DE53323C - Gasmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei den mittelst eines explodirenden Gemenges bethätigten Kraftmaschinen ist die durch die Explosion entwickelte Temperatur so hoch, dafs man gezwungen ist, den Cylinder auf künstlichem Wege abzukühlen, um den Cylinder, den Kolben und die Liderungen vor zu schneller Abnutzung zu bewahren. Durch die Abkühlung der Cylinderwandungen erleiden diese Motoren einen bedeutenden Verlust an Wärme,- welcher einen übermäfsigen Verbrauch an Leuchtgas oder Kohlenwasserstoff bedingt. Diese Erfindung hat den Zweck, diesen Uebelstand einzuschränken.

Wir erreichen dies dadurch, dafs wir die von der Explosion herrührenden heifsen Gase daran verhindern, mit den metallischen Wandungen des Cylinders und des Kolbens, welche gegen einander schleifen, in Berührung zu kommen. Es geschieht dies durch eine Masse reiner atmosphärischer Luft, welche sich vor dem explodirenden Gemenge befindet bezw. diesem vorausgeht.

Unser Motor ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt. Fig. 1 ist ein senkrechter Längenschnitt, Fig. 2 ein Querschnitt nach der Linie 1 -.2 der Fig. 1, und Fig. 3 ein waagrechter Schnitt nach der Linie 3-4 der Fig. ι.

Der Arbeitscylinder, in welchem der Kolben P sich bewegt, hat an seinem hinteren Ende keinen Boden, sein vorderes Ende ist durch den Deckel F abgeschlossen.

Der Kolben P endigt in einen Tauchkolben p, welcher mittelst Bolzen g, Fig. 3, an P befestigt ist.

In dem Deckel F befindet sich ein Saugventil α und eine Oeffhung b; durch letztere und einen ein Rückschlagventil d enthaltenden Kanal steht der vordere Theil des Arbeitscylinders mit einem Luftbehälter R in Verbindung , welcher in dem Maschinengestell untergebracht ist; dieser Behälter communicirt ferner noch durch das Rohr O, Fig. 2, und das Ventil .S¹ mit dem Arbeitscylinder.

Das Ventil S¹ wird durch den von dem Daumen c beeinflufsten Winkelhebel Y bewegt und, sobald der Daumen c nicht mehr wirkt, durch eine Feder r gegen seinen Sitz zurück · geführt.

Wenn das Ventil S¹ gesenkt bezw. geöffnet ist, so gestattet es der verdichteten Luft des Behälters R, sich in den Arbeitscylinder zu stürzen; es geschieht dies, wenn der Kolben P seine rückgängige Bewegung ausführt. Das Leitungsrohr O mufs in der Weise schräg in den Cylinder einmünden, dafs die aus dem Behälter R kommende atmosphärische Luft unter einem gewissen Winkel auf den Tauchkolben ρ trifft, so dafs diese Luft gezwungen ist, die hintere Fläche des Kolbens P zu bespülen, wenn dieser seinen Rückgang ausführt.

Der Tauchkolben ρ bewegt sich in dem cylindrischen Theil B eines Expansionscylinder genannten Cylinders, welcher Theil einen etwas gröfseren Durchmesser als der Tauchkolben hat.

Der Theil B¹ des Expansionscylinders ist konisch gestaltet und an dem dem Kolben zugekehrten Ende am weitesten; der Theil B² bildet die Explosionskammer. Der Tauchkolben

des Treibkolbens, der Expansionscylinder, der konische Raum und die Explosionskammer, welche Theile allein mit den von der Explosion herrührenden heifsen Gasen in Berührung kommen sollen, müssen derart gebaut sein, dafs ihre Wandungen keine Wärme durchlassen. Zu diesem Zwecke kann man die Theile B B¹ B² aus Gufseisen herstellen und den leeren Raum, welcher zwischen diesem metallischen Kern und der äufseren Umhüllung X vorhanden ist, mit feuerfestem, Wärme sehr schlecht leitenden Material ausfüllen.

