DE137222C - Explosions- oder Verbrennungskraftmaschine bezw Heifsluftmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

JVr 137222 KLASSE 46«.

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf Explosions- oder Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen ein Verdränger mit einem Kraftkolben zusammen im Betriebscylinder arbeitet, zu dem Zwecke, eine Verdichtung des Treibmittels innerhalb des verhältniismäfsig kalten Theiles des Cylinders zu bewirken und das verdichtete Gemisch alsdann dem erhitzten Theile des Cylinders zuzuführen, wo die Entzündung und Expansion des Treibmittels zum Zwecke der Arbeitsleistung erfolgt.

Auf den Zeichnungen zeigt Fig. ι die Maschine im Grundrifs, Fig. 2 im senkrechten Schnitt nach A-A der Fig. i, während die Fig. 3 und 4 Einzelheiten darstellen.

Der Cylinder 1 ist am hinteren Ende mit einem festen Boden 2 versehen, welcher den Verbrennungs- und Expansionsraum bildet; in diesem Cylinder ist vorn der Taucherkolben 3 geführt, welcher den eigentlichen Treibkolben bildet. Der Cylinder 1 besteht zweckmäfsig aus zwei Theilen, die durch Flanschen 4 mittelst Schrauben verbunden sind. Die Oberfläche des hinteren, durch den Boden 2 geschlossenen Theiles ist vorn mit Rippen 5 besetzt, während die übrige Oberfläche desselben gerauht oder mit Rippen 6 von geringerer Höhe versehen ist. Das hintere Ende des Cylinders ist von einem Gehäuse 7 umgeben, welches von einem äufseren Mantel 9 und einer inneren, die Wärme schlecht leitenden Auskleidung gebildet wird. Dieses Gehäuse hat obeiij nahe dem Cylinderboden 2, ein Auslafsrohr 10 und eine Einlafsöffnung 11, die sich zweckmäfsig nahe der Mitte des Gehäusebodens befindet. Hinter dem Treibkolben 3 bewegt sich im Cylinder 1 der Verdränger 12, der bei seiner rückwärtigen Bewegung am Ende des Hubes nahezu den Cylinderboden 2 erreicht. Das vordere Ende des Verdrängers 12 ist mittelst des in der Nuth 14 befindlichen Ringes 13 gegen die Cylinderbohrung abgedichtet und in diese genau passend eingeschliffen. Die Länge oder Höhe dieses Ringes 13 ist geringer als die Breite der den Ring 13 enthaltenden Nuth 14, so dafs der im Cylinder streng passende und durch Reibung in diesem haftende Kolbenring bei der Hin- und Herbewegung des Verdrängers 12 abwechselnd von der einen und der anderen Seite der Nuth mitgenommen wird und an dieser anliegt. Der innere Durchmesser des Ringes ist ein solcher, dais er nicht bis auf den Grund der Ringnuth 14 reicht. Der vordere, in den Cylinder eingeschliffene Theil 17 des Verdrängers 12 ist aufserdem mit Längsnuthen 16 versehen, während der Ring 13 auf der hinteren, den Längsnuthen 16 zugewendete Fläche radiale Nuthen 15 besitzt. Ebensolche Längsnuthen 19 befinden sich im vorderen, -die Ringnuth 14 begrenzenden Rande des Verdrängerendes, während jedoch die vordere Fläche des Ringes 13 eben ist; die Nuthen 19 sind nur so tief, dafs sie beim Anliegen des Ringes 13 gegen die vordere Seite der Ringnuth 14 durch den Ring 13 geschlossen werden. Der hintere Theil des Verdrängers 12 hat einen solchen Durchmesser, dafs zwischen ihm und der Cylinderwand ein ringförmiger Raum verbleibt. Der Kolbenring 13 wirkt wie ein Ringventil, welches bei

der Vorwärtsbewegung des Verdrängers 12 an dem hinteren Rande der Ringnuth anliegt, so dafs die Gase ihren Weg durch die Nuthen 19, zwischen Ring 13 und Nuth 14, sowie durch die Nuthen 15, 16 nach dem Räume 18 nehmen können, wenn sich der Kolben 3 bei Vorwärtsbewegung des Verdrängers rückwärts bewegt, wogegen bei der Vorwärtsbewegung beider Kolben der Ring 13 durch die Explosion gegen die vordere Fläche der Nuth 14 gepreist und der Durchgang von Gasen durch das vordere Ende des Verdrängers verhindert wird.

