DE55481C - Gasmaschine mit zwei Kolben - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung besteht im wesentlichen in einem Gelenksystem, welches an Gasmaschinen mit zwei in demselben Cylinder arbeitenden Kolben den Zwangslauf des zweiten oder Hülfskolbens herbeiführen soll. Das neue Gelenksystem wird durch ein im Kurbelschub bewegtes Kniegelenk gekennzeichnet, dessen schwingendes Glied mit dem bewegten, an die Hülfskolbenstange angreifenden Gliede oder dem Lenker durch eine der Streckung entsprechende Mitfellage derart hindurchschwingt, dafs der Hilfskolben während der Arbeitsperiode des Hauptkolbens nahezu stillsteht, während im übrigen eine zwangsweise Antriebsverbindung zwischen der rotirenden Hauptkurbel und dem Hülfskolben geschaffen ist.

Auf beiliegenden Zeichnungen ist:

Fig. ι ein Längsschnitt einer Gasmaschine der neuen Art;

Fig. 2, 3 und 4 sind Längsschnitte mit schematischer Darstellung des die Relativbewegung des Hülfs- und Arbeitskolbens bestimmenden Mechanismus in verschiedenen Stellungen; .-

Fig. 5 ist eine Oberansicht zu dem Längsschnitt in Fig. ι;

Fig. 6 und 7 zeigen in gröfserem Mafsstabe die Construction des Hülfskolbens;

Fig. 8 ist, wie Fig. 6, eine Schnittdarstellung des Hülfskolbens in Verbindung mit einer vonder zugehörigen Kolbenstange betriebenen Gaspumpe;

Fig. 9 und 10 sind Schnittdarstellungen, welche' die Erfindung in der Anwendung auf Feuerluftmotoren zeigen;

Fig. 11 zeigt in schematischem Längsschnitt eine modificirte Anordnung der Gelenkcentren; Fig. 12 und 13 sind Schnitt bezw. Grundrifs einer weiteren derartigen Abänderung;

Fig. 14 stellt im Schnitt einen Mechanismus dar, bei welchem die Bewegung des Hülfskolbens von der Treibkurbel selbst abgeleitet wird.

In dem mit Kühlmantel umgebenen Cylinder A \ Fig. ι,. ist aufser dem Arbeitskolben A der Hülfskolben G wirksam. Der Arbeitskolben A schliefst mittelst der Pleuelstange A² an die Kurbel oder Kröpfung B der Welle B\ welche dem an derselben Welle sitzenden Kurbelzapfen bei C für den Hülfskolben voreilt. Letztgenannte Kurbel veranlafst mittelst der Kuppelstange C, Fig. 5, den Antrieb'des Hebelarmes D an der Welle D¹, so dafs das mit derselben Welle verbundene Glied E des Kniegelenks EE¹ eine schwin-, gende Bewegung erhält. Der mit diesem Glied E in Verbindung stehende Lenker E¹ greift am anderen Ende an das achsial geführte Querhaupt F der zum Hülfskolben G gehörigen Kolbenstange FK . Die Kurbel C und Kuppelstange C¹, sowie der Arm D sind in Fig. ι nicht mit dargestellt, sondern in ihrer Stellung, wie in Fig. 2, 3 und 4, nur durch starke Linien schematisch gekennzeichnet.

Bei der in Fig. ι veranschaulichten Stellung steht der Arbeitskolben im unteren Hubwechsel, wobei sich die Ladung in cömprimirtem Zustände zwischen diesem und dem Hülfskolben G befinden soll; in dieser Stellung erfolgt die Zündung, und der durch die Explosion hervorgerufene Druck treibt den Arbeitskolben vorwärts.

Das beschriebene Gelenksystem ist nun darauf berechnet, dafs während des gröfseren Theils dieser Hubbewegung des Arbeitskolbens der Hülfskolben nahezu seine Endstellung beibehält, nämlich so lange, bis der Arbeitskolben den Auspuff H freilegt und so der Cylinderinhalt in die freie Atmosphäre ausströmen kann; dann bewegt sich der Hülfskolben G vorwärts, indem er die verbrannten Gase vor sich her zum Auspuff H heraustreibt, während er hinter sich eine neue Ladung des Explosionsgemenges in den Cylinder — durch das Luft- und Gaseinlafsventil J — ansaugt. Die beiden Kolben kehren nun, indem sie einander beliebig nahe bleiben, ohne sich jedoch zu berühren, zur Ausgangsstellung zurück, wobei die Ladung hinter dem Hülfskolben G und zwischen diesem und dem Cylinderdeckel K verdichtet wird. Das unter Feder- oder Gewichtswirkung stehende Lufteinlafsventil J schliefst sich selbsttätig, sobald das Ansaugen der Ladung aufhört.