Um ferner das Ausstrahlen von Wärme zu verhüten, können der Mantel X, sowie auch der Arbeitscylinder mit Holz oder Korkbändern bedeckt werden.

Der von dem hohlen Tauchkolben ρ umschlossene Raum kann mit feuerfestem Material ausgefüllt werden oder leer bleiben. Man kann auch den Mantel X innen mit feuerfestem Material (Fig. 5) ausfüttern und den metallischen Kern des Tauchkolbens mit demselben feuerfesten Material bekleiden.

E, Fig. 3, ist die Gaspumpe, welche im gewollten Augenblick Gas in die Explosionskammer hineindrückt.

Dieses Gas hebt zunächst das Rückschlagventil e und tritt darauf in das Rohr / ein, welches in die Explosionskammer einmündet.

Die Stange T des Kolbens H der Gaspumpe ist durch ein Querstück mit dem Kreuzkopf G verbunden. Der Kolben H hat folglich denselben Hub wie der Treibkolben P. Das Rückschlagventil e verhütet das Eindringen der Verbrennungsproducte in den Pumpenstiefel E.

Das unter dem Zubehör des Regulators aufgestellte Ventil m, Fig. 1, gestattet dem aus der Gasleitung im Voraus entnommenen Gas, durch das Rohr η in den Pumpenstiefel E zu fliefsen und letzteren zum Theil zu füllen, wenn der Kolben H seine Vorwärtsbewegung ausführt. Dieses Saugventil wird durch einen Daumen und einen Winkelhebel in ähnlicher Weise, wie in Fig. 2 für das Ventil S¹ angegeben, bewegt. Das Ventil m bleibt also nicht während des ganzen Vorwärtsganges des Kolbens H geöffnet; die Zeit, während welcher es die Ansaugung von Gas gestattet, ist gleich derjenigen, während welcher die vorgängige Compression stattfindet.

Es sei xy^l %, Fig. 6, der Halbkreis, welchen die Kurbelwarze beschreibt, während der Kolben seine Rückwärtsbewegung ausführt, d. h. während er vor seiner Vorderfläche Luft ansaugt und mit seiner Hinterfläche die Verbrennungsproducte austreibt. Die Ventile S und S¹ öffnen sich in dem Augenblick, wo die Kurbelwarze im Punkt χ ist; ferner öffnet sich auch das Saugventil a, Fig. 1, zu dieser Zeit.

Die Ventile S und S¹ bleiben so lange geöffnet, bis die Kurbelwarze im Punkte y¹ ankommt.

Während die Kurbelwarze den. Bogen y^l % durchläuft, findet die vorgängige Compression statt. Sobald die Kurbelwarze im Punkte \ anlangt, tritt die Explosion ein und es führt nun, während die Kurbelwarze den Halbkreis \y χ durchläuft, der Treibkolben P den Arbeitshub aus.

Der Kolben H der Gaspumpe E saugt Gas an, während der Bogen \y, welcher gleich dem Bogen y^l \ ist, durchlaufen wird, da das Ventil m alsdann geöffnet ist. Während die Kurbelwarze den Bogen y χ durchläuft, bleibt das Ventil m lediglich durch die Wirkung seiner Feder geschlossen.

Das Austrittsventil S, Fig. 1, empfängt die erforderlichen Bewegungen durch einen Daumen /, Fig. 3, einen dem Hebel Y, Fig. 2, ähnlichen Winkelhebel und den Kniehebel D, Fig. i._ ■

Es ist zu bemerken, dafs die Führungsrolle m", Fig. 3, des Winkelhebels des Ventils S zwischen dem Expansionscylinder und der Transmissionswelle Z untergebracht sein mufs.

Da die wesentlichen Theile der Maschine nunmehr beschrieben sind, werden wir jetzt den von den Gasen gemachten Kreislauf und die Wirkungsweise der ganzen Vorrichtung erläutern.

