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Im Zweitakt arbeitende Kraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine,
mit ineinander angeordneten gegenläufigen Kolben Das Bestreben des Kraftmaschinenbaues
geht seit jeher dahin, die Wirtschaftlichkeit von Brennkraftmaschinen zu erhöhen;
denn dies bedeutet eine entsprechende Verminderung des Gewichts, der Herstellungskosten
und vor allem der BrennstoffkoAen bei gleicher Leistung. Es ist in der Tat auf diesem
Wege gelungen, hohe Umlaufszahlen zu erreichen, indem die Beherrschung der Werkstoffe
und der Massenkräfte gesteigert wurde.
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Der Kernpunkt der Wirtschaftlichkeit der Brennkraftmaschine überhaupt
ist aber die Tatsache, daß die Zeit, die zur Verbrennung zur Verfügung steht, ganz
außerordentlich ring, nämlich nur der Bruchteil einer Sekunde, ist.
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Die Verbrennung würde wärmetechnisch in der Zeit o am günstigsten
sein, nämlich in dem Augenblick, in welchem der Verdichtungshub beendet, die Verdichtung
am höchsten, die Verdichtungstemperatur am -rÖßten ist, und der Krafthub beginnt.
Dies ist tatsächlich nicht möglich, da jeder Verbrennungsvorgang eine bestimmte
Zeit erfordert.
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Um leichter bauen zu können, wurden nun die Umlaufszahlen derartiger
Maschinen immer weiter gesteigert. Die zur Verfügung stehende Zeit für die Verbrennung
wird hierdurch noch kürzer und die Verbrennung selbst ungünstiger.
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t> Um dem zu begegnen, wurden viele Ausführungen bekannt, wie z. B.
Steigerung der Verdichtung oder besondere Verbrennungska.nunern im Zylinderkopf
oder besondere Zünd- und Einspritzverfahren, um eine gute Mischung und demzufolge
eine bessere Verbrennung als bisher zu erzielen.
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Es sei auch noch auf die Gleichstromspülung bei dem gegenläufigen
Dieselverfahren, ferner auf die Anwendung von hochwertigem, gut wärmeleitfähigem
Werkstoff z.B. Leichtmetall, hingewiesen.
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Es können hier nicht alle Versuche und Bestrebungen erörtert werden,
die erhöhte Wirtschaftlichkeit zum Ziele hatten. Allgemein ist aber zu sagen, daß
erhöhte Umlaufzahlen eine unmittelbare Verkürzung der zur Verfüc g stehenden
Verbrennungszeit und damit eine Begrenzung der Wirtschaftlichkeit mit sich bringen
müssen.
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Es sind bereits Brennkraftmaschinen mit gegenläufigen Kolben bekannt,
deren Kolben um weniger als i8o' gegeneinander versetzt sind, so daß zu Beginn des
Arbeitshubes der Verdichtungsraum einige Zeit unverändert bleibt, und bei denen
die Zündung des Gemisches bzw. das Einspritzen des Treibstoffes in einem nahezu
unveränderten Raum stattfindet. Auf diese bekannten Maschinen bezieht sich die Erfindung.
Bisher
hat man jedoch bei der Zündung bnv. Einspritzung keinen entscheidenden Wert auf
eine bestimmte Stellung der Kurbel-Z>
| arme gelegt. Man hat beispielsweise |
| ZD |
| Gleichgewichtszustand und den zeitwe* |
| unveränderlichen Brennraum für die Da, |
der #/erbrennungsperiode aulrecliterlialtenun hat zwar dadurch gesteigerte Brenlidrücke
erzielt, die aber durch den Gleichgewichtszustand der Kurbelarme nicht zur Wirkung
0, gen -onnten. In anderen Fällen hat "elaii., k man die Zündung bzw. Einspritzung
vor oder nach der Gleichgewichtsstellung der Kurbelarme vorgenommen. Im ersteren
Falle wurden durch die erhöhten Brenndrücke auf einen Kurbelarm stark bremsende
Kräfte ab-# Beben, die den Wirkungsgrad der Maschine z:>e, n bedeutend verringerten,
im anderen Falle da-Z, ,gegen wurde der Brentiraum sofort größer,
, zn 271
so daß der BrenndrLick nicht mehr wesentlich anstieg.