In dem Mafse wie sich der Arbeitskolben dem Ende seines Einwärtshubes nähert, entfernt sich der Hülfskolben von ihm, so zwar, dafs beide Kolben ziemlich gleichzeitig ihre Hubgrenze erreichen. Die verdichtete Ladung tritt durch das Ventil L im Kolben G vor denselben, je mehr sich der Zwischenraum zwischen diesem und dem Arbeitskolben erweitert, und füllt genannten Zwischenraum aus.

Gerade bei seiner Hubgrenze legt der Kolben G den Kanal G¹ frei, der nach dem rohrförmigen Glühzünder oder der Zündkammer G² führt, so dafs die unter Compression stehende Ladung explodirt wird. Der Abstand des glühenden Theiles des Rohres G² von dem Explosionsgemisch ist so gewählt, dafs ein genügender Verzug im Entzünden Platz greift, um den Kolben G seinen Hub vollenden und ebenso das Ventil L zur Ruhe kommen zu lassen, ehe die Explosion stattfindet.

Unter Einwirkung der Explosion bewegt sich der Arbeitskolben vorwärts, und der ganze Vorgang wiederholt sich in. der beschriebenen Weise.

In der Stellung der Fig. ι ist das Verdichtungsspiel gerade abgeschlossen und die Kolben stehen für die Zündung bereit. Bei Fig. 2 hat sich der Arbeitskolben A etwas vorbewegt, und der Arm D sowie das Glied E an der schwingenden Welle D^l nehmen eine Grenzstellung ein, welcher die etwas vorgeschobene Stellung des Hülfskolbens G entspricht.

In Fig. 3 steht der Arbeitskolben weiter nach vorn und im Begriff, den Auspuff zu eröffnen, während der Arm D nebst Glied E seine Stellung, wie ersichtlich, geändert hat und der Hülfskolben G bereit steht, seinen Hub zu beginnen. In Fig. 4 hat der Arbeitskolben seine Hubgrenze erreicht und schon ein Stück seines Rückganges zurückgelegt, so dafs der Auspuff H gerade geschlossen ist. Der Hülfskolben G hat zu dieser Zeit seinen Hub vollendet, dabei die Auspuffgase ausgetrieben und eine frische Füllung durch das Ventil J eingesogen, um nun gleichzeitig mit dem Arbeitskolben zurückzugehen. Der Abstand der beiden Kolben kann auf eine beliebige untere Grenze eingestellt werden und wird zweck-' mäfsig so klein, wie es die constructive Ausführung gestattet, gewählt, damit die Auspuffgase so vollständig wie möglich ausgetrieben werden.

Der Kolben G vollendet seinen Einwärtshub, wenn das Glied E in solcher Lage ist, dafs der Mittelpunkt des Kniegelenkzapfens E'², derjenige des Querhauptzapfens F'² in einer Richtung liegen, wie in Fig. 1 ersichtlich. Der Arm D und das Glied E sind ferner so gegen einander versetzt, dafs dieses Zusammenfallen in eine Richtung dann oder ziemlich zu der Zeit stattfindet, wenn der Treibkolben A seinen Einwärtshub vollendet hat; . durch gehörige Abpassung der Längen der Theile D und E und ihrer Stellungen an der schwingenden Welle D¹ kann jede gewünschte Verzögerung in der Bewegung des Kolbens G eingerichtet werden, so dafs derselbe sich nur ganz wenig verschiebt, während der Hauptkolben seinen Arbeitshub ausführt.

Auf diese Weise erhalten die beiden Kolben die gewünschten Bewegungen, und alle die Vorgänge des Ladungs-, Auspuff-, Verdichtungsspiels und der Zündung werden in einem Cylinder so durchgeführt, dafs je ein Bewegungsantrieb auf jede Umdrehung kommt.

Das für den Zutritt von Gas und Luft vorgesehene Ventil J kann wie das Ventil L am Hülfskolben in bekannter Weise eingerichtet sein, und es kann auch erforderlichenfalls ein besonderes Gaseinlafsventil angebracht werden. Eine besondere Ladungszuführung durch seitliche, mit Ventilen oder Schiebern eingerichtete Kanäle ist ebenso an Stelle der directen Zuführung durch den Hülfskolben, welche vom Erfinder vorgezogen wird, anwendbar.