Der Kreislauf umfafst die folgenden Perioden:

Erste Periode. Compression des Gemenges von Luft und Leuchtgas, sowie der reinen atmosphärischen Luft, welche dem explodirenden Gemenge vorangehen soll, vom atmosphärischen Druck auf einen Druck von 2, 3, 4 ... Atmosphären.

Zweite Periode. Explosion des explosiblen Gemenges und Ausgleich zwischen der Spannung der Verbrennungsproducte und derjenigen der verdichteten atmosphärischen Luft.

Dritte Periode. Expansion der Verbrennungsproducte und der verdichteten atmosphärischen Luft bis zu dem Druck, welchen die Gase beim Entweichen haben sollen.

Vierte Periode. Herausdrücken der verbrannten Producte in die Atmosphäre, sowie Austreiben der atmosphärischen Luft, welche eben mit thätig war.

Betrachten wir jetzt den Augenblick, wo der Treibkolben, nachdem er unter dem Einflufs der Explosion, der Expansion der Verbrennungsproducte und der verdichteten atmosphärischen Luft das vordere Ende des Arbeitscylinders erreicht hat, durch das Beharrungsvermögen des Schwungrades über den todten Punkt hinweggeführt und nach dem hinteren Ende des Cylinders bewegt wird, während gleichzeitig das Auslafsventil S den ver-

brannten Gasen Austritt in die Atmosphäre gewährt.

Die Verbrennungsproducte, welche den Expansionscylinder füllen, sowie die atmosphärische Luft, welche sich in dem ringförmigen Raum zwischen dem Tauchkolben ρ des Treibkolbens und dem Arbeitscylinder A befindet,-müssen vollständig ausgetrieben werden. Dies geschieht in folgender Weise:

Der Kolben P drückt während der Arbeitsperiode, d. h. während die Kurbelwarze den Halbkreis \y χ durchläuft, mit seiner Vorderfläche die atmosphärische Luft, welche er durch das Ventil α bei dem vorhergehenden Hub, d. h. während die Kurbelwarze den Halbkreis χ y^l ^ durchlief, angesaugt hatte, durch das Rückschlagventil d, Fig. i, in den Behälter R.

Sobald der Kolben P an das Ende seines Hubes gekommen ist, ist die Luft des Behälters R von i,i auf 1,2 Atmosphären verdichtet.

Unmittelbar darauf wird das Auslaisventil 5 durch Verminderung des Daumens m'", Fig. 3, geöffnet. Ein wenig später öffnet auch der Daumen c das.Ventil S¹. Die Verbrennungsproducte können dann durch das geöffnete Auslafsventil S in die Luft getrieben werden, während das geöffnete Ventil S¹ der verdichteten Luft des Behälters R Eintritt in den Arbeitscylinder gewährt. Diese verdichtete Luft stürzt sich nun durch den schrägen Kanal g\ Fig. ι und 2, auf den Tauchkolben ρ und treibt die atmosphärische Luft, welche sich vom vorigen Spiel in dem ringförmigen Raum zwischen dem Tauchkolben des Treibkolbens und dem Arbeitscylinder A befindet, sowie die Verbrennungsproducte, mit welchen der Expansionscylinder gefüllt ist, nach aufsen.

Damit die Verbrennungsproducte vollständig herausgetrieben werden, ist noch folgende Einrichtung vorgesehen: Der hintere oder konische Theil des Tauchkolbens hat einen ringsum laufenden Flantsch h, Fig. 4, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des cylindrischen Theiles B, Fig. 1 und 3, des Expansionscylinders. In den konischen Theil des Tauchkolbens sind unter diesem Flantsch h kleine Kanäle i i, Fig. 4, in schräger Richtung gebohrt, durch welche Luftstrahlen hindurchgetrieben werden, welche beim Austreiben der Verbrennungsproducte in kräftiger Weise mitwirken.

