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Brennkraftmaschine mit geschlossenem Kurbelgehäuse und Lufteinlaß
am Gehäuse Bei Brennkraftmaschinen, namentlich für Kraftwagen, ist es schwierig,
das Öl im Kurbelkasten in voller Reinheit zu bewahren. Wasser und unverbrannte Brennstoffteilchen
gelangen aus dem Verbrennungsraume gewöhnlich in Gasform über die Kolbenringe nach
dem Kurbelkasten, kondensieren und mischen sich, insbesondere nach dem Auftreffen
auf die verhältnismäßig kühle Wandung des Kurbelkastens, mit dem Öl. Die Schmierwirkung
des Öls wird dadurch erheblich beeinträchtigt, und ist, etwa bei Verwendung von
schwefelhaltigem Brennstoff, Schwefel darin enthalten, so bildet er mit dem Wasser
eine Säure, die zur schlechten Schmierwirkung noch eine schädliche Ätzwirkung hinzufügt,
wodurch die Lebensdauer des Motors stark verkürzt wird.
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Die Erfindung beseitigt diese Mängel und kennzeichnet sich wesentlich
dadurch, daß die zwischen Zylinderwand und Kolben durchtretenden Leckgase unmittelbar
vor der Eintrittsstelle nach außen gespült werden. Dies geschieht vorzugsweise mittels
Öffnungen in der Zylinderwand, durch welche die im Kurbelkasten kreisende Luft unter
Mitnahme der Leckgase ausströmt, also eine Spülwirkung ausübt.
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Damit dieser Spülstrom volle Wirkung entfaltet, müssen die aus dem
Verbrennungsraume durchtretenden Produkte gasförmig sein, da die strömende Luft
gegen Flüssigkeitsteilchen wenig wirkt. Läßt man die Leckgase in der gewöhnlichen
Weise über den Kolbenmantel langziehen, so wird infolge der Berührung der Gase mit
den kühleren Teilen des Kolbenmantels und der Zylinderwandung eine gewisse Kondensation
eintreten. Zweckmäßig bringt man daher Kanäle im Kolben nahe dem Kolbenboden für
den Durchtritt in das Innere des Kolbens an, wo die Hitze groß genug ist, um die
Flüssigkeiten im Gaszustande zu halten. Man vermindert damit auch den Druck der
Gase vor ihrem Zusammentreffen mit dem Spülluftstrom, wobei auch die Verdampfung
befördert wird. Zur weiteren Herabsetzung des Drucks der Leckgase kann man auch
noch eine Ringnut im Kolben sowie eine zweite, zweckmäßig etwas kleinere Öffnung
als die bereits erwähnte Öffnung in der Zylinderwand oberhalb der letzteren anbringen,
so daß hier die mit Schmieröl gemischten Leckgase, die zwischen Zylinder 'und Kolben
ihren Weg finden, als feiner Strahl am besten in den die Ventilsteuerung enthaltenden
Raum übertreten können, wo sie zur Schmierung beitragen, zumal wenn die Ventilstöpsel
sonst nicht geschmiert werden.
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Die für den Spülstrom benötigte Druckluft läßt sich auf mancherlei
Weise beschaffen. Man könnte dazu eine besondere Pumpe benutzen,
besser
noch. die der Maschine inne-* wohnende Pumpwirlcung, wodurch auch noch die Verdünnungsstoffe,
die unter Umständen doch ihren Weg in den Kurbelkasten finden, entfernt werden.
So wird beim Anlassen und bei noch kalter Maschine der Kolben Wasser-und Brennstofftröpfchen
durchlassen, für die, wie schon erwähnt, der Spülstrom von geringer Wirkung ist.
Auch bei sehr hoher Maschinengeschwindigkeit kann, wie noch weiter erläutert werden
soll, sehr erhebliche Durchlässigkeit auftreten, die jedoch immer nur eine kurze
Zeit dauert. Aber wie auch diese Verdünnungsstoffe ihren Weg in den Kurbelkasten
finden mögen, so bewirkt doch der im folgenden beschriebene Vorgang ihre restlose
Entfernung.
