen abgeschlossen,
da der Hebel 97 die in Abb.5 gezeigte Stellung einnimmt und die Öffnung 114
nicht gegenüber der öffnung 1i3 steht. Demnach wird der überschuß an lebendiger
Kraft der hin und her gehenden. Teile gedämpft, und zwar nicht nur durch die Kompressionsarbeit
des im Zylinderraum befindlichen Luftkissens, sondern durch eine Kompressionsarbeit,
welche gleichzeitig auf die in dem Tatraum befindliche Luft und auf die des Hilfsbehälters
io7 einwirkt. Sobald die Bewegung des hin und her gehenden Systems aufhört und umkehrt,
schließt das Ventil i i o den Kanal i o9. Lediglich das Luftkissen, welches durch
seine Expansion. den Kolben 14 und den Zylinder i i beeinflüßt, ist in dem Zylinderraum
zwischen dem Kolben 14 und dem Boden 13 zurückgeblieben, in dem Moment, wo das Ventil
i i o auf seinen Sitz zurückgefallen ist. Der Kolben 14 und der Zylinder i i vollenden
demnach ihren Rückgang unter dem Impuls eines Luftkissens, dessen Volumen kleiner
ist als das normale, dessen Druck aber höher isst als der normale. Es ist leicht
einzusehen, daß die Expansion eines derartigen Luftkissens gleichwertig sein kann
dem theoretischen Luftkissen, und daß demnach die Umkehrbewegungen in vollkommen
korrekter Weise vor sich gehen. Tatsächlich ist rechnerisch erwiesen, da.ß --im
allgemeinen, die Dämpfung anormaler Hinundherbewegun.-gen und die Rückkehr zur theoretisch
normalen Arbeitsweise nicht im Laufe eines einzelnen Hubes stattfinden, daß aber,
wenn der Umfang des Hilfsbehälters io7 passend gewählt ist, und zwar entsprechend
dem normalen Volumen des Tatraumes., man eine Stabilisierung des Apparates erhält,
bei welcher jede Störung des normalen Ganges nach wenigen Hinundherbewegungen korrigiert
wird.
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Während des Rückganges des Kolbens 14 und des Zylinders i i legt die
Pleuelstange 94 den Hebel 97 in Richtung des Pfeiles 15 i um. In einem bestimmten
Punkt stehen die Offnungen 114 gegenüber den öffnungen i i 3. Es
stellt
sich demnach Verbindung eüi' zwischen. dem Hilfsbehälter io7 und dem Druckluftbehälter
54 durch die Kanäle 135, zig .und za 5. Auf diese Weise wird der Druck der -in dem
. Behälter 107 eingeschlossenen Luft selbsttätig auf den Kompressionsdruck
gebracht, der, wie erinnerlich, der normale Druck des Luftlflssens ist. Die Vorrichtung
befindet sich demnach hieN iri Arbeitsstellung für den nächstfolgenden Hiiiundhergang.
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Arbeitsweise der Vorrichtung zum Einspritzen von Brennstoff. Die voraufgehend
beschriebene Maschine kann auch entsprechend einem motorischen Verbrennungszyklus
arbeiten, wie in -der Einleitung vorliegender Beschreibung- angegeben wurde, ohne
daß wesentliche Änderungen in seinem Bau erforderlich sind. @ Der Boden 12, statt
mit einer Kerze 59 versehen zu werden., wird in der in Abb. 6 dargestellten Weise
ausgerüstet. Der Vergaser 27 fällt weg, und es wird direkte Verbindung hergestellt
zwischen dem Behälter 154 und der Leitung 26.
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Das Einspritzen des Öles findet am Ende des Kompressionshubes des
Zylinders und des Kolbens statt, wobei der Zylinder i r, wie bereits erklärt wurde,
in Richtung des Pfeiles i5 i und der Kolben 14 in Richtung des Pfeiles
150 sich bewegen. Die Einspritznadel 130 wird am Ende des Hubes abgehoben,
da ihr Kopf z3 i gegen den festen, aber regelbaren Anschlag z32 stößt. Als Einspritzvorrichtung
kann man eine solche beliebiger bekannter Art verwenden. Diese bewirkt die Zerstäubung
und die Einspritzung des brennbaren Öles in das Innere des Zylinderraumes, wo die
Verbrennung stattfindet.