Da der Kanal g¹, Fig. 1 und 2, zeitweilig den abgedichteten Theil des Treibkolbens P theilweise blofslegt, so ist es nöthig, den Querschnitt dieses Kanals an der Einmündungsstelle in den Cylinder so zu gestalten, dafs die Länge der Mündung so gering als möglich, die Breite derselben dagegen entsprechend grofs ist. Zu diesem Zwecke ist der gerade Querschnitt des Kanals g¹, welcher beim Giefsen des Arbeitscylinders in diesem gebildet ist, statt kreisförmig oval gestaltet, wie in Fig. 7 angedeutet ist.

Wenn der Treibkolben ungefähr ²/₃ seines Hubes nach rückwärts ausgeführt hat, also die Kurbelwarze gerade im Punkt y¹ angekommen ist, so sind der Arbeitscylinder und der Expansionscylinder mit frischer atmosphärischer Luft gefüllt. Das Auslafsventil 5 und das Lufteinlafsventil S¹ schliefsen sich dann gleichzeitig und die vorgängige Compression beginnt.

Es ist klar, dafs die Gröfse des von der vorgängigen Compression herrührenden Druckes dadurch verändert werden kann, dafs man das Schliefsen der beiden Ventile S und S¹ früher oder später erfolgen läfst.

Gleich nach dem Schliefsen der beiden Ventile S und S¹ drückt die Gaspumpe Gas durch das Leitungsrohr ff¹ in die Explosionskammer B ² hinein, und zwar zu der Zeit, wo die Kurbelwarze den Bogen y¹ ^ beschreibt.

Wie vorhin angegeben, läfst das Saugventil m, Fig. i, Leuchtgas in die Gaspumpe nur während eines Zeitraumes eintreten, der gleich demjenigen ist, während welchen die Compression stattfindet, weil der Bogen y¹ % gleich Bogen \y ist. Da dieses Ventil sich sodann schliefst und der Kolben H der Gaspumpe seinen Vorwärtsgang fortsetzt, so wird das Leuchtgas verdünnt und dessen Druck erniedrigt. Nach Beendigung der Arbeitsperiode wird aber beim Rücklauf- des Kolbens H der von dem Leuchtgas eingenommene Raum wieder vermindert und das Gas nach und nach auf seinen Anfangsdruck zurückgeführt, welcher gerade in dem Augenblick erreicht wird, wo die Ventile S S¹ sich schliefsen.

Während des Oeffhens des Auslafsventils S ist der Druck des Gases in der Gaspumpe geringer als der Druck, welcher in der Explosionskammer herrscht, so dafs das Rückschlagventil e, Fig. 3, das Vermengen der Verbrennungsproducte mit dem Leuchtgas verhütet.

Sobald nun die Compression in dem Expansionscylinder beginnt, beginnt sie auch in der Gaspumpe; aber da diese Pumpe keine Compressionskammer hat, so wächst der Druck des Leuchtgases sehr viel schneller als derjenige der atmosphärischen Luft, welche sich in dem Expansionscylinder befindet, obgleich der Treibkolben und derjenige der Gaspumpe dieselbe Geschwindigkeit haben. Vermöge dieser Druckzunahme des Leuchtgases stürzt sich das letztere mit einer gewissen Geschwindigkeit in die Explosionskammer und vermengt sich innig mit der atmosphärischen Luft, welche diese Kammer enthält.

Die Bewegung des Kolbens der Gaspumpe kann auch durch eine mit der Treibwelle verbundene Curvenscheibe erhalten werden, die

eine der zu erzielenden Bewegung entsprechend gestaltete Nuth enthält. Wenn der Zapfen, welcher am Ende der Kolbenstange sitzt, beständig in diese Nuth eingreift, so wird der Kolben nothwendigerweise die durch die Gestalt der Nuth bestimmte hin- und hergehende Bewegung ausführen. Man kann in diesem Falle die Gaspumpe ansaugen lassen, während die Kurbelwarze den Bogen y" y', Fig. 6, durchläuft, und hierauf durch den sofort zurückkehrenden Kolben H der Gaspumpe das Gas in die Explosionskammer drücken, während die Kurbelwarze den Bogen y¹ % durchläuft, so dafs der Kolben H in Ruhe bleibt, während die Kurbelwarze den Bogen \y xy" durchläuft.

