DE842238C - Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter - Google Patents

Description

• Mit einer Zweitakt-Brennkraftmasdiine vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter Bei den bisher bekanntgewordcnen fahrbaren oder ortsfesten Drucklufterzeugern, die durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden, ist der Verdichter mit dem Viertakt- oder Zweitaktmotor entweder mittels elastischer oder ein- und ausrückbarer Kupplung direkt verbunden, oder -es werden '-Motor und Verdichter in einem gemeinsamen Zylinderblock mit einstückiger Kurbelwelle ausgeführt. Die #'ereinigung von Verdichter und Motor in einem gemeinsamen Block bietet den Vorteil größerer Gewichtsersparnis und kleineren Platzbedarfes und wird daher für fahr-bare Drucklufterzeug-er, für leicht transportable Baustellenaggregate und bei jenen ortsfesten Anlagen bevorzugt, bei welchen geringes Gewicht und kleinster Platzbedarf verlangt werden. Bei der erfindungsgemäik-n Ausführung wird eine weitere Gewichts- und Raumverminderung derartiger Anlagen durch Anwendung des Nachladens am Verdichter in Verbindung mit einer wirksamen . Spülung des Zweitaktmotors erreicht und auch bei größeren Druckluftanlagen der erforderliche höhere Enddruck unter Verzicht auf die bisher übliche zweistufige Verdichterbauart erzielt.
• Die Zweitaktbauart der Brennkraftmaschine bittet im Vergleich zum Viertaktmotor den Vorteil, daß bei genügender Spülluftmenge pro Zylinder nahezu die doppelte, Nutzleistung erzielt werden kann. Durch eine geringe Erhöhung von Zylinde#durchmüsser und Kolbenhub kann somit beispielsweise ein Einzylinder-Zweitaktmotor den Z#%-ciz#-liti#ler-Viertaktniotor - hinsichtlich Nutz-J-Istung ersetzen. Wenn es gelingt, durch geeignete .Nlaßnahmen die einfache Kurbelkastenspülpumpe des Zweitaktmotors auf die ' 'füe eine ausreichende Spülting erforderliche Fördcrnienge zu verbessern, dann läßt sich nach obigem Vergleich nahezu das halbe _Motorgewicht ersparen. Für größere Druck-Itiftanlagen, bei welchen der Zweitaktmotor vort.zilhafter init einem Spülget)lä--#c ausgerüstet wird, ergibt sich noch gegenüber (lern V, iertaktmotor eine v,-esentliche Gewichtsersparnis,* da das Gebläsegewicht geringer ist als das Gewicht des ersparten Viertaktniotorzylinders.
• [),er Zusammenbau von Motor und einstufigern Verdichter in einem Block mit gemeinsamer Kurbelwelle gestattet eine wesentliche Ver.,röß-erung derVerdichterkolbenfläche, falls dieVerdichterkurbelwülle init gleichen Abmessungen wie am Motor aus-eführt wird. Zufolge der häufig angetroffenen Bauweise, nach ivelcher z. B. zwei Verdichterzylinder init zwei Viertaktmotorzylindern gleicher Bohrung und gleichen Hubes in einem Block hintereinandergesehaltet sind, kann bei einer Vergrößerung der N'erdic#nterzylin-derl)ohrung auf den zweifachen li-utrag die doppelte Fördermenge erzielt und somit der Verdichter auf einen Zvlinder reduziert werden. 1)ie dadurch bedingte Verdoppelung des ,' g e sainten Kolb,entdruckes im Zylinder bildet keine Gefahr für die Wellen- und Kurbellagür, weil der Zünddruck ini Nfotor ein Vielfaches des Verdichterenddruckes beträgt und außerdem der Verdichter thürinisch "%-ü,seiitlich geringer belastet ist.
• Es läßt sich demnach nach obigem Beispiel ein Vierzylinderaggregat, bestehend aus je zwei Viertaktmotor- und Verdichterzylindern, auf ein Zweiz ' 0inderaggregat gleicher Liefermenge vereinfachen. (las aus jeeinern Verdichter- und Zweitaktinotorzylinder besteht und infolgedessen eine beträchtliche Raumersparnis einbringt. Für größere Leistungen soll -die Vorverdichtung der Spülluft \-orteilliafter%#-eise, iii einem zusätzlichen Gebläse erfolgen.
• Nachteile der Vergrößerung der Verdichterkol-I>eiifl:iclie liei gleicher Drehzahl ergei >en sich aus den Scli%-,-ierigkeiten, größere Luftinetigen durch 1'Iattetix-,entil-e größeren Querschnitts bei gleich-Weihendem Liefergrad anzusaugen. Ferner ist bekatintlich die Verwendung eines einstufigen Ver-(lichters wirtschaftlich und betriebssicher auf etwa 7 ata begrenzt. Für den bei größeren Anlagen erforderlichen höheren Enddruck von 8 bis 9 ata müßte demnach der Verdichtür zweistufig, somit infolge erhöhter Zylinderzahl schwerer ausgeführt \%-erden.
• Piese Nachteile lassen sich erfindungsgcmäß #-t#riiieidcn, wenn nach 7\bl). 1 bis 3 der Zweitaktinotor in cincin Block mit einem einstufigen Verdichter vereinigt wird, bei dem sowohl die Ladenivrige als auch der Anfangsdruck der Verdichtung durch 'Nachladen erhöht wird. Die Nachladeluft #\ i rd z. b. vom Spülluf tgebläse des Zweitaktmotors güliefert, (las für diesen Zweck entsprechend ver-<,ri3ßvrt werden muß.