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Dem- genüber besteht die Erfindung darin ', daß die Zündung des Gemisches
bzw. das Einspritzen des Treibmittels in der Gleichgewichtsstellung der Kurbelarme
erfolgt. Wenn sich die gegenläufigen Kolben zeitweilig in der gleichen Richtung
mit annähernd gleicher Geschwindigkeit bewegen, so gibt es eine Shell
Z,
lun-, in der die Drehmoinente der Kurbelarme sich ausgleichen, und
nach deren überschreitung zwar der Raum zwischen den beiden Kolben noch annähernd
der eiche bleibt, aber wieder ein Drehmoment eintritt und zunimmt. Wenn die Zündung
des Gemisches bzw. das Einspritzen des Treibmittels in dieser Gleichgewichtsstellung
der Kurbelarme erfolgt, so erzielt man auch bei schnell laufenden Maschinen in dem
Au-enblick, wo der Brenndruck ansteigt, trotz des zunächst noch unveränderten Brennraumes
ein treibendes Moment an der Kurbelwelle, ohne daß eine Rückbremsung erfolgt
', und eine gute Durchbrennung des Gemisches bzw. Treibmittels. Auf diese
Weise wird der Wirkungsgrad solcher Brennkraftmaschinen wesentlich gesteigert, und
es können sogar schwerer entzündliche Treibmittel als bisher verwendet werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist in den Abb. i bis 4 beispielsweise
dargestellt. Diese Abbildungen zeigen einen Querschnitt einer ZD gegenläufigen Kolbenniaschine
in schematischer Darstellung.
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i ist ein Zylinder (Abb. i), in welchem ein Becherkolben2 -leitet,
der durch eine Pleuelstange3 die Kurbelwelle treibt. In diesein Kolbeii2 gleitet
andererseits ein Stirnkolben4, der seinerseits durch die Pleuelstange
5 auf die gleiche Kurbelwelle arbeitet. Wie aus der Abb. i hervorgeht, sind
die Kurbeln um weniger als 18o' versetzt. In der Abb. i ist der kleinstmögliche
Verdichtungsraum zwischen den beiden Kolbenböden erreicht, was ohne weiteres zu
erkennen ist,
| Nienn nun die eingetragene Kurbelwellen- |
| jihrichtung beachtet. |
ffDurch die nicht besonders gezeichnete Schwungmasse dreht 'sich der Kurbeltrieb
weiter in die Stellung der Abb. 2. In dieser Stellung ist die Kraft P, der an der
Kurbel x angreifenden Pleuelstange
5 nicht nur ebenso groß wie die Kraft
P2 der an der Kurbel
y angreifenden Pleuelstange3, sondern diese beiden Kräfte
halten sich auch bezüglich des Drehmoments (Produkt aus Kraft P, bzw. P, und ihrem
Hebelarm ei bzw. c2) das Gleichgewicht, da sie in dieser Stellung an gleichen Hebelarmen
ei und e2 angreifen. In diesem Augenblick wird durch den Kanal
6, der sich
nach Zeichnung im Becherkolben2 befindet, und durch den entsprechenden Kanal
7 im Zylinder i die Ladung, Einspritzung oder Zündung vorgenommen,
je nachdem, ob eine Dampfkraftmaschine, eine Dieselmaschine oder eineVerpuffungsmaschine
zugrunde gelegt wird.
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Obwohl in der Stellung Abb. 2 die treibenden Kräfte der Maschine für
den betrachteten Hub neu entstehen, tritt keine Bremsung auf, da sich die Kräfte
P, und P2 das Gleichgewicht halten. Im Gegenteil tritt, wenn die Kurbelwelle der
Abb. 2 etwas mehr nach links gedreht ist, ein neues Drehmoment auf, da der Hebelarm
der Kraft P, größer wird als der Hebelarm der Kraft P2.
