DE89703A - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorhegende Erfindung bezweckt die Ausnutzung möglichst weitgehender Expansion der Verbrennungsgase zum Laden der Maschine, welche im Zweitakt arbeitet und auf beiliegenden Zeichnungen durch y

Fig. ι und 2 im senkrechten Längsschnitt und Grundrifs und durch die

Fig. 3 (Auslafsventilsteuerung),
, Fig. 4 (Querschnitt durch das Ventilgehäuse) dargestellt ist, während

Fig. 5 eine Einzelheit der Auslafsventilsteuerung und

Fig. 6 ein vollständiges Arbeitsdiagramm zeigen.

Die Verbrennungsgase, welche, nachdem sie im Arbeitscyhnder A den gröfsten Theil der in ihnen aufgespeicherten Arbeit an den Arbeitskolben abgegeben haben, sind noch immer hoch gespannt und werden dazu verwendet, mittels eines in einem besonderen Ladecylinder L vollständig unabhängig von der Kurbelachse sich bewegenden »freifliegenden« Ladekolbens K eine bestimmte, vorher angesaugte Luftmenge bis auf eine Spannung von etwa 1,5 Atm. Ueberdruck zu verdichten und gegen Mitte des Rückhubes des Arbeitskolbens P in den Arbeitscyhnder hinüberzudrücken; hierbei werden zunächst die noch in letzterem zurückgebliebenen Verbrennungsgase ausgetrieben und alsdann wird durch Einführung von Brennstoff in den Luftstrom die neue Gemischladung gebildet, welche, vom Arbeitskolben noch weiter verdichtet, im todten Punkt des letzteren entzündet wird.

Dieser Vorgang wird durch das in Fig. 2 eingezeichnete Arbeitsdiagramm veranschaulicht. Steht die Maschinenkurbel im Punkt I, so legt der Arbeitskolben P nach fast vollendetem Arbeitshube den Kanal m frei. Da zu gleicher Zeit die Oeffnungen m' des Kolbenschiebers M mit dem letzteren zusammenfallen und das mit dem Schieber verbundene Ueberströmventil ν geöffnet ist, so können die Verbrennungsgase durch den Kanal / in den Ladecylinder L entweichen. In diesem expandiren die Gase, den Kolben K vor sich her schiebend und dadurch die auf der andern Seite des Cylinders befindliche Luft verdichtend, so lange, bis der Druck der Luft ihrer durch die Expansion verminderten Spannung das Gleichgewicht hält. Da dieser Spannungsausgleich bei genügend grofsem Ueberströmungskanal m sehr schnell erfolgt, so kann bereits im Punkte II, nachdem der Arbeitskolben den Kanal m wieder überdeckt und das Ventil ν geschlossen ist, das Ausströmventil a (Fig. 2, 3 und 4) geöffnet werden, wodurch den noch im Arbeitscylinder sich befindenden Verbrennungsgasen der Austritt ins Freie gestattet wird. Ein Theil der letzteren wird nunmehr auf dem Wege von II nach III vom Arbeitskolben aus getrieben, wobei ihre nur noch geringe Spannung annähernd bis auf die Atmosphärenspannung fällt. Wird alsdann im Punkte Hl das die Verbindung der Luftseite des Ladecylinders L mit dem Arbeitscylinder herstellende Einlafsventil E (Fig. 1, 2 und 4) geöffnet, so strömt die bis auf etwa 1,5 atm. Ueberdruck verdichtete Luft mit grofser Ge-