  Das Gebläse fördert zwecks Vereifif'cliutig..es

  a

  Aufbaues in einem zwischen Kühlwassermantel

  und Kurbelraum angeordneten Speicherraum, von

  dem aus die Spülschlitze bzw. die Nachladeschlitze

  in den zugehörigen Zylindcr münden.

  Abb. i zeigt einen Längsschnitt durch die ZY-

  litider,

  Al#b. 2 einen Horizontalscbriitt in Höhe der

  Nachlade- und Spülschlitze,

  Abb. 3 einen Querschnitt durch den Verdichter-

  zvlind,er und das beispielsweise seitlich angebaute

  Gebläse. Die Kolben des Motors und des Verdich-

  ters wurden der Einfachheit halber gleichlaufend

  eingezeichnet" während üblicherweise eine Kur-

  belversetzting von i8o \Vinkelgraden vorgesehen

  ist.

  Eine derartige Anlage hat erfindungsgemäß

  folgenden Aufbau: Der Zylinderblock besteht aus

  dem Motorzylinder i mit Kolben 3 und Spül-

  schlitzüll 7, dem Verclichterz\-liiid."r 2 mit Kolben 4

  und Nachladeschlitzen 8. Der gemeinsame Speicher-

  raum 6 für die vorverdichtete Gebläseluft umgibt

  Dieb beiden Zylinderbüchsen und ist zwischen -dein

  Kühlwassermantel 5 und dein Kurl>elraum ig an-

  geordnet. Die Auslaßsteuerung des Zweitaktmotor-

  zylinders wird im vorliegenden Falle beispiels-

  weise durch zwei im Zylinderdeckel untergebrachte

  Ventile 9 betätigt, dei-cn Antrieb durch Nocken

  über die Hebel io. Das Einsaugen atmosphärischer

  Luft in den Verdichter, vor dein Üffnen der Nach-

  ladesclilitze, erfolgt über (las Saugfilter ii durch

  das Plattenventil 12, der Austritt der verdichteten

  Luft durch das Druckventil 13- Das Gebläse 14 mit

  den urnlaufenden, achtförmigen Flügeln 15 saugt

  atmosphärische Luft über das Filter 16 und drückt

  die vorverdichtete Spül- und -Nachladeluftmenge

  bei 17 in den gemeinsamen Speicherraum 6. Das

  Nachladen im Verdichter erfolgt, sobald der Kol-

  ben 4 die Schlitze 8 freigibt. In gleicher Weise be-

  ginnt das Ausspülen der Abgase im Gleichstrom,

  wenn im MotorzvIinder i der Kolberl 3 die Spül-

  sclillt7ü 7 freigefegt hat, wobei die Abgase durch

  die unmittelbar vorher geöffneten Auslaßventileg

  entweichen. Das Gebläse 14 kann z. B. auch als

  Turbogebläse ausgebildet werden.

