DE705150C - Einzylindrige Flugkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Im Hauptpatent 6yS> 710 ist eine einzylindrige Flugkolbenbrennkraftmaschine mit gegenläufig steuernden Kolben behandelt, von denen der eine zum Fördern von Flüssigkeit 5 oder Verdichten von Gasen dienende Kolben frei schwingt und einen größeren Hub besitzt als der andere, der über einen Kurbeltrieb die Ladepumpe antreibt. Diese Maschine wird dahingehend verbessert, daß einerseits die Kurbelwelle außer der Ladepumpe noch eine Spülpumpe antreibt, deren Mitte zu der des Brennkraftzylinders so angeordnet ist, daß die Spülluftförderung vor dem Öffnen der Einlaßschlitze beginnt sowie das frühere Öffnen der Auslaßschlitze vor dem der Einlaßschlitze gesichert bleibt, jedoch das Spülen und Laden voneinander getrennt im zweiten Drittel der Kurbeldrehung erfolgt. Durch dieses getrennte Spülen und Laden wird besser als bei der Maschine des Hauptpatents eine restlose Ausspülung verunreinigter Spülluft und darüber hinaus eine Nachlaßmöglichkeit erzielt, ohne daß ein unwirksamer Arbeitshub in Kauf genommen werden muß, wie dies bei den anderweitig bekannten Maschinen mit vergrößerten Schlitzhüben dadurch gegeben ist, daß der Kolbenhub um die Höhe der Schlitze wirksam verkürzt ist. Andererseits wird die Maschine des Hauptpatents dahingehend verbessert, daß man den frei schwingenden Kolben bei seinem Einwärtslauf in den Brennkraftzylinder erheblich schneller laufen läßt, so daß er hierbei erfindungsgemäß außer dem Ladungsgemisch im Brennkraftzylinder auch noch die Druckluft in einem oder mehreren Zylindern des Verdichters komprimiert. Dadurch ermäßigt man eine Phasenverschiebung des Flugkol'bens gegenüber dem anderen Kolben in den äußeren Endlagen der beiden Kolben und vermeidet die beim Hauptpatent gegebene Gefahr des Zurückströmens eines mehr oder weniger großen Teiles der Ladung durch die Einlaßschlitze. Das Wesen der Erfindung besteht mithin darin, daß bei Ma-

schinen mit gegenläufigen Kolben die Auslaßschlitze von dem langhubigen Hauptkolben gesteuert werden, der bei Arbeitshub auswärts schneller läuft als beim Einwärtshub, so daß. er seine Endlage außen eher erreicht als der£" andere Hilfskolben.

An Hand der Zeichnung soll das neue Verfahren im einzelnen erläutert werden, und zwar an Hand eines Verdichters, der in vier ίο Stufen arbeitet und einen frei schwingenden Hauptkolben r und einen mit einer Kurbel verbundenen Hilfskolben 2 aufweist. Der Kolben ι verdichtet bei seinem Auswärtshub die Luft in vier Druckstufen und führt dabei seinen Arbeitshub aus. Sein Hub beträgt das Mehrfache des im selben Motorzylinder 3 arbeitenden Hilfskolbens 2. Xach erfolgter Umkehr wird der langhubige Kolben 1 von der Druckluft einwärts bewegt, die aus den Behältern 8, 9 und 10 durch entsprechende Einlaßventile 15 in die zugehörigen Luftzylinder 12, 13 und 14 einströmt. Bei diesem Einwärtshub wird die Ladung in dem Brennkraftmaschinenzylinder 3 verdichtet; die Kerze υ zündet und leitet das Kolbenspiel erneut ein.

Während dieses Hinundherganges des Hauptkolbens 2 treibt vermittels einer Kurbelwelle 7 der Hilfskolben 2 einen Kolben 16 der "Spülpumpe 17 und den Kolben 1.¹S einer Ladepumpe lu an. Es sei angenommen, daß die .Mittellinie des Spülluftzylinders auf der verlängerten des Brennkraftzylinders senkrecht stehe und daß die der Ladepumpe mit ersterer einen Winkel von 60 - einschließe. Bei der gezeichneten Lage der Kurbel befinde sich diese bei ihrem Umlaufe in der Pfeilrichtung Oo ^J vor dem äußeren Totpunkte des Hilf skolbens 2. Sie habe also aus der inneren Totpunktlage desselben nur den dritten Teil einer Umdrehung ausgeführt, wobei der Kolben _v2, in die gezeichnete Lage gelangend, die Einlaßschlitze 5 zu öffnen beginnt.

