DE274801C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 274801 KLASSE 46«. GRUPPE

verdichtete Luft ausgefegt werden.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 26. Juli 1911 ab.

Die Erfindung bezweckt, in vorteilhafterer Weise als bisher die verbrannten Gase aus den Verbrennungskraftmaschinen auszufegen. Zu diesem Zweck wird bei Zwei- und bei Viertaktmaschinen sowohl die Berührungsfläche zwischen verbrannten Gasen und reinem Gasluftgemisch bzw. Luft als auch die Zeitdauer der Berührung selbst bei hohen Umdrehungszahlen sehr klein gewählt. Dieser Erfolg wird

ίο gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß man die bisher entweder bei Zweitakt- oder bei Viertaktmaschinen gebräuchlichen Verfahren zum Austreiben der verbrannten Gase vereinigt. Zweitakt- und Viertaktmaschinen erhalten einen gleich ausgeführten Verdichtungsraum, und die verbrannten Gase werden durch den Arbeitskolben aus dem Arbeitsraum des Zylinders ausgetrieben, dagegen aus dem Explosionsraum durch die Ladung — sei es Gasluftgemisch oder Luft — ausgefegt, die vom Kurbelgehäuse oder vom Stufenzylinder aus zugeführt wird.

Auf den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Fig. ι ist ein Längsschnitt durch eine mit Stufenkolben versehene Zweitaktmaschine.

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach Linie A-B der Fig. i.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine Zweitaktmaschine entsprechend Fig. 1, aber in etwas anderer Ausführung.

Fig. 4 ist ein Querschnitt nach Linie C-D der Fig. 3.

Fig. 5 ist ein Längsschnitt durch eine Viertaktmaschine mit einfachem Kolben.

Fig. 6 ist ein Querschnitt nach Linie E-F der Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine zweizylindrige Viertaktmaschine in Seitenansicht und teilweise im Schnitt.

Fig. 8 ist eine rechtwinklig zu Fig. 7 gedachte Seitenansicht mit einem Schnitt durch die Ventile des Kurbelgehäuses.

Fig. 9 zeigt eine Dreizylinderverbundmaschine in Seitenansicht und teilweise im Schnitt.

Fig. 10 ist ein Querschnitt nach Linie G-H der Fig. 9, und

Fig. 11 ein Längsschnitt nach Linie I-K der Fig. 10.

Fig. 12 ist ein Längsschnitt durch den Kopf eines Zylinders der in Fig. 9 dargestellten Verbundmaschine, und

Fig. 13 ein Querschnitt nach Linie L-M der Fig. 12. Die

Fig. 14 und 15 zeigen eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Zylinderkopfes im Längs- und Querschnitt.

Fig. i6 zeigt eine Vierzylindermaschine, und in den

Fig. 17 bis ig sind Einzelheiten dieser Maschine dargestellt.

Die mit Stufenkolben ausgerüstete Zweitaktmaschine nach Fig. r bis 4 besitzt einen gesondert angeordneten Explosions- und Verdichtungsraum K, der mit dem Arbeitszylinder d durch ein gesteuertes Ventil e² und mit

to dem Stufenzylinder d¹ (Fig. 1 und 2) durch ein gesteuertes Ventil β¹ in Verbindung steht. An Stelle der beiden getrennten Ventile e¹ und <?² kann auch ein Doppelventil e¹-«² (Fig. 3) angewendet werden, das die Verbindung zwischen dem Arbeitszylinder, dem Explosionsraum und dem Stufenzylinder steuert. An demselben Ende des Zylinders, wo die Ventile el-e² liegen, befindet sich auch das Auslaßventil e. Alle diese Ventile werden von einer gemeinsamen Welle h aus gesteuert. Das Gasluftgemisch — oder die Luft bei Maschinen mit Verdichtung der reinen Luft — wird vom Kolben des Stufenzylinders d¹ aus durch wassergekühlte Rohre in den Verdichtungsraum K gedrückt. Soll mit höheren Umlaufzahlen und größerer Ladung gearbeitet werden, so wird Gasluftgemisch oder Luft gleichzeitig vom Stufenzylinder und vom Kurbelgehäuse aus zugeführt (Fig. 3). Das Gasluftgemisch strömt dann durch das Saugventil α in das Kurbelgehäuse ein, von wo es durch Rohre in den Stufenzylinder gedrückt wird (vgl. Fig. 3). Bei größeren Maschinen wird Gasluftgemisch nur in den Stufenzylinder eingeführt, und durch das Saugventil α des Kurbelgehäuses wird Luft und Wasser eingeleitet, welche durch die Kurbel vermischt werden und so den Kolben von innen aus kühlen (Fig. 1). Das Gemisch aus Luft und Wasser wird dann durch den Kanal c und durch die vom Kolben gesteuerte Einlaßöffnung in den Arbeitszylinder einge- : führt und dort durch die Verteilerwirkung der Kolbenkante über den Zylinderraum ausgebreitet, so daß der Zylinderraum nicht zu heiß werden kann. Dieses also zur Kühlung benutzte Gemisch von Luft und Wasser wird zusammen mit den verbrannten Gasen durch das Ventil e ausgeschoben. Gegebenenfalls kann noch mehr Wasser unmittelbar in den Kanal c eingeleitet werden, wie das bei Maschinen mit Verdichtung der reinen Luft oder bei Petroleum- und Naphthamaschinen üblich ist.

Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Im Arbeitszylinder d erfolgt beim Niedergang des Kolbens bei offenem Ventil e² und bei geschlossenem Ventil e¹ die Expansion. Während dieser Zeit saugt der Stufenkolben das Gasluftgemisch durch Rohre n° in den Stufenzylinderraum d¹. Am Ende des Expansionshubes öffnet sich 'das Auslaßventil e. Hierauf gibt der Kolben den Einlaßkanal c frei, aus welchem Luft und Kühlwasser in den Zylinder gelangen, wodurch die verbrannten Gase ausgetrieben werden. Während noch das Ventil e² des Verdichtungsraumes geöffnet ist, wird auch das Einlaßventil e¹ zum Verdichtungsraum geöffnet und in den Verdichtungs- und Explosionsraum K strömt das Gasluftgemisch ein, wobei der KoI-ben sich gegen den Verdichtungsraum hin bewegt. Da das Einlaßventil β¹ an dem einen Ende und das Überströmventil e² an dem anderen Ende des Verdichtungsraumes liegt, so wird der Verdichtungsraum gleichmäßig mit Gasluftgemisch angefüllt, aus welchem die verbrannten Gase entweichen, ohne mit dem Gasluftgemisch gemischt zu werden. Die Berührungsfläche zwischen verbrannten Gasen und Gasluftgemisch bleibt möglichst klein, weil die Berührung in dem verhältnismäßig kleinen Verdichtungsraum vor sich geht, während bei den bisher bekannten Zweitaktmaschinen der Zylinderquerschnitt die Berührungsfläche bildet. Die Zeitdauer der Berührung ist erheblieh geringer als bei bekannten Viertaktmaschinen, wo sie während des ganzen Ausschubes vorhanden ist. Nachdem der Verdichtungs- und Explosionsraum K mit Gasluftgemisch gefüllt ist, wird das Ventil e² geschlossen. Inzwischen preßt der Stufenkolben, da das Ventil e¹ noch offen ist, durch ein von Kühlwasser umgebenes und zwischen dem Ventil β¹ und dem Stufenzylinder d¹ angeordnetes Rohr noch Gasluftgemisch in den jetzt gegen den Arbeitszylinder abgeschlossenen Verdichtungsranm K. Gleichzeitig schiebt der Arbeitskolben Spülluft und Wasser und verbrannte Gase aus dem Arbeitszylinder hinaus. Wenn der Arbeitskolben in seine innere oder obere Endlage gelangt ist, wird das Auslaßventil e und unmittelbar darauf das Ventil e^l geschlossen und gleichzeitig das Ventil e²· geöffnet. Dann erfolgt die Zündung des Gasluftgemisches in der üblichen Weise im Raum K, und während der Vorwärts- oder Abwärtsbewegung des Kolbens findet die Expansion statt, worauf sich die Vorgänge wiederholen.

Bei dieser Zweitaktmaschine werden also die verbrannten Gase aus dem Arbeitszylinder durch den Kolben wie bei gewöhnlichen Viertaktmaschinen entfernt und die verbrannten Gase werden außerdem mittels verdichteter Luft und verdichtetem Gasluftgemisch nicht nur aus dem Explosionsraum, sondern auch aus dem Zylinderraum ausgespült.