  Für kleinere Druckluftanlagen, bei welchen nur

  wenige PrüßluftNverkzei#ge, mit verhältnismäßig

  kurzen Druckleitungen versorgt werden müssen,

  genügt ein Enddrtlc'-k der Verdichtung von 6 bis

  7 ata. In diesem Fall könnte die Vorverdichtung

  eigentlich entfallen, da die einstufige Verdichtu.ng

  für dieses kleinere Verdichtun-sverbältnis aus-

  reicht. In weiterer Folge ergibt sich damit eine

  Senkung des Nachladeluftbedarfes, des Kraftbe-

  darfes, allerdings auch der l,iirclermetige. jeden-

  falls genügt.dann ein geringerer Nachladedruck

  und wegen des kleineren Kraftbedarfes auch ein

  kleinerer Spüldruck, so daß sowohl für das Spülen

  als auch für das Nachladen die Vorverdichtung im

  Kurbelraum durch den abwärts,gehenden Kolben

  ausreichen wird. Andererseits kann durch ent-

  sprechende konstruktive Maßnahmen, Verkleine-

  rungd,es schädlichen R;#iiiii-es im l#,'tirt)elraum, Ver-

  liindcrung dür Abfuhr zerstäubten Öles durch die austretende. vorverdichtete Luft und durch Steuerung des Luftein- und -auslassens, der Liefergrad der Kurbelraumspülpurnpe verbessert werden.
• Nach der Erfindung (Abl). 4, 5, 6 und 7) sind die Kurl#eIr2iuinc der einzelnen Zylinder untereinander getrennt. Die in den Kurbelräumen vorverdichteten Luftmengen werden in einen gemeinsarnen Speichcrratim gefördert, der die Motor- und Verdichterzylinder umschließt. Wenn nach dem früheren Beispiel die Kolbenfläche des Verdichters etwa doppelt so groß wie jene des Motorzylinders ausgeführt wird, dann liefert bei gleichem Kolbenliul) die Kurbelkammer des Verdichterzylinders auch annähernd die zweifache vorverdichtete Luftinenge, (la sich in diesem Falle die Hubräume von \'erdichtet# und '.\lotor wie die Kolbenflächen verhalten. Der gesamte theoretische Hubraumder Kuri>elräuiiie von Nlotor plus Verdichter beträgt demnach das Dreifache de-, Motorhubraumes.
• Anderers,eits würde für das Nachla-den etwa die Hälfte des Verdichterhubraumes genügen, da ja ein wesentliclier Teil der Füllung des Verdichterz\#liii(lers durch das Saugventil atmosphärisch eingesaugt wird.
• Somit liefert in diesem Falle der Kurbelraum des Verdichtürzyliiiders einen Cberschuß, der etwa dein lialben theoretischen Hubvolumen des Verdichters bzw. dem gesamten Hubraum des Motorz#,liti<Icrs entspridit. Dieser Cb-erschuß des \,`erdichterkurbelraunies kann erfindungsgemäß zur E'rliöhung der Spülluftinenge für den Motor ver-\\endet werden, so daß für die Spülung des Zweitaktniotorzvlln.dtrs theoretisch das doppelte eigene llubratitnvolumen zur Verfügung steht.
• Dieser Umstand ist von besonderem Vorteil für die rüstlose Spülung des Motorzylinderraumes, da bekanntlich ein besonderer Nachteil der Kurbelkastenspülung normaler Z-#%eitaktmotoren in der zu geringen Spülluftmenge bzw. in dem schlechten I,iefcrgr#l(1 bestellt.
• Da das Cberströmen der vorverdichteten Luft aus den Kurbelräunien in einen gemeinsam-en Six#iclierrauni 6 erfolgt, ist ein Steuerorgan erforderlich, beispielsweise ein Drelischieber. Es ist von Vorteil, diesen Schieber gleichzeitig auch für die Steuerung des Lufteinlassens in die Kurbek züi ver,#venden, da dies erfahrungsgemäß den I-ieiergrad der Spülpurnpe verbessert.
• Die in vorbeschriebeneni Sinne notwendige Verteilung der vorverdichteten Luft auf Verdichter-und Zweitaktzyliiider, wonach etwa zwei Drittel auf die Spülung des Motors und ein Drittel auf das Nachladen entfallen sollen, erfolgt durch entspreehende Bemessung der Nachladesclilitze 8 und der SPÜlsclllitze 7.