Man sieht also, dafs, wenn der Treibkolben an das Ende seines Rückganges angelangt ist und der Tauchkolben beinahe den vorderen Theil des konischen Raumes berührt, der Expansionscylinder:

1. in dem konischen Raum 5¹ und in dem zwischen dem Tauchkolben ρ und dem cylindrischen Theil B des Expansionscylinders befindlichen ringförmigen Raum mit verdichteter atmosphärischer Luft und

2. in der Explosionskammer mit explodirbarem Gemenge gefüllt ist.

Das explodirbare Gemenge steht nothwendigerweise unter demselben Druck, wie die atmosphärische Luft des konischen und des ringförmigen Raumes. Die Berührung des explodirbaren Gemenges mit der atmosphärischen Luft findet in dem Querschnitt 6-7, Fig. i, statt.

Da aber immer in den senkrechten Luftschichten des konischen Raumes, welche dem Schnitt 6-7 benachbart sind, eine geringe Diffusion des Leuchtgases eintreten wird, so mufs der Querschnitt 6- γ die zulässig geringste Gröfse erhalten, d. h. gleich dem Querschnitt des Ausströmungsrohres gemacht werden.

In dem Augenblick, wo die Kurbelwarze im hinteren Todtpunkt ist, wird die Explosion des explodirbaren Gemenges durch einen elektrischen Funken, welcher in bekannter Weise erhalten wird, oder auch durch Flammenübertragung unter Druck bewirkt.

Dadurch, dafs die Explosion in einem von einer heifsen Wandung umschlossenen Raum stattfindet, wird der Anfangsdruck der Explosion augenblicklich erreicht. Es entsteht zwischen den in der Explosionskammer enthaltenen Verbrennungsproducten und der in dem konischen und dem ringförmigen Raum enthaltenen atmosphärischen Luft Spannungsausgleich.

Du das explodirende Gemisch seinen Anfangsdruck augenblicklich erreicht, so wirken die Verbrennungsproducte wie ein massiver Kolben auf die atmosphärische Luft des konischen Raumes und drücken diese in den ringförmigen Raum, welcher zwischen dem Tauchkolben ρ und dem cylindrischen Theil des Expansionscylinders vorhanden ist. Sind die Volumina der Luft und des explodirenden Gemenges passend gewählt, so werden nach vollzogenem Spannungsausgleich die Verbrennungsproducte die Explosionskammer und den konischen Raum vollständig ausfüllen, während die atmosphärische Luft in dem ringförmigen Raum zwischen dem Tauchkolben und dem cylindrischen Theil des Expansionscylinders untergebracht sein wird.

Nach der Explosion und nachdem das Beharrungsvermögen des Schwungrades den hinteren Todtpunkt der Kurbel überwunden hat, wirkt auf die vordere Fläche des Treibkolbens der Atmosphärendruck oder ein etwas höherer Druck, weil die beim vorigen Hub angesaugte atmosphärische Luft in den Luftbehälter gedrückt wird, wohingegen auf die hintere Fläche des Treibkolbens der Druck einwirkt, welcher von dem Spannungsausgleich zwischen den Verbrennungsproducten und der verdichteten atmosphärischen Luft herrührt; dieser Druck kann bis 14 oder 15 Atmosphären betragen.

Der Treibkolben wird folglich nach vorwärts getrieben und führt seinen Arbeitshub aus.