Bei Zweizylindermaschinen kann das verdichtete Gemisch vom Kurbelgehäuse aus durch Rohre unmittelbar in den Explosionsraum eingeleitet werden; der Kanal c, durch

den bei der Ausführung nach Fig. ι Luft und Kühlwasser in den Zylinder eingeleitet werden, wird dann fortgelassen. Bei Einzylindermaschinen kann anstatt ■ des Stufenzylinders ein Aufnehmer benutzt werden. Es können dann der Kanal zwischen Kurbelgehäuse und Zylinder und die zugehörigen Ventile fortbleiben, und der im Zuleitungsrohr zum Explosionsraum angeordnete Aufnehmer ■ ist mit

ίο dem Kurbelgehäuse verbunden, wie das die Fig. 5 und 6 zeigen. Bei dieser Maschine ist das Ventil υ angeordnet, welches entweder selbsttätig arbeitet oder von der Steuerwelle des nach dem Explosionsraum führenden Ventiles i geöffnet wird. Bei Maschinen mit zwei Zylindern kann natürlich der Aufnehmer fortbleiben und von den Einlaßventilen i des Zylinders führen Rohre c nach den Druckventilen ν des Kurbelgehäuses, wie aus den Fig. 7 und 8 ersichtlich ist. Der Explosionsoder Kompressionsraum läßt sich so ausbilden, daß die verbrannten Gase vor dem Gasluftgemisch her entweichen, selbst wenn man Einlaßventil i und Auslaßventil p wie bei bekannten Maschinen anordnet, wie Fig. 6 zeigt. In dieser Figur geben die Pfeile an, wie sich die Füllung dieses Raumes vollzieht. Die Viertaktmaschine der Fig. 5 und 6 arbeitet in folgender Weise.

Während des Verdichtungshubes im Zylinderraum saugt der Kolben Gasluftgemisch durch Ventil α in das Kurbelgehäuse b ein und drückt es während des Expansionshubes durch ein selbsttätiges oder gesteuertes Ventil υ in den Aufnehmer R. Während des Ausschubhubes saugt der Kolben wiederum Gasluftgemisch in das Kurbelgehäuse, und gegen Ende des Ausschubhubes wird das Zylindereinlaßventil i so lange vor dem Schließen des Auslaßventiles p geöffnet, damit die verbrannten Gase aus dem Explosionsraum K von dem verdichteten Gasluftgemisch verdrängt werden können, das vom Aufnehmer her einströmt. Die dem Hubvolumen des Kolbens entsprechende Ladung an verdichtetem Gasluftgemisch strömt während des Ansaughubes im Zylinderraum aus dem Aufnehmer und Kurbelgehäuse in den Zylinder ein, und zwar schneller als gewöhnlich, da der Kolben die Ladung sowohl einsaugt als auch gleichzeitig vom Kurbelgehäuse her eindrückt. Soll mit voller Ladung gearbeitet werden, so wird das Einlaßventil i erst geschlossen, wenn der Kolben nach der Bewegungsumkehr den Verdichtungshub beginnt. Verdichtung und Expansion finden dann während des ganzen Aufwärts- und Niederganges des Kolbens statt. Soll jedoch mit kleiner Ladung gearbeitet werden, so muß das Einlaßventil früher, also noch während des Saughubes, geschlossen werden, damit nur eine geringere Menge Gemisch in den Zylinder einströmen kann. Es wäre aber auch angängig, das Ventil später zu schließen und infolgedessen einen Teil des Gemisches wieder in den Aufnehmer und gegebenenfalls in das Kurbelgehäuse zurückzudrücken.

Bei Zweizylindermaschinen nach Fig. 7 und 8, bei denen die Kurbeln des Massenausgleiches wegen unter 180° angeordnet sind, werden die Ventile ν der beiden Kurbelgehäuse so gesteuert, daß das Gasluftgemisch aus dem einen Kurbelgehäuse, in das es während des Verdichtungshubes eingesaugt und wo es während des Expansionshubes verdichtet wurde, nach dem Kurbelgehäuse des anderen Zylinders überströmen kann, in den vorher, während des * Ausschubhubes, Gasluftgemisch eingesaugt worden ist. Auf diese Weise ist es möglich, in dem Kurbelgehäuse des Zylinders, der während des gewöhnlichen Saughubes gefüllt werden soll, ein verdichtetes Gasluftgemisch zu erhalten, und es ist ferner möglich, bei Zweitaktmaschinen die verbrannten Gase auch ohne Verwendung eines Aufnehmers mittels verdichteten Gasluftgemisches auszufegen, weil das dazu erforderliche verdichtete Gasluftgemisch aus dem Kurbelgehäuse entnommen werden kann.