• l,'rfiii(luiigsgeiii:iß ist fprner in den Kanal 22, %\"ulclicr den Kurbelraurn mit dem Drehschieber verbindet, ein Ölabscheider 23 eingebaut (Abb. 5, 0 und 7). Er dient (lern Zwecke, in Verbindung init den Kanalabzweigungell 24 *und 2.5, die zum E'Inlaß 29 bzw. zum Auslaß 28 im Drelischieber i#ilireii, zu ermöglichen, daß jene Schmierölteilchen, welche beim Überschieben der vorverdiAteten-Luft aus dem Kurbelraum 30 durch den Kanal 22 im Ölabscheider z ' urückgehalten werden, während des Einsaugens durch den aus der SchieberöffnUng 29 und der KanalabzweigUng 24 kommenden .Saugluftstrom wieder in den Kurbelraum zurückgeblasen werden. Damit wird ein übermäßiger Schmilerölverlust. aus dem Kurbelgehäuse vermieden.
• Abb. 4, 5, 6 und 7 zeigen die vorbeschriebene Ausführung der Kurbelräume des Verdichters und Motors nebst Saug- und Druckkanal, Steuerschieber und Ölabscheider. Abb. 4 ist ein Längsschnitt durch die Zylinder, Abb. 5 ein Quer-schnitt durch den Verdichtürzylinder während des Überschiebens der vorverdichteten Luft aus dem Kurbelraum in den gemeinsamen Speicher, desgl. Abb. 6 während des Einsaugens. Abb. 7 zeigt einen schematischen Schnitt lurc,h die Kanäle 22 und den Steuerschieber.
• In Abb. 4 sind der Verdichterkolben 4 und der Zweitaktmotorkolben 3 wieder in der tie f sten Kolbenlage gezeichnet, während üblicherweise die Kolben um i8o Kurbelgrade versetzt werden. Das Nachladen erfolgt (Abb. 4 und 5) aus dem Speicherraum 6 durch die Schlitze 8. Die Spülung des Motorzylinders erfolgt gleichfalls aus dem Raum 6 durch die Spülschlitze 7, wobei beispielsweise die Abgase bei 33 entweichen (Abb. 4).
• Zwecks Verringerung der schädlichen Räume der als Vorverdichter wirkenden * Kurbelräume 30 sind in bekannter Weise die Kurbelschenkel der gemeinsamen Welle mit stark vergrößerten Gegengewichten 27 ausgebildet. Der Antrieb des Steuerschiebers ig erfolgt bei 31 auf das Zahnrad 26. Die im Kurbelraum bei abwärts gehen-dem Kolben vorverdichtete Luft tritt bei beiden Zylindern durch den Kanal 22, Olabscheider 23, ferner durch die Kanalabzweigung25 und die Schieberöffnung28 in den Speicherraum 6 (Abb. 5 und 7). Während des Einsaugens bei hochgehenden Kolben tritt die Saugluft durch das Staubfilter 2o, Kanal 21, Schieberöffnung 29, Kanalabzweigung 24, den ölabscheider 23 und den Kanal 22 in den Kurbelraum, wobei die vorher im Abscheider abgesetzten Olteilchen in den Kurbelraum 30 zurück-geblasen werden (Abb. 6 und 7). In Abb. 7 sind um i8oKurbelgrade versetzte Kolbenstellungen zugrunde gelegt, $o daß dem Druckluftstrom 22,25,28 und 6 des Verdichterkurbelraumes das Einsaugen in den Motorkurbei-.raum durch 20, 21, 29, 24 Und 22 entsprioht.
• Für die Olabscheidung in --3 können beispielsweise Urnlenk- und Prallflächen oder Raschigringe vorgesehen werden.
• Für höhere Verdichtung über etwa 7 ata hinaus muß bekanntlich zwischen Vorverdichter und eigentlichem Verdichter ein Zwischenkühler angeordnet werden. In den vorhergehenden Abbildungen wurde der Einfachheit halber der Zwischenkühler nicht gezeichnet.
• Abb. 8 zeigt ähnlich wie Abb. 2 einen Horizontalschnitt in der Höhe der Schlitze, wobei je- doch das Gebläse 14 am Ende des Zylinderblockes angeschlossen ist. Die Gebläseluft tritt durch Leitung 34 in einen Zwischenkühler 36. Die Gebläselutt strömt inden Rohren 35 und durch Kammer 38 und 39 in den Speicher 6. Die Rohre sind innerhalb des Kühlers bei 37 von Kühlwasser umspült. Abb. 9 zeigt ähnlich wie Abb. 5 die Verwendung des Kurbelraumes als Vorverdichter, jedoch mit einem Zwischenkühler 41, der dem Speicher 6 vorgeschaltet ist. Die vorverdichtete Luft tritt bei 40 aus dem Steuerschieber ig in die Rohre 42, durchströmt die vom Kühlwasser umspülten Rohre und tritt rückwärts durch die Öffnung 43 in den Speicher 6.