schwindigkeit durch den Kanal ρ, geführt von der Ein- und Auslafsventil trennenden, in den Cylinder hineinragenden Scheidewand S (Fig. 2 und 3) in den letzteren ein, indem sie die noch in demselben zurückgebliebenen Verbrennungsgase vor sich her und durch das Auslafsventil a austreibt. Nachdem somit der Cylinder durch die verdichtete Luft ausgespült wurde und sich nur noch ein geringer Rest von Verbrennungsgasen in demselben befindet, wird das Auslafsventil im Punkte IV geschlossen. Das Einlafsventil E dagegen wird noch weiter geöffnet, und da mit wachsender Oeffnung desselben auch das auf seinem Schafte sitzende Brennstoffventil e geöffnet wird, so strömt nunmehr Luft und Brennstoff in den Cylinder ein,- letzterer aus dem Behälter D, in welchem er unter ,Druck steht, erstere durch den Kolben K getrieben, welcher sich, von den auf der anderen Seite des Ladecylinders eingeschlossenen, immer weiter expandirenden Verbrennungsgasen veranlafst, zum Ende des Cylinders hinbewegt. Ist auf diese Weise die verdichtete Luft bis auf einen geringen Rest aus dem Ladecylinder verdrängt und der Arbeitscylinder mit brennbaren Gemischen geladen worden, so schliefst sich nach eingetretenem Druckausgleich zwischen Arbeits- und Ladecylinder das Einlafsventil und mit ihm das Brennstoffventil im Punkt V, so dafs. nunmehr bei weiterer Bewegung des Kolbens nach dem todten Punkte die Gemischladung weiter verdichtet und in letzterem selbst gezündet werden kann, worauf die infolge der Expansion hochgespannten Verbrennungsgase bis zum Punkte I, den Arbeitskolben vor sich herschiebend, expandiren. Zwecks Rückhubes des Ladekolbens und der dabei stattfindenden Ansaugung von Luft durch das ungesteuerte Ventil t (Fig. 2 und 4) ist derselbe durch eine Kolbenstange mit dem Hülfskolben H (Fig. 1) verbunden. Letzterer bewegt sich in einem besonderen kleinen Cylinder C, welcher durch den Kanal w mit dem Arbeitscylinder in stets offener Verbindung steht. Der Durchmesser dieses Cylinders ist so gewählt, dafs der von der Explosionsspannung auf den Kolben ausgeübte Druck genügt, um die Reibungswiderstände des Kolbens K, sowie den Stauungsdruck der bei der Rückbewegung desselben auszutreibenden Verbrennungsgase zu überwinden. Diese entweichen durch den Kanal /, das geöffnete Ventil ν und die mit dem Ausströmkanal r passenden Oeffnungen r¹ des Kolbenschiebers ins Freie. Kurze Zeit, bevor der Ladekolben am Ende seines Hubes angelangt ist, wird das Ventil sowie der Ausströmkanal wieder geschlossen, so dafs die lebendige Kraft des Kolbens durch die Verdichtung der noch eingeschlossenen Verbrennungsgase aufgezehrt wird.

Wird die Maschine mit Gas betrieben, so kann der Hülfscylinder bei entsprechender Abmessung gleichzeitig als Gasverdichtungspumpe benutzt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.¹-

Die Steuerung des Ein- und Auslafsventiles erfolgt dergestalt, dafs dieselben in einem bestimmten Punkt zwangläufig geöffnet werden, wogegen die Schliefsung durch das Zusammenwirken der Steuerung mit den im Cylinder herrschenden Drucken erfolgt. Im Punkte II des Arbeitsdiagramms wird die auf dem Schaft des Ausströmventiles α (Fig. 2 und 4) frei verschiebbare Büchse ¹C durch den Winkelhebel h angehoben. Dies geschieht durch den Nockeny' einer Excenterscheibe Y', welcher mittelst der Stange q und deren in eine auf dem Schaft u frei bewegliche Büchse G auslaufenden gegabelten Ende, sowie des mit der Schneide j im Eingriff stehenden Spiefses s (s. Fig. 5) den Hebel h nach rechts schwingen läfst. Hierdurch wird die Feder η so stark gespannt, dafs der. durch die' vorher stattgehabte Expansion der Verbrennungsgase in den Ladecylinder herabgeminderte Druck auf das Ausströmventil überwunden und letzteres geöffnet wird. Sodann erfolgt im Punkte III des Diagramms die Entlastung des Einlafsventiles E (Fig.. 1 und 4) durch Anheben des Winkelhebels χ und'der Federbüchse V von Stellung 1 auf Stellung 1 mittelst der entsprechend gestalteten Excenterscheibe b und der Stange g. Infolge der dadurch bewirkten Verminderung der Spannung der Feder i wird das Einlafsventil durch die im Ladecylinder eingeschlossene Druckluft gehoben und letztere tritt nunmehr in den Arbeitscylinder ein, indem sie denselben in der bereits beschriebenen Weise ausspült. Mit fortschreitender Oeffnung des Einlafsventiles wird sich die Luft im Cylinder anstauen, da sie durch das verhältnifsmäfsig kleine Auslafsventil nicht mit gleicher Geschwindigkeit austreten kann, als sie eingetreten ist.. . Durch die infolge dessen stei-? gende Spannung,, sowie das gleichzeitige durch Zurückgehen des Hebels h in seine Ruhelage veranlafste Nachlassen der Spannung der Feder ν wird das Auslafsventil α auf seinen Sitz geprefst, und zwar um so früher, je schneller dieSpannung im Cylinder wächst. Nun erst wird das Einlafsventil E und mit ihm auch das Brennstoffventil e durch weitere Entlastung ganz geöffnet und der noch im Ladecylinder befindliche gröfsere Theil der Druckluft unter Mitreifsung von Brennstoff in den Arbeitscylinder übergedrückt. Haben sich nun nach kurzer Zeit die Spannungen im Arbeits- und Ladecylinder ausgeglichen, so erfolgt, da die Entlastung des Einlafsventiles mit dem Spannungsausgleich nicht gleichen Schritt hält, der Schlufs des letzteren, welcher durch die nunmehrige weitere Ver-