Der Treibkolben 3 ist an seinem hinteren Ende mit Dichtungsringen 20 versehen; die Kurbelwelle 21 ruht in den Lagerstühlen 22, welche von den Theilen 23 des Maschinenrahmens getragen werden. Die Kurbelwelle 21 ist mit einem Schwungrad 24 versehen und zwischen den Lagern als Kurbel 25 gestaltet, an welche die dem Kolben 3 angeschlossene Pleuelstange 26 angreift. Der Verdränger 12 ist mit der Kurbelwelle 21 in der Weise verbunden, dais die vorn in der Nabe 29 des Verdrängerbodens eingeschraubte Stange 28, welche in der im Kolben 3 befindlichen Hülse 27 geführt und gegen diese durch die Stopfbüchse 38, 39 und die Packung 37 gedichtet ist, vorn ein Gleitstück 30 trägt, das sich in der cylindrischen Führungsbahn 31 bewegt. Der Rohrstutzen 40 dient zum Anschlufs einer Schmiervorrichtung. Das Gleitstück 30 ist mit einem senkrecht nach oben gerichteten, einen Schlitz 33 der Führungsbahn 31 durchdringenden Arm 32 versehen, welchem mittelst eines Zapfens das gegabelte Ende 36 der Lenkerstange 34 angeschlossen ist, die mit dem anderen, ebenfalls als Gabel gestalteten Ende 35 an dem. Kurbelzapfen der Welle 21 angreift und zu beiden Seiten den Kopf der Pleuelstange 26 umfafst.

Die Kurbelwelle 21 und die beiden Pleuelstangen sind so zu einander angeordnet und der Radius der Kurbel 25 ist derartig gewählt, dafs während des gröfsten Theiles einer Umdrehung der Kurbelwelle die Lage der beiden Pleuelstangen zu einander eine gerade Linie bildet, so dafs sich alsdann der Verdränger und der Arbeitskolben mit fast gleicher Geschwindigkeit in derselben Richtung bewegen ; ferner ist die Anordnung eine derartige, dafs während der Bewegung dieser beiden Theile in derselben Richtung dieselben in der geringsten Entfernung von einander sind. Diese Anordnung der genannten Theile zu einander bildet den wesentlichsten Theil der Erfindung.

Nahe dem Punkte, den das hintere Ende des Treibkolbens bei seiner Vorwärtsbewegung am Ende seines Hubes erreicht, ist der Cylinder mit einer LufteinlafsöfFnung 41 versehen, welcher diametral gegenüber sich eine Oeffnung 42 mit angeschlossenem Gaszuleitungsrohr 43 befindet. Die Kammer 44 des Auslafsventiles ist im Gufstheil 45 befindlich aufsen am Cylinder ungefähr in jedem Punkte angeordnet, welchen das hintere Ende des Verdrängers bei seiner Vorwärtsbewegung am Ende seines Hubes erreicht; die eine Seite der Ventilkammer 44 steht durch den Kanal 46 mit dem Inneren des Cylinders in Verbindung, während der anderen Seite das Auspuffrohr 47 angeschlossen ist. Das Auspuffventil 48 ist an einer Stange 49 befestigt, die in einer Hülse 50 geführt und durch ein auf der Kurbelwelle befindliches Excenter angetrieben ist. Damit das Auspuffventil während des gröfsten Theiles der Umdrehung der Kurbelwelle geschlossen bleibt, ist die Ventilspindel 49 zweitheilig gestaltet. Der mit dem Ventil verbundene Theil der A^entilspindel, welcher mit einem Bund 52 versehen ist, verschiebt sich mit seinem Ende in einer auf dem anderen Ventilstangentheil befestigten Büchse 53; der Raum zwischen der Büchse 53 und dem Bund 52 sowie zwischen den beiden Stangentheilenden ist dabei so gewählt, dafs das Auspuffventil nur während eines gewissen Theiles der Umdrehung der Kurbelwelle offen ist. Um das Auspuffventil für gewöhnlich auf seinen Sitz zu drücken und geschlossen zu halten, ist. zwischen dem Bund 52 und dem Ventilgehäuse 45 eine Schraubenfeder 54 eingeschaltet.