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Zwischen Abb. i und Abb. 2 ist der kleinste Verdichtungsraum zwischen
den beiden Kolbenböden bereits unverändert geblieben.
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Die ganze Anordnung dreht sich weiter in die Stellung der Abb.
3.
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Wie aus dieser Abbildung hervorgeht, wird trotz der Weiterdrehung
in diese Stellung der Verdichtungsraum nvischen den beiden Kolben, abgesehen von
kleineren Schwankungen durch die sinoidischen Kolbengeschwindigkeiten, nicht maßgeblich
verändert, obwohl die Maschine nach überschreitung der Stellung der Abb. 2 schon
wieder ein treibendes Drehmoment entwickelt.
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Dreht sich die Anordnung weiter als in Abb. 3 dargestellt,
so erfolgt der Krafthub, wie dies aus Abb. 4 hervorgeht.
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Es sei weiterhin bemerkt, daß auch vor Beginn der Stellung der Abb.
i oder auch der Abb. 2 Ladung, Einspritzung oder Zündung erfolgen kann. Diese Vorgänge
können auch später als in der in Abb. 3 gezeichneten Stellung stattfinden.
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Die Erfindung beschränkt sich also nicht darauf, daß genau in der
Stellung der Abb. 2 die Ladung, Einspritzung oder Zündung vorgenommen wird.
In
den Abbildungen sind außerdem im Kolben2 noch öffnungen8 dargestellt, die bei beendetem
Krafthub mit entsprechenden öffnungen 9 im Zylinder i zur Deckung kammen,
so daß Auspuff, Ausströmung oder Spülung in bekannter Weise erfolgen. Außerdem kann
man im Kolben 2 weitere Offnungen io vorsehen, die bei beendetem Krafthub die öffnungen
i i im Zylinder i decken, wobei gleichzeitig der Kolben 4 den Hubraum gegen die
öffnun en io freigibt, so daß auch 9
hier Auspuff, Ausströmung oder Spülung
erfolgen kann.
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Es dürfte wohl kaum noch zu erwähnen sein, daß alle diese öffnungen
6, 7, 8,.9, 10
und i i je nach dem Sonderzweck der Maschine angeordnet
werden können, sei . es, daß beim Auspuff im Gleichstrom gespült und dann
geladen wird, sei es, daß z. B. bei einer Dampfmaschine gute Ausströmung erwünscht
ist.
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Unter Ladung ist die Einströmung gespannten Dampfes oder eines anderen
Treibmittels, unter Einspritzung die Zuführung des Treibmittels bei einem ölrnotor
und unter Zündung die Entzündung des verdichteten Gemisches bei einem Verpuffungsmotor
zu verstehen.
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Die Vorteile der Erfindung sind folgende: i. Die Zeit, welche bei
kleinstmöglichem Verdichtungsraum und - damit verbundener höchster Verdichtungstemperatur
für dieVerbrennung zur Verfügung steht, wird in einen meßbaren Wert verwandelt.
2. Die Verbrennung geht in dieser Zeit vor sich, so daß auch ein schwer entzündliches
Treibmittel leichter zur Verbrennung d3
gebracht werden kann als bisher.
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3. Da der Verdichtungsraum zeitweilig unverändert bleibt, so
steigen die Verbrennungsdrücke erheblich an, weil die Kolben nicht sofort ausweichen.
Daraus folgt, daß bei einem üblichen Treibmittel die Verdichtun- nicht so hoch zu
sein braucht wie bisher. Kann also die Verdichtung verkleinert werden, so ergibt
sich demnach auch hieraus eine Steig gerung der Wirtschaftlichkeit.
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4. Die bekannten Vorteile der Gegenläufigkeit und der Gleichstromspülung
bleiben erhalten.