Wenn das Volumen des ringförmigen Raumes, welcher sich nach und nach zwischen dem Tauchkolben ρ und dem Arbeitscylinder A bildet, passend gewählt ist, so werden, wenn der Kolben am Ende seines Vorganges ist, die Verbrennungsproducte den ganzen Expansionscylinder und die atmosphärische Luft den eben genannten ringförmigen Raum ausfüllen. Die Verbrennungsproducte, welche während der ganzen Expansion von einer heifse Wärme nicht durchlassenden Wandung umgeben sind, verlieren sehr wenig Wärme, so dafs der schädliche Einflufs der Wandungen auf diese Weise ganz oder fast ganz aufgehoben ist. Der metallische Theil des Kolbens und des Arbeitscylinders befinden sich mit der atmosphärischen Luft in Berührung, welche wohl durch die Compression erhitzt worden ist, aber in dem Mafse, wie die Expansion vorschreitet, abgekühlt wird. Wird die Expansion bis zum Atmosphärendruck fortgesetzt, so wird die Temperatur dieser Luft bis zur Temperatur der umgebenden Luft herabsinken, wenn man die geringe Erhitzung aufser Betracht läfst, welche diese Luft während ihres Aufenthaltes in dem Expansionscylinder erfährt.

Der Arbeitscylinder und der Treibkolben, d. h. alle metallischen Theile, welche gegen einander reiben, werden, da sie mit verhältnifsmäfsig kalter Luft in Berührung sind, in gutem Zustande erhalten.

Der Treibkolben kehrt jetzt zurück und saugt mit seiner vorderen Fläche reine Luft durch das Ventil α an; die Ventile S und S¹ öffnen sich und die beschriebenen Vorgänge finden von neuem in der angegebenen Reihenfolge statt. Bei diesem Motor macht also der Treibkolben einen Arbeitshub pro Kurbelumdrehung.

Die Maschine wird dadurch regulirt, dafs man die Gaszufuhr gänzlich absperrt, sobald die Maschine zu schnell geht. Zu diesem Zwecke steht ein Bügel k, Fig. i, dessen beide Schenkel in cylindrischen Löchern des Lagerbockes ο geführt sind, mit der Regulatorhülse s derart in Verbindung, dafs er an den Bewegungen der Regulatorhülse, welche sich von dem Lagerbock ο entfernt oder diesem nähert, wenn die Maschine ihren Gang beschleunigt oder verzögert, theilnimmt. Die beiden Schenkel des Bügels k sind durch eine Querstange r¹ mit einander verbunden, um welche eine Schiene r¹ r" drehbar ist, die auf dem oberen Ende der Stange des Ventils m aufruht. Geht die Maschine zu schnell, so werden der Bügel k und die Schiene r¹ r" von der Regulatorhülse s mit nach vorwärts (links) gezogen. Die Schiene kommt dadurch aus dem Bereich eines auf- und abgehenden Hebels q, und es kann dann dieser Hebel, weil er nicht mehr auf die Schiene r¹ r" trifft, sondern daneben schlägt, das Gasventil m nicht mehr bewegen. Letzteres bleibt dann durch seine Feder geschlossen, und verhindert somit, dafs die Gaspumpe Gas ansaugen kann.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Gas- oder Kohlenwasserstoff kraftmaschine, bei welcher der Arbeitscylinder A hinten in einen engeren, mit einer Explosionskammer B² versehenen Expansionscylinder B ausläuft und der Treibkolben P hinten mit einem Tauchkolben ρ von geringerem Durchmesser als der Expansionscylinder B verbunden ist, dergestalt, dafs eine Masse verdichteter Luft, welche beim Rückgang des Treibkolbens hinter diesen in den Arbeitscylinder eingeführt wird:

   a) am Ende des durch das Schwungrad bewirkten Rückganges der Kolben P und ρ den zwischen ρ und B vorhandenen ringförmigen Raum, sowie die Kammer B² ausfüllt, in letzterer aber mit dort inzwischen eingeführtem Gas oder Kohlenwasserstoff gemischt ist; dagegen

   b) bei dem durch die Explosion bewirkten Vorgang des Treibkolbens vermöge des den Verbrennungsproducten innewohnenden Druckes in den sich zwischen dem Tauchkolben ρ und dem Arbeitscylinder A bildenden ringförmigen Raum geprefst wird und dadurch die Berührung der Verbrennungsproducte mit dem Treibkolben und dem Arbeitscylinder verhütet.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.