Das Rohr 55 dient zur Zuführung eines geeigneten, das Treibmittel bildenden Kohlenwasserstoffes. Dieses Rohr mündet bei 57 in das Gehäuse des Auspuffventiles, in welchem ein Kanal angebracht ist, an dessen Ende ein zweites Rohr 58 bei 59 einmündet. Das Rohr 58 läuft vom Ventilgehäuse aus nach hinten zu einem Brenner 60 und darauf nach vorn zur Oeffnung 42. An einer passenden Stelle, z. B. bei der Abbiegung oberhalb des Brenners, hat das Rohr ein Nadelventil 61 zur Regelung des Zuflusses des als Treibmittel benutzten Kohlenwasserstoffes.

Der Brenner 60, welcher die Verbrennungskammer auf die zur Entzündung des Gasgemisches erforderliche Temperatur erhitzt, oder, falls die Maschine als Heifsluftmaschine benutzt werden soll, den zur Expansion der Luft nöthigen AVärmegrad erzeugt, besteht aus einer cylindrischen Verbrennungskammer, die, am Gehäuse 8 befestigt, mit ihrem offenen Ende in die Oeffnung 11 des Gehäuses hineinragt. Auf dem Umfange ist der Brenner mit mehreren Lufteinlafsöffnungen 64 versehen.

Die Maschine wirkt in folgender Weise : Der Brenner 60 wird zu Anfang in geeigneter Weise so stark erhitzt, dafs er im Stande ist, den zugeleiteten Brennstoff zu verdampfen, worauf der Brennstoff zugelassen, der Brenner

entzündet und so lange in Brand erhalten wird, bis der von der Kammer 7 umschlossene Theil des Cylinders genügend heiis ist, um die Zündung oder Expansion des Treibmittels zu bewirken. Die Verbrennungsproducte des Brenners entweichen durch den Stutzen 10. Nachdem der Cylinder hinreichend angeheizt ist, wird die Maschine in der Weise angelassen, dais man das Nadelventil des Brenners öffnet und die Kurbelwelle in irgend einer Weise, beispielsweise mit der Hand, in Umdrehung versetzt. Alsdann bewegen sich Verdränger und Arbeitskolben ungefähr während eines Drittels der Umdrehung zunächst gleichzeitig vorwärts und entfernen sich alsdann allmählich von einander. Hierbei werden aus dem Rohr 43 und durch die Mündung 42 desselben eine gewisse Menge des brennbaren Treibmittels und durch das Loch 41 die nöthige Luftmenge angesaugt, so dafs das explosive Gemisch erzeugt wird. Während dieser Ansaugung ist das Ventil 48 durch die Wirkung des Excenters 51 geöffnet, so dafs die hinten im Cylinder befindlichen Verbrennungsgase entweichen können. Nachdem der Verdränger seine Rückwärtsbewegung, bei welcher der Ring 13 mit seiner vorderen Fläche gegen die Nuthen 19 geschoben ist und diese schliefst, beendigt hat, schliefst sich das Auslafsventil 48 wieder, während fast gleichzeitig der Treibkolben veranlafst wird, sich schnell rückwärts zu bewegen, so dafs eine Verdichtung des vorher bei der Entfernung der Kolben von einander angesaugten Gemisches erfolgt. Der Verdränger verbleibt jedoch unterdessen in fast unveränderter Stellung, während seine Lenkerstange über den inneren todteil Punkt geht. Hat der Treibkolben seine Rückwärtsbeweg'ung ziemlich vollendet, so nähert sich der Verdränger plötzlich dem Treibkolben, wobei der Ring 13 auf der hinteren Seite der Nuth 14 anliegt und die Nuthen 19 geöffnet werden. Der Verdränger treibt nun das Gemisch von Gas und Luft durch die Längsnuthen 19, unter dem Venturing 13 hinweg und durch die Nuthen 16 in die Verbrennungskammer des Cylinders, wobei Gas und Luft gemischt werden. Das Gemisch entzündet sich nun in der heifsen Verbrennungskammer, worauf dasselbe expandirt und beide Kolben vorwärts treibt. Die Verbindung des Treibkolbens und des Verdrängers mit der Kurbelachse der Maschine ist derartig, dafs Verdränger und Kolben während des gröfsten Theiles ihrer Vorwärtsbewegung dieselbe Geschwindigkeit haben; das Schwungrad vcranlaist die völlige Vollendung der Drehung der Kurbelwelle und die Umkehr der Kolbenbewegung, so dafs wiederum die Ansaugung von brennbarem Treibmittel und Luft in beschriebener Weise erfolgt. Wenn der Verdränger das Ende seiner Vorwärtsbewegung erreicht, so ist das Auslafsventil geöffnet, so dafs die bei der vorhergehenden Explosion entstandenen Verbrennungsgase durch die Kammer 44 entweichen und diese dabei erhitzen. Ist die Maschine kurze Zeit in Betrieb, so wird die Kammer 44 so heifs, dais der durch das Rohr 58 zutretende flüssige Kohlenwasserstoff verdampft und in Gasform in den Cylinder tritt. Während also das Gehäuse des Auslafsventiles dazu dient, das Treibmittel zu verdampfen, verhütet das letztere auch gleichzeitig eine Ueberhitzurig des Gehäuses.