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Diese eigene Pumpwirkung der Maschine beruht auf der Fliehkraftwirkung
der kreisenden Kurbelwelle, wobei ein Mitreißen der Luftmassen im Kurbelkasten um
die Welle herum erfolgt und die Luft teilweise in tangentialer Richtung zum Kurbelkreis
fortgeschleudert wird. Die Maschinenzylinder bilden unter dem Kolben Taschen, in
denen sich diese fortgeschleuderte Luft sammelt und ein Druckluftkissen bildet,
das dem Abfluß der Leckgase entgegenwirkt und diese Gase mit Luft gemischt durch
die erwähnten Öffnungen der Zylinderwand in die Außenluft treibt. Dieser Ausstoß
könnte offenbar nur kurze Zeit dauern, wenn nicht Frischluft als Ersatz und zum
Ausgleich für die ausgetriebene Luft in den Kurbelkasten eingelassen und dadurch
Vakuumbildung vermieden würde. Daher werden Lufteinlässe im Kurbelkasten vorgesehen,
und zwar in solcher Anordnung, daß die durch die Kurbelwelle in Wirbel versetzte
Luftmasse einen Luftzufluß durch diese Einlässe als Ersatz für die ausgestoßene
Luft herbeiführt.
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Die schnelle Bewegung der Kurbelwelle erzeugt eine innige Mischung
der zufließenden Luft mit dem Maschinenöl, und diese Durchlüftung bei der sehr hohen
Temperatur im Kurbelkasten bewirkt, daß die Luft einen erheblichen Teil der im Öl
vorhandenen leichter als das Öl siedenden Verdünnungsstoffe aufnimmt und sie in
Dampfform durch die Öffnung oder Öffnungen im Zylinder ausbläst. Durch die vereinigte
Wirkung der Wärme und der innigen Durchmischung der Luft und Flüssigkeit erfährt
das Maschinenöl gewissermaßen eine Destillation. Zur Steigerung der Wirkung kann
man die zuströmende Luft vor ihrem Eintritt in den Kurbelkasten auch noch vorwärmen.
Es gelingt mit diesen Maßnahmen, große Mengen Verdünnungsstoffe, die mit dem Kurbelkastenöl
gemischt sind, in kurzer Zeit auszuscheiden. Es kann diese Destillierung auch unabhängig
von der Einrichtung zur Verhütung des Eintritts von Leckgasen in den Kurbelkasten
Anwendung finden. Ein Bedenken könnte dahingehend geltend gemacht werden, daß der
ausgestoßene Luftstrom erhebliche Mengen Schmieröl mit sich reiße. Allein die Zurückführung
des mitgenommenen Öls in den Kurbelkasten ist leicht zu bewirken, indem man eine
Vorrichtung zum Abscheiden des Öls von den Gasen vorsieht. Weiter kann man auch
noch eine Öffnung anbringen, durch die das wiedergewonnene Öl in den Kurbelkasten
zurücktröpfeln kann.
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Wenn auch der aus der Ventilkammer austretende Luftstrom in bekannter
Weise zur Vergasung Verwendung finden kann, so ist es doch wohl zweckmäßiger, ihn
in die Außenluft abzuleiten, um Verstopfungen des Vergasers durch die von dem Luftstrome
mitgeführten Verunreinigungen zu verhüten und schädliche Verbrennungsprodukte ganz
aus der Maschine zu entfernen.
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Auf der Zeichnung sind Abb. i ein senkrechter Schnitt eines V-Motors
mit den neuen Einrichtungen, Abb. 2 ein Längsschnitt eines Zylinderstücks mit den
Kolben in vergrößertem Maßstabe, Abb. 3 eine Teilansicht der Maschine nach Abb.
i mit einem der Lufteinlässe geschnitten, Abb. q. ein Schnitt des Motors wie Abb.
i in abgeänderter Bauart, Abb. 5 ein waagerechter Schnitt des Luftreinigers in der
Maschine nach Abb. q. und Abb. 6 ein senkrechter Schnitt einer Maschine mit senkrecht
stehendem Zylinder mit den neuen Einrichtungen.
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In der Ausführung nach Abb. i bis 3 besitzt die Maschine die üblichen
Zylinder io, Kolben ii, Pleuelstange 12, eine Kurbelwelle 13 mit Kurbelkasten 1q.
und eine Kammer 15 für die Ventilsteuerungsteile, wie Federn, Stoßstangen und zugehörige
Teile, wie dies links in der Abb. i erkennbar ist, während in den anderen Abbildungen
diese Teile der Übersichtlichkeit wegen fortgelassen sind.