Der Explosionsvorgang bleibt auf den Raum zwischen den Kolben beschränkt; eine Anzahl von geeigneten Ringen am Hülfskolben macht denselben fähig, den Explosionsdruck in gleicher Weise wie der Arbeitskolben auszuhalten. Die

Construction eines Hülfskolbens mit Durchgangsventil zeigt in gröfserem Mafsstabe Fig. 6 und 7. Das Ventil L wird dabei auf den Ventilsitz durch eine Flachfeder α niedergedrückt , welche sich wegen geringer Raumbeanspruchung zweckmäfsig erweist, obwohl andere Arten, die Schlufsstellung herbeizuführen, brauchbar erscheinen.

Eine mit dem Hülfskolben combinirte besondere Gaspumpe ist in Fig. 8 dargestellt. Die Kolbenstange F¹ ist bei M verdickt und mit Kolbenliderung in einer cylindrischen Aussparung am Kolbendeckel geführt. Durch ein im Boden des ringförmigen,- die Stange F umgebenden Raumes angebrachtes Ventil wird beim Herausschieben Gas eingesogen, um beim Rückgang verdichtet zu werden; erreicht die Pressung eben die im Hauptcylinder herrschende Spannung, so öffnet sich ein Ventil b an der Kolbenverdickung und das Gas strömt durch Kanäle oder Oeffnungen cd in eine zum Durchgangsventil L leitende Aussparung. Hier mischt es sich mit der Luft, die ebenfalls durch dieses Ventil eintritt, und so wird das Explosionsgemenge gebildet nur zu der Zeit, wenn es erforderlich ist und nur in dem Raum zwischen Arbeite - und Hülfskolben. Hiermit ist jede Gefahr einer Zündung hinter dem Hülfskolben ausgeschlossen.

Fig. 9 zeigt eine Art der Anwendung des neuen Systems auf eine Feuerluftkraftmaschine, in welcher die Triebkraft durch die aus explosionsloser Verbrennung sich ergebende Expansion eines gasartigen Gemisches hervorgerufen wird.

Ueber dem Ventil L ist ein Sieb oder Gitter (bei e) vorgesehen, so dafs nur durch dieses die Gase dem Ventil entströmen können. Das Gitter besteht aus einer mit kleinen Löchern versehenen Platte, die an den Löchern noch mit Drahtgaze bedeckt ist, um die Flamme vor dem Sieb brennen zu lassen, ohne dafs sie zurückschlägt, wie dies für solche Zwecke bekannt ist. Die, wie bei Fig. 8 beschrieben, gemischte Ladung von Gas und Luft durchzieht das Ventil L, wobei zur Ablenkung ein oder mehrere Löcher in schräger Richtung gebohrt sind, wie in Fig. 9 ersichtlich; die austretenden Gase treffen unmittelbar auf die zum rohrförmigen Glühzünder g führende Oeffnung. An diesem durch eine äufsere Flamme glühend gehaltenen Rohr entzündet sich das Gemisch und erfüllt den Raum zwischen den beiden Kolben als Flamme.

Die Einrichtung ist dabei so getroffen, dafs etwas Luft von der Hinterseite des Hülfskolbens in den davor befindlichen Kolbenzwischenraum circuliren kann, ehe der Flammenstrom in diesen eingeleitet wird; die Flammenwirkung überhitzt dann die vorhandene Luftmenge und erzeugt die wirksame Expansion.

Der bei dem älteren System daraus entspringende Verlust, dafs die ganze Flamme in unmittelbare Berührung mit den kalten Cylinderwandungen kam, ist sonach vermieden.

Fig. 10 zeigt eine Abänderung der Maschine. Hier bildet das Sieb an der Seite des Hülfskolbens einen Vorsprung h, der in eine Aussparung am Arbeitskolben pafst. Das Gas wird in einer besonderen Pumpe N, die entweder direct in Verbindung mit dem Hülfskolben oder indirect angetrieben werden kann, verdichtet und durch das Ventil k im geeigneten Augenblick unterhalb des Siebes h zugeführt, wo es sich mit der durchtretenden Luft mischt. ,

Das die Hülfskolbenbewegung hervorrufende Gelenksystem kann' mit Beibehaltung des Grundgedankens in verschiedener· Weise abgeändert werden.

So bewirkt das in Fig. 11 schematisch dargestellte System, welches ähnlich wie Fig. 1 bezeichnet ist, dieselbe zwangläufige Bewegung des Kolbens G, wie bei Fig. 1 beschrieben, und unterscheidet sich nur dadurch, dafs der Mittelpunkt der schwingenden Welle D¹· unter der Achse des Cylinders A¹ anstatt über derselben liegt.

In Fig. 12 ist das Centrum der schwingenden Welle unter die Aufsenseite des Cylinders verlegt; dies bringt mit sich, dafs das Glied E, ebenso wie der an das Querhaupt anschliefsende zugehörige Lenker E¹ doppelt ausgeführt wird, wie im Grundrifs, Fig. 13, ersichtlich. Die erzielte Bewegung ist auch hier dieselbe.