Wenn die Maschine mit der größtmöglichen Expansion und der höchsten Umdrehungszahl arbeiten soll, so werden die Kurbeln beider Zylinder gleichgerichtet und die Ladung wird in beiden Kurbelgehäusen gleichzeitig verdichtet, und zwar während des ersten Niederganges der beiden Kolben für den einen Arbeitszylinder und während des folgenden Niederganges der beiden Kolben für den zweiten Arbeitszylinder. In dieser Weise arbeitet auch die in den Fig. 16 bis 19 dargestellte Vier-Zylindermaschine. Bei dieser Maschine sind die Kurbeln der beiden inneren und der beiden äußeren Zylinder gleichgerichtet (vgl. Fig. 16), und die Kurbeln der beiden Zylindergruppen sind unter 180° zueinander versetzt. Luft oder Gasluftgemisch kann in das Kurbelgehäuse durch den Kanal a° (Fig. 17) einströmen oder wird durch das Ventil a (Fig. 18) eingesaugt, oder aber die Zuleitung erfolgt sowohl durch Kanal a° wie durch Ventil a.

Nur auf diese Weise ist es möglich, die verbrannten Gase vollständig auszufegen und die größtmögliche Ladung bei Verbundmaschinen mit zwei gewöhnlichen Viertaktzylindern und einem Zweit aktexpansionszylinder zu erhalten. Wendet man diese Arbeitsweise bei dem Expansionszylinder einer solchen Verbundmaschine an (vgl. Fig. 9 bis 12), so wird das verdichtete Gasluftgemisch aus dem Kurbeige-

häuse b, c des Niederdruckzylinders in die Kurbelgehäuse der beiden Hochdruckzylinder geleitet und verdrängt zu Beginn des Saughubes die verbrannten Gase aus dem Explosionsraum eines der beiden Zylinder in den Expansionsraum. Das Gasluftgemisch wird durch das Ventil α in das Kurbelgehäuse des Niederdruckzylinders eingesaugt und durch das Ventil ν in die Rohrleitung c¹ gedrückt,

to die mit den Hochdruckkurbelkastenpumpen und den Einlaßventilen i α und i b der Hochdruckzylinder in Verbindung steht. Wird der Expansionszylinder nicht benutzt, so arbeitet die Maschine genau so wie die Maschine der Fig. 8» die Ladung wird also von beiden Kurbelgehäusen aus in den Arbeitszylinder eingedrückt. Dadurch wird eine so wirksame, von Verbrennungsrückständen freie Ladung im Explosionszylinder und ein so hoher Enddruck erreicht, daß bei jeder Art von Brennstoff der Druck im Expansionszylinder nicht unter eine Atmosphäre sinken kann.

Soll mit noch größerer Ladung gearbeitet weiden, so wird das Gasluftgemisch aus dem Kurbelgehäuse b c des Expansionszylinders in die Kurbelgehäuse b α und b b der Explosionszylinder d α und d b am Ende des Hubes, wie bei Fig. 8, eingeführt. Das ist möglich, wenn man die Kurbel der Explosionszylinder gegen die Kurbel des Expansionszylinders um 180 ° versetzt. Die Ausbildung des Expansionsraumes K und die Anordnung der Einlaßventile i a, i b und des Auslaßventiles ft α sind so getroffen, daß die verbrannten Gase vor dem einströmenden verdichteten Gasluftgemisch entweichen können, wie das durch die Pfeile angegeben ist. Luft oder Gasluftgemisch strömen durch das Einlaßventil α in das Kurbelgehäuse.δ c des Expansionszylinders (Fig. 11) und von dort durch das Ventil ν und Rohr c¹ nach den Kurbelgehäusen b α und b b der Explosionszylinder und weiter durch die Einlaßventile i α und i b in die Hochdruckzylinder d α und d b. Der Expansionszylinder d c ist wie gewöhnlich mit einem Auslaßventil ft c ausgerüstet, und die Überströmkanäle c^2a und c^2b der Viertakt zylinder stehen mit dem Zylinderinnern durch Ventile ft a in Verbindung, deren Federbelastung so gewählt ist, daß sie dem Enddruck in den Zylindern entspricht, oder aber sie werden gesteuert, oder aber es wird auch bei dem Expansionszylinder ein Einlaßventil angeordnet, wie es bei ähnlichen Maschinen gebräuchlich ist.