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In einer solchen Maschine lecken die hauptsächlich aus verbrannten
Gasen, Wasserdampf und unverbranntem Brennstoff bestehenden Verbrennungsprodukte
am Umfang der Kolben in den Kurbelkasten, wo sie bei Berührung mit dessen Kühlerwandung
kondensieren und das Schmieröl verdünnen. Um diese Leckgase vom Kurbelkasten abzulenken
und in die Außenluft zu führen, sind in der Zylinderwand Öffnungen 21 angeordnet,
die zweckmäßig durch die Ventilkammer i5 und die Luftkanäle 25 in deren Deckeln
zur Außenluft führen. In den unteren Teilen der Zylinder befindet sich Luft oder
Gas unter Druck, das dem Eintritt der Leckgase in den Kurbelkasten entgegenwirkt
und durch die Öffnungen 2i austritt und dabei diese Gase mitnimmt, also eine Art
Ausspülung des Kurbelkastens bewirkt. Zweckmäßig werden die Öffnungen 21 reichlich
hoch oben im
Zylinder angebracht, damit die Leck-gase schon ausgetrieben
werden, ehe sie durch Berührung mit kälteren Teilen der '.Maschine kondensieren
können.
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Um das Geräusch der ausströmenden Luft zu mindern, sind die Innenkanten
der Öffnungen 21 weggefräst, so daß auch der Widerstand für die austretende Luft
dadurch geringer ist.
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Um weiter die Kondensation der Leckgase beim Berühren der kälteren
Teile des Kolbenmantels und der Zylinderwandung zu verhüten, sind im Kolben nahe
seinem Boden Kanäle oder Öffnungen vorgesehen, die in der Weise hergestellt werden,
daß der untere Kolbenring bei 27 (Abb.2) geschlitzt oder genutet und der Boden der
Ringnut mit Bohrungen 28 versehen wird. Diese Öffnungen 28 lassen überschüssiges
Schmieröl, das anderenfalls seinen Weg über die Kolbenringe in den Verbrennungsraum
hineinnehmen würde, zurücklaufen und dienen überdies dazu, durchleckende Verbrennungsprodukte
in den Kolbeninnenraum zu leiten, wo sie durch die Wärme in der Nähe des Kolbenbodens
in gasförmigem Zustande erhalten bleiben, so daß sie auch leicht durch den spülenden
Luftstrom aus dem Zylinder ausgetrieben werden können. Hierbei wird auch eine Druckminderung
der Leckgase bewirkt, die schon an sich dazu beiträgt, sie in gasförmigem Zustande
zu halten, und jede Möglichkeit beseitigt, daß die Gase den Kolbenboden mit so hohem
Druck erreichen, daß dadurch der Gegendruck des spülenden Luftstromes aufgehoben
würde.
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Am Kolbenumfang ist ein Raum zur Aufnahme der Leckgase und des überschüssigen
Schmieröls vorgesehen, und zwar zweckmäßig in Form einer Ringnut 31, während Öffnungen
32 in der Zylinderwand, von denen nur eine dargestellt ist, oberhalb der Öffnungen
21 und von kleinerem Durchmesser als letztere, angeordnet sind. Während des Kolbenspiels
fällt die Ringnut 31 mit den Öffnungen 32 zusammen, und dann bewirkt der Druck der
in der Nut eingeschlossenen Leckgase ein Ausspritzen dieser an Öl reichen Gase in
Nebelform in die Ventilkammer 15. Eine einzige Öffnung 32 im Zylinder könnte wohl
genügen, man wird aber besser mehrere solcher Öffnungen 32 vorsehen, um die Spritz-
oder Zerstäubungswirkung aus der Ringnut 31 zu verteilen.
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Durch den Druck in den unteren Zylinderräumen wird Luft absatzweise
durch die Öffnungen 21 der Zylinderwände in die Ventilkammern getrieben, und dabei
werden Leckgase, namentlich solche, die durch die Öffnungen 27, 28 zutreten,
mitgenommen. Beim Durchziehen der Ventilkammern vereinigen sich die Luft und Gase
mit den durch die Öffnungen 32 zutretenden Gasen, und das Gemisch entweicht dann
durch die Luftkanäle 25 in die Außenluft, wobei Prallwände 53 dazu dienen, Ölteilchen
aus dem Gasstrome auszuscheiden. Das so abgefangene Öl sammelt sich auf dem Boden
der Ventilkammer und fließt durch die Abläufe 3o in den Kurbelkasten zurück. An
Stelle der Prallwände 53 können jedoch auch andersartige Ölscheider Anwendung finden.
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Wie schon erwähnt, ist es besonders zweckmäßig, die für den Ausspülstrom
erforderliche Druckluft durch eine der Maschine innewohnende Pumpwirkung zu beschaffen,
nämlich von der Drehbewegung der Kurbelwelle abzuleiten. Die Welle zieht beständig
die im Kurbelkasten enthaltene Luft mit sich und schleudert sie in tangentialer
Richtung fort, wodurch nahe der Wellenachse eine Zone niedrigen Drucks und weiter
entfernt von der Achse eine Zone hohen Drucks erzeugt wird. Die unteren Zylinderenden
bilden Taschen, die die tangential abgeschleuderte Luft aufnehmen, die einen Widerstand
gegen die in den Kurbelkasten niederströmenden Verbrennungsprodukte bildet.