Fig. 14 zeigt, wie der Zweck ohne Benutzung einer zweiten Kurbel durch Ableitung der Bewegung von der Hauptkurbel erreicht werden kann. Das System besteht aus dem um D¹ schwingenden Winkelhebel O, von dem eine Zwischenstange P zu dem einfachen schwingenden Hebel R führt, um unter Vermittelung eines kurzen Lenkers S dem Querhaupt bezw. dem Hülfskolben die erforderliche, bereits beschriebene Bewegung zu ertheilen. Der Winkelhebel, dessen Theil O mit der Stange P das Kniegelenk bildet, ist durch die Lenkstange C¹ mit der Hauptkurbel verbunden. In den durch die Fig. 1, 11, 12 und 14 dargestellten Fällen ist durchgehende die Stellung gewählt, wo die Hülfskolben in ihrer äufsersten Hubgrenze nach hinten stehen, während im Zusammenhang damit die Kniegelenksglieder EE¹ in einer Richtung oder gestreckt sind, wie dies auch mit Bezug auf Fig. 14 von dem Arm O und der Stange R gilt.

Das gemeinsame Merkmal der Gelenksysteme besteht darin, dafs die Grenzstellung des Hülfskolbens durch geradlinige Einstellung eines Gliedes oder Hebels mit einem Lenker bestimmt wird. Diese Einrichtung ermöglicht

Claims (1)

1. eine Stillsetzung oder Verzögerung des Querhaupts, so lange das Durchknicken des Kniegelenks über die Mittellage hinaus und aus derselben zurück stattfindet.

   Die schwingende Welle oder der Winkelhebel kann beliebig über oder unter den Cylinder verlegt und das ,Gelenksystem entsprechend abgeändert werden; ebenso können die Theile D und E eventuell in einer mit Zapfen versehenen Scheibe oder Platte vereinigt werden.

   Der Gang der mit Explosionen arbeitenden Gasmaschine kann in bekannter Weise durch Verminderung des Gaszutritts oder durch Auslassung von Explosionen geregelt werden.

   Die Regelung kann dadurch erfolgen, dafs man die zur Gaspumpe tretende Gasmenge vermindert und dadurch die Verbrennungsspannung in einem späteren Zeitpunkt wirksam werden läfst.

   Dies geschieht in einfacher Weise durch Drosselung der Gaszuleitung. Die Flammwirkung kann so beliebig abgeschwächt werden.

   Pa te nt-Ans ρ rüche:

   i. An Gasmaschinen mit zwei in demselben Cylinder arbeitenden Kolben ein Mechanismus zum Antrieb des Hülfs- oder Gegenkolbens in Verbindung mit der von dem einfach wirkenden Arbeitskolben auf die Hauptwelle übertragenen Drehung, gekennzeichnet durch ein die Bewegung vermittelndes Kniegelenk (EE¹J, dessen hin- und herschwingendes Glied mit dem an-. deren an das Querhaupt der Hülfskolbenstange angreifenden Gliede (Lenker E¹) dann durch die gestreckte Lage hindurchgeht , wenn der Arbeitskolben vorwärts getrieben wird, so dafs währenddessen der Hülfskolben nahezu stillsteht, um danach mit plötzlichem Vorgange dem den Auspuff freilegenden Arbeitskolben zu folgen, wobei er die verbrannten Gase entfernt und eine neue Ladung hinter sich ansaugt, die bei dem folgenden gemeinsamen Rückgange der Kolben comprimirt und schliefslich in den sich erweiternden Kolbenzwischenraum zu neuer Zündung übertritt. Als Ausführungsformen des unter ι. gekennzeichneten Mechanismus:

   a) ein (in Fig. ι bis 5, sowie Fig. 11, 12 und 13 dargestelltes) Gelenksystem,' bei welchem die mit dem Kniegelenkglied (E) verbundene Querwelle (D-¹J dadurch die gehörige schwingende Bewegung erhalt, dafs eine Excenter- oder Kuppelstange (C¹J, die von einer versetzten Kurbel der Hauptwelle ausgeht, auf den an der Welle (D ¹J vorgesehenen Arm (D) wirkt;

   b) ein (in Fig. 14 dargestelltes) Gelenksystem, bestehend aus einem (um D¹) schwingenden Winkelhebel (O) mit im Kniegelenk anschliefsender Zwischenstange (P), welche unter Vermittelung eines einarmigen Hebels (R) und kurzen Lenkers (SJ die Bewegung auf das Querhaupt überträgt, die von der Hauptkurbel selbst durch eine nach dem Winkelhebel (O) führende Lenkstange (C¹) abgeleitet wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.