Der frei schwingende Hauptkolben 1 ist in seiner äußeren Endlage dargestellt. Dabei ist der Auslaß 4 völlig geöffnet, und der Druckausgleich im Brennkraftzylinder 3 hat soeben stattgefunden. Da der Druckabfall nicht plötzlich, sondern allmählich erfolgt, kann nur ein Teil der Schlitzhöhe eine Hublängenein-5" büße darstellen und eine Minderung der Leistung verursachen. Wenn man die Einwärtsgeschwindigkeit des Hauptkolbens 1 gleich der halben Auswärtsgeschwindigkeit annimmt, so daß derselbe für den Einwärtslauf die doppelte Zeit als für den Auswärtslauf benötigt, so wird er mit dem Hilfskolnen 2 im gleichen Schritt arbeiten, denn der Lauf des letzteren benötigt wie der Kurbellauf für die restlichen zwei Drittel der Umfif > drehung aus der gezeichneten Kurbellage gleichfalls die doppelte Zeit, denn er muß vor dem Antritt seines Rücklaufes erst noch über die zusätzliche Weglänge der Höhe der Einlaßschlitze 5 weiter aus- und einwärts laufen, .wozu ihm die verdoppelte Dauer des Rücks des Kolbens 1 zur Verfügung steht. Die tzhöhe des Einlasses 5 stellt dabei keine Arbeitshublängeneinbuße dar, weil der Kolben 2 nach dem Druckausgleich im Brennkraftzylindcr 3 aber dieselben aus- und einwärts läuft und seine Arbeitsleistung aus diesem Grunde nicht möglich ist. Zur selben Zeit aber beginnt der Hauptkolben 1, seinen Einwärtshub auszuführen.

Der Spül- und Ladevorgang ist nun bei einem wie beschrieben arbeitenden mehrstufigen Verdichter wie folgt:

Die Förderung der Spülluft endigt erfindungsgemäß im obenliegenden Totpunkte des Kolbens 16 nach einem Viertel der Umdrehung der Kurbel 7 aus dem inneren Totpunkte des Hilfskolbens 2, wohingegen das Offnen der Einlaßschlitze 5 erst nach einem Drittel der Umdrehung derselben beginnt. Die geförderte Spül luft lindet daher erfindungsgemaß den Eintritt in den Brennkraftzylinder 3 verschlossen. Durch das Druckventil 20 und den Spülkanal 21 gefördert, spült sie vorsorglicherweise den Ringkanal 22, von wo sie die restliche, vom Laden des vorangegangenen Kolbenspiels herrührende Ladeluft vor sich ■ her in den Ladekanal 24 drückt und im Ringkanal aufgespeichert stehenbleibt; später beim Offnen des Einlasses 5 durch den Kolben 2 strömt sie in den Zylinder 3 und treibt die liier befindlichen Abgase zum Teil durch den Auslaß 4 hinaus.

Was nun die Förderung der Ladeluft anlangt, so muß dafür gesorgt werden, daß die-. selbe bis zum Schließen des Einlasses 5 an- »<»o hält und erfindungsgemäß durch eine besondere Ladeluft- oder Gaspumpe von der Spülluft getrennt erfolgt, so daß sich stets eine Luftschicht von einer möglichst die ganze Arbeitshublänge betragenden Dicke zwischen die '05 Abgase und die Ladeluft bzw. das Gas legt. Es muß also spätestens beim Beginn des Öffnens des Einlasses 5 mit der Förderung durch die Ladepumpe begonnen werden. Sie strömt durch das Druckventil 23, wobei sie die alte no Ladeluft im Kanal 24 vor sich her in den Ringkanal 22 und von hier die Spülluft vor ihrem eigenen Eintritt in den Brennkraftzylinder erfindungsgemäß durch dieselben Einlaßschlitze 5 in diesen drückt. Eine be- ι i.i sondere Anordnung von Spül- und Ladeschlitzen, welche in der Hubrichtung nebeneinanderliegen oder ungleich hoch sind, wird vermieden und deren Höhe herabgesetzt. Später und eine Zeitlang strömt Spül- und »ao Ladeluft bzw. gasförmiger Brennstoff gleichzeitig durch je einen Teil der Schlitze.

Claims (4)