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Durch die Anordnung eines Lufteinlasses kann man Frischluft als Ersatz
für die durch die Öffnungen 21 ausgetriebene Luft einsaugen und damit eine Art Luftzirkulation
durch den Kurbelkasten erhalten. Einen solchen Lufteinlaß bilden die Kanäle 5o mit
Prall-wänden 31 und 52 und inneren Mündungen, die in der Richtung der Drehbewegung
der Wellen liegen, so daß die Welle eine Saugwirkung auf den Inhalt des Kanals 5o
ausübt.
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Aber es wird dabei nicht nur Luft in den Kurbelkasten eingesaugt und
durch die Öffnungen der Zylinderwand ausgetrieben, die Bewegung der Kurbelwelle
bewirkt auch eine vollständige Vermischung der Luft mit dem Inhalt des Kurbelkastens,
und dies hat eine Verdampfung der mit dem Schmieröl vermischten Verdünnungsstoffe
zur Folge. Gefördert wird diese Vermischung natürlich durch die dem Kurbelkasten
vom Verbrennungsraume übermittelte Wärme, zweckmäßig wärmt man aber noch die Luft
vor ihrem Eintritt in den Kurbelkasten für den Zweck vor. Dies geschieht hier in
der Weise, daß der Kanal 50; wie dargestellt, über die heiße Zylinderwandung geführt
ist.
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Die äußeren Enden der Luftkanäle 5o münden in der Richtung des Luftstromes
aus, der durch den gebräuchlichen Kühlerventilator erzeugt und mit 55 angedeutet
ist. Dazu kommt in Betracht, daß die '.Maschine über einen wirksamen Luftreiniger
verfügt. Bei sehr hohen Geschwindigkeiten vibrieren die Kolben und Ringe in dem
Maße, daß erhebliche Mengen Verbrennungsgase unter hohem Druck in den Kurbelkasten
eindringen. Dieser Druck ist so hoch, daß er den Druck der abgeschleuderten Luftmassen
übertrifft und daher Verbrennungsgase durch die Öffnungen im Kurbelkasten
ausgestoßen
werden, die gewöhnlich doch zum Einführen von Luft dienen sollen. Diese Erscheinung
wird zweifellos noch durch die Saugwirkung des Luftstromes des Ventilators und die
auf die äußeren Mündungen der Kanäle 5o wirkende Bewegung des Kraftwagens erhöht.
Die ausgeblasenen Gase haben den gewöhnlichen Ölgehalt, so daß die Wände der Einlässe
reichlich mit Öl befeuchtet werden, das seinerseits etwaigen Staub aufnimmt. Läuft
danach die Maschine wiederum mit sehr hoher Geschwindigkeit, so erneuert sich dieser
Ölüberzug. Man kann aber auch irgendeinen Luftreiniger bekannter Bauart an den Einlaßöffnungen
anordnen.
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Mit der Nutzbarmachung der Bewegung der Kurbelwelle für die Pump-
oder Druckzwecke ist noch der Vorteil verbünden, daß die Pumpwirkung bei jedem der
Zylinder wesentlich gleichmäßig wirksam ist.
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In der Ausführungsart nach Abb. q führen die Lufteinlaßkanäle 2o zu
einer Stelle nahe der Kurbelwellenachse, wo, wie schon gesagt, eine Zone niedrigen
Druckes liegt. Auch ist hier am äußeren Ende des Einlaßkanals ein Luftreiniger q.o
eingebaut, der in Abb. 5 gesondert dargestellt ist. Er besteht aus einem Kurzrohr
41 über dem Einlaßende des Luftkanals 2o, das sich in der Richtung des von dem gewöhnlichen
Kühlerventilator erzeugten und durch längere Pfeile angedeuteten Luftstromes verjüngt.
Gleichachsig im Kurzrohr ist eine Schale q.a angeordnet, die die Einlaßmündung des
Luftkanals 2o abdeckt und gegen den Luftstrom des Ventilators" schützt. Dabei werden
die schwereren Staubteilchen u. dgl. über die Kanalmündung weggeführt, und der Kurbelkasten
wird daher mit reinerer Luft gespeist. An Stelle der einzigen Prallfläche 53 (Abb.
1) sind in Abb. q. und 6 mehrere Prallflächen 26 vorgesehen. Die Abb. 6 veranschaulicht
die Neuerung bei einem Motor mit senkrecht stehendem Zylinder, der Öffnungen 22
im Kolbenmantel besitzt, die mit der Öffnung 21 zusammenfallen.