Der aufsen gerippte Theil 5 des Cylinders verhütet dessen übermäfsige Erhitzung und eine zu frühzeitige Entzündung des Treibmittels, während die auf dem Endtheil des Cylinders befindlichen niedrigen Rippen oder Rauheiten ein Abblättern und schnelles Verbrennen des Cylinderendes durch die Wirkung des Brenners verhüten, indem die zunächst entstehenden Abschiefungen durch die Rauheiten am Abspringen verhindert werden, welcher Ansatz eine weitere Zerstörung der Cylinderwand verhütet. Der Eintritt des Treibmittels erfolgt im kältesten Theil des Cylinders, woselbst das explosive Gemisch auch verdichtet und hierauf erst nach dem erhitzten Theil überführt wird.

Soll die Maschine als Heifsluftmaschine benutzt werden, so bleibt der Brenner beständig in Thätigkeit, ebenso auch, wenn ein Explosivgemisch benutzt wird, die Maschine dabei jedoch mit aufsergewöhnlich geringer Belastung läuft.

Da die das Explosivgemisch bildenden Stoffe von ziemlich geringer Temperatur in den kälteren Theil der Maschine eingeführt und daselbst verdichtet werden, so wird die Temperatur des Gemisches bereits durch die Verdichtung erhöht und sodann noch durch die Wärme der erhitzten Wandungen beträcht-. lieh gesteigert, so dafs das Gemisch schon voider Zündung eine bedeutende Ausdehnung erfährt, mithin die Maschine auch wie eine Heifsluftmaschine arbeitet. Während der Verbrennung und der Expansion der Gase sind diese nicht in einem künstlich gekühlten oder ummantelten Raum enthalten, sondern die Arbeit der Gase wird in einem Theil des Cylinders geleistet, der nicht allein durch die Verbrennung des Gases, sondern aufserdem noch von aufsen erhitzt wird, mithin eine Temperaturabnahme während der Expansion der Gase durch Wärmeausstrahlung bezw. Ableitung nicht stattfindet.

Claims (2)

1. Pate nt-An Sprüche:

   i. Explosions - oder Verbrennungskraftmaschine bezw. Heifsluftmaschine mit zwei Kolben, welche so gegen einander ver-

   schoben werden, dafs zwischen beiden Kolben das Gas- und Luftgemisch angesaugt und bei alsdann erfolgender Näherung der Kolben gegen einander verdichtet wird, worauf bei gemeinschaftlicher Rückwärtsbewegung beider Kolben das Gemisch in den Verbrennungsraum gelangt, dadurch gekennzeichnet, dafs die Pleuelstangen 26, 34, deren Angriffspunkte an den Kolben 3 bezw. 12 auf beiden Seiten der Kurbelwellenmitte liegen, an eine einzige Kröpfung der Kurbelwelle angreifen, welche ober- oder unterhalb der Verbindungslinie der Angriffspunkte derart angebracht ist, dafs bei jeder gleichgerichteten Bewegung beider Kolben der Kurbelzapfen zweimal die Verbindungslinie der Angriffspunkte schneidet und die Pleuelstangen gegen einander eine scheerenartigc Bewegung ausführen.
2. 2. Eine Explösionskraftmaschine nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen im vorderen Theile des hinteren Kolbens 12 angebrachten, gegen die Cylinderwandung dichtenden Ring 13, der sich in einer Ringnuth 14 des Kolbens befindet, deren Breite gröiser als die Höhe des Ringes und deren Tiefe gröiser als der innere Ringdurchmesser ist, wobei der gegen den Verbrennungsraum abgesetzte Kolben vor und hinter der Ringnuth Längskanäle 16, 19, der Ventilring hingegen auf der hinteren Ringfläche radiale Nuthen 15 besitzt, so dafs das zwischen beiden Kolben verdichtete Gemisch durch das Ringventil in den Verbrennungsraum gelangen kann, wogegen das Ventil während der Verdichtung und Explosion gegen die vordere Fläche der Ringnuth anliegend geschlossen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.