dichtung des Gemisches im Arbeitscylinder, sowie die gleichzeitige Zunahme . der Federspannung fest auf seinen Sitz geprefst wird.

Da beim Anlassen, sowie nach dem etwaigen Ausfall einer Zündung die Gemischbildung wegen Fehlens der die Vorverdichtung der Luft bewirkenden Verbrennungsgase nicht auf die beschriebene Weise erfolgen; kann, so ist. die Steuerung so eingerichtet, dafs die Ladung des Cylinders in diesen Fällen in: der bei Viertaktmaschinen üblichen Weise durch Ansaugen des Gemisches und darauffolgende Verdichtung erfolgen kann. .

Wie aus dem in Fig. 6 dargestellten vollständigen Arbeitsdiagramm ersichtlich, wird nämlich die im Arbeitscylinder eingeschlossene, vorher verdichtete Luft (beim Anlassen) oder das im todten Punkte VI nicht gezündete Gemisch durch das alsdann vom Nockenj/-² geöffnete Auslafsventil α vom Punkte VI bis.zum Punkt VH zum gröfsten Theil ausgeblasen., so dafs nunmehr durch das infolge der Anhebung des Hebels χ bis in Stellung 3 vollständig .entlastete, selbsttätig sich öffnende Einlafsventil E und das Brennstoffventil e bis zum Punkt I neues Gemisch angesaugt wird, um beim Rückhube des Kolbens vom Punkt II an verdichtet und im todten Punkte VI gezündet zu werden.

Damit die auf die beschriebene .Weise an-, gesaugte Gemischladung beim Rückhube des Kolbens nicht, anstatt verdichtet zu werden, wieder ausgetrieben wird, müssen sowohl Einlafsals Auslafsventil während der Dauer desselben geschlossen bleiben, wogegen sie bei normalem Gange geöffnet werden. Bei ersterem wird dies von selbst erreicht, und zwar einerseits dadurch, dafs es nicht durch den sonst seine Oeffnung bewirkenden Druck der verdichteten Luft entlastet, . andererseits dagegen durch den zur Zeit der bei normalem Gange stattfindenden Oeffnung bereits bedeutenden Verdichtungsdruck des im Arbeitscylinder eingeschlossenen Gemisches stark belastet wird. Beim Auslafsventil hingegen wird die Anordnung einer besonderen Vorrichtung erforderlich. Diese besteht in einem Spiefs s (Fig. 3), welcher durch den kleinen Steuerungskolben k eingestellt wird, der sich in einem mit der Luftseite des Ladecylinders durch das Röhrchen ο verbundenen Cylinder bewegt. Wird bei normalem Gange die Luft im Ladecylinder durch die expandirenden Verbrennungsgase zusammengedrückt, so wird der Kolben k durch die Spannung nach unten geprefst und dadurch der Spiefs s in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise mit der Schneide j so in Eingriff gebracht, dafs das Auslafsventil durch den kleinen Nockenj'¹ geöffnet werden kann. Ist dagegen die Luft im Ladecylinder nicht verdichtet worden, so wird der Kolben durch eine in ihm angebrachte Feder nach oben gedrückt (s. Fig. 3) und dadurch. der Spiefs s so eingestellt, dafs der kleine Nockenj'¹ das Auslafsventil nicht öffnen kann, wogegen der bedeutend höhere Nocken g·² dessen Oeffnung während des kurzen Weges vom Punkt VI bis Punkt VII bewirkt, falls der im Cylinder herrschende Druck nicht gröfser ist als die durch Zusammenpressen der Feder η hervorgerufene Spannung derselben. Letzteres ist der Fall, wenn im todten Punkt VI die Zündung des Gemisches erfolgt, wobei infolge der grofsen Belastung durch den Explosionsdruck das Ventil geschlossen bleibt.