Für den Betrieb mit Petroleum oder Naphtha wird der Verdichtungsraum entsprechend den Fig. 12 und 13 oder nach Fig. 14 und 15 ausgebildet. Die verdichtete Luft strömt durch das Ventil i ein und treibt die verbrannten Gase durch das Auslaßventil ft α aus, worauf der Brennstoff wie gewöhnlich während des Saug- oder Verdichtungshubes in den Verdichtungsraum eingeleitet wird. Der in den Fig. 12 bis 15 dargestellte Verdichtungsraum kann auch bei Maschinen nach Fig. 5 bis 10 angewendet werden, wenn ein Auslaßventil ft a an Stelle des gewöhnlichen Auspuffrohres verwendet wird. Bei Gleichdruckverbrennungsmaschinen, wo Luft lediglich in das Kurbelgehäuse des Stufenzylinders eingeleitet wird, geschieht die Zuführung des Brennstoffes in der üblichen Weise. Für den Betrieb mit Petroleum oder Naphtha, und zwar sowohl für Explosions- wie für Gleichdruckmaschinen, wird der Verdichtungsraum so angeordnet, daß die verbrannten Gase aus dem Verdichtungsraum entweichen können, wenn Luft eingeleitet wird. Brennstoff wird in der gewöhnlichen Weise in den Zylinder eingeführt und Luft in das Kurbelgehäuse und den Stufenzylinder.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Zwei- oder Viertaktverbrennungskraftmaschine, bei welcher die verbrannten Gase aus dem Arbeitszylinder durch den Kolben ausgeschoben und aus dem Verdi chtungs- und Explosionsraum durch verdichtetes Gasluftgemisch oder verdichtete Luft ausgefegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stufenzylinder oder im Kurbelgehäuse verdichtete Luft oder Gasluftgemisch durch ein gesteuertes Ventil (e¹) in den Explosionsraum, welcher an dem dem Einlaßventil (β¹) gegenüberliegenden Ende mit einem Ventil (e²) versehen ist, hineingeleitet wird, wenn das Ventil (e²) und das Auspuffventil (e) des Arbeitszylinders geöffnet sind, worauf das Ventil (e²) geschlossen und der Explosionsraum mit Luft oder Gasluftgemisch angefüllt wird (Fig. ι und 2).

2. Zweitaktmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung des Verdichtungsraumes mit dem Arbeitsraume des Zylinders und dem Stufenzylinder durch ein gesteuertes Doppelsitzventil (e¹-e²) vermittelt wird (Fig. 3 und 4).

3. Einzylinderviertaktmaschine nach Anspruch i, bei welcher das geschlossene, mit Saugventil versehene Kurbelgehäuse mit einem gesteuerten oder selbsttätigen Druckventil ausgerüstet ist und mit einem vor dem Zylindereinlaßventil angeordneten Aufnehmer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß Luft oder Gasluftgemisch am Ende des Ausschubhubes aus dem Aufnehmer und während des ganzen Saughubes aus dem Kurbelgehäuse durch den Aufnehmer hindurch in den Verdich-

tungs- und weiter in den Arbeitsraum des Zylinders eingeführt wird.

4. Viertaktzwillingsmaschine mit zwei oder mehreren Zylindern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Einlaßventile der Arbeitszylinder mit den Druckventilen der Kurbelgehäusepumpe durch Rohre unter Fortfall eines Aufnehmers in Verbindung stehen, und daß die Druckventile der Pumpe so gesteuert werden, daß von dem Kurbelgehäuse des einen Zylinders, dessen Kurbel gegen die des anderen Zylinders unter i8o° versetzt ist, Gasluftgemisch oder Luft in das Kurbelgehäuse des anderen Zylinders und von dort in dessen Verdichtungsraum eingeführt wird, wenn der Kolben vom Ausschubhub zum Saughub übergeht (Fig. 7 und 8).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.