Claims (2)

1. PATENTANSPROCHE: i. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger Kolben,-Luftverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Spü- len des Motorzylinders und das Nachladen des Verdichters erforderiiehe vorverdichtete Luft ,einem gemeinsamen Speicherraum (6) entnommen wird.
2. 2. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger KolbenLuftverdichIer nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluftkarnmer des Motors bzw. der Nachladespeicherraum des Verdichters zwiwh-en Kühlwasserraum und Kurbelkasten im gemeinsamen Zylinderblock untergebracht ist. 3. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülluft für den Motor bzw. Nachladeluft des Verdichters von dem entsprechend vergrößerten Gebläse der Brennkraftmaschine geliefert wird. 4. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spüllaft für den Motor bzw. Nachladeluft des Verdichters im Kurbelraum der Brennkraftmaschine und des Verdichters vorverdichtet und in den gemeinsamen Speicherraum gefördert wird. 5. Mit einer Zweitakt-Brennkraftniaschim vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter nach den Ansprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der im Kurbelraum des Verdichterzylirtders vorverdichteten Luft zum Nachladen, während der Rest zur Erhöhung der Spülluftmenge des Motorzylinders ,%erwendet wird. 6. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger Kolben-Luftverdichter nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorverdichtete Spül- und Nachladeluft gekühlt wird. 7. Mit einer Zweitakt-Brennkraftmaschine vereinigter einstufiger nach den Ansprüchen 1, 2, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsaugen in den Kurbelraum und das Überschieben der vorverdichteten Luft über einen Ölabscheider erfolgt so daß beim Überschieben die von der vorverdichteten Luft mitgeführten ölteilchen im Abscheider aufgefangen und beim Einsaugen durch den Saugluftstrom aus dem Abscheider wieder in den Kurbelraum geblasen werden.