Die Geschwindigkeits-Regulirung der Maschine erfolgt durch Ausfallenlassen von Ladungen in der Weise, dafs das Ueberströmventil ν bei zu schnellem Gange geschlossen gehalten wird, wodurch die Verbrennungsgase im Cylinder eingeschlossen bleiben und beim Rückhube des Kolbens verdichtet werden, um sodann wieder zu expandiren, wobei der im Cylinder herrschende hohe Druck das Oeffnen des Ein- und Auslafsventiles verhindert. Bewerkstelligt wird diese Regulirung durch einen Pendelregulator, der mit dem von der Excenterscheibe R bewegten Schafte F verbunden ist und dessen Spiefs T bei normalem Gange in die Schneide W trifft und dadurch das Ventil öffnet. Das durch den Gewichtshebel B gebildete Pendel erhält seinen regulirenden Anstofs durch die bei der Rückkehr aus der (das Auslassen der im Ladecylinder eingeschlossenen Verbrennungsgase zum Zweck habenden) Auslafsstellung des Ventils und Kolbenschiebers in die Ruhelage stattfindende schnelle Beweguug nach rechts. Hierbei wird bei zu schnellem Gange eine so grofse lebendige Kraft in dem Pendel aufgespeichert, dafs es während der einen Moment darauf (im Punkt I des Diagramms) zwecks Neueröffnung des Ventils durch die Excenterscheibe R bewirkten entgegengesetzten Bewegung des Schaftes F noch weiter nach rechts schwingt, ' wodurch der Spiefs T aufser Eingriff mit der Schneide W kommt, an der letzteren vorbeistöfst und das Ventil geschlossen läfst.

Das erläuterte Verfahren der Ladung des Arbeitscylinders kann auch in der Weise abgeändert werden, dafs die im Ladecylinder durch Expansion der Verbrennungsgase verdichtete Luft nicht zwecks unmittelbarer Verwendung in den Arbeitscylinder, sondern zunächst in einen Druckluftbehälter gedruckt wird, in welchem eine genügende Menge Druckluft aufgespeichert ist, um im Falle des Ausfallens einer oder mehrerer Zündungen bezw. beim Anlassen der Maschine neue Ladungen bilden zu können. Hierbei würde zwar die Expansion der Verbrennungsgase nicht ganz so weit ge-

trieben werden können, wogegen eine wesentliche Vereinfachung der Steuerung damit erzielt würde. Indessen könnte bei grofsen Maschinen eine noch weiter gehende Expansion durch Anwendung eines Differentialkolbens erreicht werden, auf dessen grofser Seite die Expansion stattzufinden hätte, während die Luft auf der kleinen Seite zu verdichten wäre.

Claims (1)

1. Patent-Ansprüche:

   ι . Eine Zweitaktmaschine, gekennzeichnet durch die Anordnung eines in einem Ladecylinder L freifliegenden — gegebenenfalls als Differentialkolben mit kleiner Compressions- und grofser Expansions-Fläche ausgebildeten .— Ladekolbens K in starrer Verbindung mit einem den im Arbeitscylinder herrschenden Drucken ausgesetzten Hülfskolben H, welch letzterer bei Betrieb mit Gas gleichzeitig zum Comprimiren von Gas benutzt werden kann, zu dem Zwecke, die Vorcompression der Luft und die Ladung des Arbeitscylinders mittelst der noch hochgespannten Abgase des letzteren zu bewerkstelligen.

   Eine Steuerung des Einlafs- und Auslalsventiles für Zweitaktmaschinen nach Anspruch i, gekennzeichnet durch das Zusammenwirken ihrer mittelst der Excenterscheiben b χχηά y herbeigeführten abwechselnden Be- und Entlastung infolge Vermehrung oder Verminderung der Spannung der Federn i und η mit den in dem Arbeitscylinder herrschenden Drucken dergestalt, dafs bei normalem Gange die Ladung des Arbeitscylinders in der beschriebenen Weise beim Rückhube des Arbeitskolbens, beim Anlassen dagegen und nach etwaigem Ausfall einer Zündung in der bei Viertaktmaschinen üblichen Weise durch Ansaugen des Gemisches und darauf folgendes Comprimiren desselben während der beinahe vollen Dauer des Kolbenhubes und endlich bei zu schnellen! Gange der Maschine infolge Geschlossenbleibens des Ventiles ν gar nicht erfolgt. :

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.