Hierdurch sowie durch die auf der Zeichnung dargestellte Schräglage der .Einlaßschlitzes gegen die Längsrichtung und der Kegel- oder Kegelstumpfform der Stirnfläche des Kolbens 2 bzw. durch eine Schräglage - derselben gegen die Längsschnittfläche und einer zylindrisch abgesetzten Stirnfläche des Kolbens 2 wird erfindungsgemäß die innige Mischung erzielt sowie der Ausgleich des zu ίο großen Brennstoffgehaltes der Ladeluft mit dem fehlenden der ,Spülluft. Diese Mischung dringt jedoch erst beim Schließen des Auslasses 4 bis zu der bei diesem befindlichen Spülluft vor. Die hierbei verursachte Längsströmung durch die Mitte des Brennkraftzylinders oder eine kreisende Strömung entlang der Zylinderwand geht beim Schließen des Auslasses 4 in einen Umkehrwirbel über. Erfindungsgemäß läuft nun der langhubige Kolben 1 während der Zeit vom Schließen des Auslasses 4 bis zu dem des Einlasses 5 durch den Kolben 2 ein Stück .des Hubs weiter einwärts. Beim Betrieb ohne Aufladung sei angenommen, der Einlaß sei nicht vorhanden oder verschlossen. Eine in diesem Falle im Brennkraftzylinder 3 erfolgende Verdichtung würde dann die andere in den Kanälen 22, 21 und 2^ kaum überbieten. Hierbei ergibt der Zeitgewinn nach dem Schließen des Auslasses 4 die Kleinerbemessung der Höhe der Einlaßschlitze 5 und, fells erwünscht, der Betrieb mit einer Teilladung des Brennkraftzylinders 3 zu dem Zwecke eines sparsamen Brennstoffverbrauches, insbesondere beim Leerlauf der Maschine. Beim Betrieb mit Aufladung im Breiinkraftzylinder 3, wobei hier ein höherer Anfangsdruck der Verdichtung der Ladung beabsichtigt ist, wird sich bei einer erfindungsgemäß größer bemessenen Menge der angesaugten Ladeluft bzw. der Spüllüft und der Gasmenge in der Ladepumpe 19 natürlich in den Kanälen 21, 22 und 23 ein höherer Ladedruck einstellen, wodurch die Spülluft beil 5 schleunigter vor der Ladeluft aus dem Ringkanal strömt. Beim Schließen des Auslasses 4 herrscht im Zylinder 3 ein um so größerer Überdruck, je mehr der Spülvorgang beschleunigt werden mußte, indem die Spülluft stärker verdichtet in den Zylinder gefördert wurde. Dieser Anfangsdruck im Zylinder 3 steigt bis zu dem Förderdruck der Ladepumpe, welcher bei der vergrößerten Fördermenge beim Aufladen auf den beabsichtigten höheren Anfangsdruck der Verdichtung getrieben wird. Es ist also trotz des Einwärtslaufens des Hauptkolbens 1 das Einströmen weiterer Ladeluft in den Zylinder 3 bis zum Schließen des Einlasses 5 ermöglicht, wobei erfindungsgemäß die Verdichtung der Ladung hierselbst bei dem Einwärtslauf des Kolbens 1 in einem dementsprechenden oder höheren Grade auch von dem Kolben 18 der Ladepumpe 19 mit bestritten und der Kolben 1 entlastet wird. Es sei an dieser Stelle eingeschaltet, daß, wenn die Maschine nicht mit gasförmigem, sondern mit flüssigem Brennstoff gespeist werden soll, damit gerechnet werden muß, daß sich der Brennstoff teilweise niederschlägt. Dieser Niederschlag sammelt sich erfindungs-" gemäß dann an der tiefsten Stelle des Ladekanals 24, von wo er bei der großen Strömungsgeschwindigkeit der Ladeluft mitgerissen und der nicht zerstäubte Teil beim Zurückfallen im Gegenstrom der Ladeluft zerstäubt wird. Pa τ ε ν ta ν spküche:

1. Einzylindrige Flugkolbenbrennkraftmaschine mit gegenläufig steuernden Kolben, von denen der eine zum Fördern von Flüssigkeit oder Verdichten von Gasen die-n-ende Kolben frei fliegend ist und einen größeren Hub besitzt als der andere, der 8s über einen Kurbeltrieb die Ladepumpe antreibt, nach Patent 678710, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwelle (7) außer der Ladepumpe (18) noch eine Spülpumpe (17) antreibt und außer der Ladung im Brennkraftzylinder (3) auch noch die Druckluft in einem oder mehreren Zylindern (12) des \^Terdichters beim Einwärtslauf des Flugkolbens in den Brennkraftzylinder (3) durch diesen infolge genügend schnellen Laufs verdichtet wird.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie der Spülpumpe (17) zu derjenigen des Zylinders (3) so angeordnet ist, daß das Fördern der Spülluft getrennt von der der Ladeluft früher beginnt, als die Einlaßschlitze (5) geöffnet werden.

3. Verfahren zum Betrieb einer Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufladen des Zylinders (3) die Verdichtung der Ladeluft oder des Brenngases stärker gehalten wird als beim Betrieb ohne Aufladung, indem no die beim Aufladen durch die Pumpe (19) geförderte Ladeluft oder das Brenngas die im Ladekanal vorgelagerte Brenngemisch- oder Brenngasmenge vor sich her in den Zylinder (3) fördert.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei zum Aufladen dienenden Pumpen (19) die eine Brenngas oder -gemisch und die andere hinterher reine Luft in den Ladekanal (24) einführt, von der der restliche Teil im Ringkanal (22) verbleibt.

5· Maschine nach Anspruch ι, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßschlitze (5) derart schräg zur Querschnittsebene des Kolbens (2) und dieser an seiner Stirnseite derart kegelig bzw. zylindrisch ab-. gesetzt ist, daß die Mischung der zu stark angereicherten Ladeluft bzw. des Brenngases mit der Spülluft nach gleichzeitigem Einströmen durch die Einlaßschlitze in einer Längsstromung erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen