DE186906C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Es ist ein Verfahren zur Erzeugung von Druckgasen zur Arbeitsübertragung bekannt, welches darin besteht, daß die bei der Explosion einer Explosionskraftmaschine erzeugten verbrannten Gase aus dem Zylinder in einen Sammelbehälter gepreßt werden, um aus diesem zu den Arbeitsmaschinen geleitet zu werden. Das Hinausschieben der Gase geschieht unter Steigerung ihres durch Expansion erzielten Druckes durch den rückkehrenden Kolben. Bei diesem Verfahren ist eine vollständige Arbeitsübertragung durch die Druckgase nicht möglich, weil, wegen des vom Kolben unberührt bleibenden Verdichtungs- oder Verbrennungsraumes, das Hinausschieben der gespannten Gase nicht aus dem ganzen von ihnen ausgefüllten Raum erfolgen kann. Die Gase entweichen entweder in die Atmosphäre oder sie werden zur Verrichtung von mechanischer Arbeit durch die Explosionskraftmaschine bei Einschaltung eines fünften und sechsten Hubes benutzt.A method for generating pressurized gases for transferring work is known, which consists in that generated in the explosion of an explosive engine burned gases are pressed from the cylinder into a collecting container in order to be passed from this to the working machines to become. The pushing out of the gases takes place with an increase in them through expansion achieved pressure by the returning piston. With this procedure, a complete transfer of work is through the compressed gases are not possible because, due to the compression that remains unaffected by the piston or combustion chamber, not pushing the tensioned gases out of the entire space they fill can be done. The gases either escape into the atmosphere or they are used to do mechanical work by the explosion engine when switching on a fifth and sixth stroke used.

Bekannt sind ferner Vorrichtungen, um die expandierten Verbrennungsgase aus dem Zylinder einer Explosionskraftmaschine vollständig zu entfernen, um alsdann den Raum zur Aufnahme eines verdichteten brennbaren Gasluftgemisches zu bilden. Es wird hierbei ein Hilfskolben neben dem Arbeitskolben benutzt, oder es werden die Hübe des Arbeitskolbens verschieden bemessen. Bei Anwendung eines Hilfskolbens führt einer der Kolben die doppelte Hubzahl aus als der andere und ist in seiner Bewegungsphase gegen den anderen verschoben. Diese Vorrichtungen dienen jedoch nicht zum Zwecke der Erzeugung von Druckgasen zur Arbeitsübertragung. Devices are also known to the expanded combustion gases from the Completely remove the cylinder of an explosion engine, and then the room to form a compressed, combustible gas-air mixture. It will be here an auxiliary piston is used next to the working piston, or the strokes of the working piston are measured differently. When applied of an auxiliary piston, one of the pistons performs twice the number of strokes than the other and is in its movement phase shifted against the other. However, these devices are not for the purpose the generation of pressurized gases for the transfer of work.

Der Gegenstand der Erfindung betrifft einen Erzeuger von Druckgasen zur Arbeitsübertragung, insbesondere zum Antrieb von Kraftfahrzeugen. Das Wesen der neuen Erfindung besteht in der Übertragung einer nur als Explosionskraftmaschine bekannten Vorrichtung mit zwei die jeweiligen Gasvolumina begrenzenden Kolben auf eine Maschine zur Erzeugung von Druckgasen, wobei durch die bekannte Arbeitsweise, nämlich das Expansionsvolumen der zur Explosion gebrachten Gase im beliebigen Verhältnis zum Ansauge- und Verdichtungsvolumen zu bemessen und die gespannten Verbrennungsgase durch völlige Annäherung der beiden Kolben auch aus dem Verdichtungsraum ohne Erhöhung des Expansionsenddruckes hinauszuschieben, auch für die Druckgaserzeugung zum Betrieb von Maschinen nutzbar gemacht wird, so daß eine vollkommene Ausnutzung der erzeugten Druckgase erreicht wird. Dieser Druckgaserzeuger ist auf der Zeichnung in zwei Längsschnitten und in einem Querschnitt durch den Zylinder in den Fig. 1, 2 und 3 schematisch dargestellt. Er besteht aus einem Arbeitszylinder \ mit zwei Kolben k und i, welche durch Kurbelstangen m und η auf zwei Wellen ο und / arbeiten. Die Wellen sind miteinander so zwangläufig verbunden, daß die Umdrehungszahl der einen Welle / halb so groß ist als die der anderen Welle o. Die Ventile g, w, x, y sind ungefähr in der Mitte des Zylinders zwischen den beiden KolbenThe subject matter of the invention relates to a generator of pressurized gases for transferring work, in particular for driving motor vehicles. The essence of the new invention consists in the transfer of a device known only as an explosion engine with two pistons that limit the respective gas volumes to a machine for the generation of compressed gases, whereby the known mode of operation, namely the expansion volume of the gases caused to explode in any ratio to the suction and to measure compression volume and to push the stressed combustion gases out of the compression chamber by bringing the two pistons completely closer together without increasing the final expansion pressure, also being made usable for the generation of compressed gas for the operation of machines, so that full utilization of the compressed gases generated is achieved. This compressed gas generator is shown schematically in the drawing in two longitudinal sections and in a cross section through the cylinder in FIGS. 1, 2 and 3. It consists of a working cylinder \ with two pistons k and i, which work on two shafts ο and / by means of connecting rods m and η. The shafts are so positively connected that the number of revolutions of one shaft / is half as large as that of the other shaft o. The valves g, w, x, y are approximately in the middle of the cylinder between the two pistons

angebracht und werden entweder direkt von der mit halber Umdrehungszahl laufenden Welle / oder von einer Hilfswelle, welche eine dieser gleiche Umlaufszahl hat, gesteuert. Das Arbeitsdiagramm des Erzeugers ist durch die ausgezogenen Linien i, 2, 3, 4, 5, 6, 1 der Fig. 5 dargestellt. Das angesaugte Gemisch wird wie in einer gewöhnlichen Explosionskraftmaschine nach Kurve 1, 2 verdichtet, worauf durch Explosion bei konstanten Volumen eine Druckerhöhung 2, 3 erfolgt. Hieran schließt sich die Expansion an, jedoch nur bis zum Punkt 4, von wo ab die Verbrennungsgase bei konstantem Druck ρ in den Behälter d (Fig. 3) hinausgeschoben werden. Der Ausschub erstreckt sich, abgesehen von dem nicht zu vermeidenden schädlichen Raum q, auf das ganze Zylindervolumen. Der Ausschubdruck jp ist ein ganz bestimmter und ergibt sich daraus, daß Fläche a 2: b (vergl. Fig. 5) sein muß, wenn die Ausschubarbeit und die Verdichtungsarbeit während der Verdichtungsperiode aus der Gasenergie gedeckt werden soll. Vervollständigt man die Expansionslinie 3, 4 nach 3, 4, 7, so ist das Diagramm 1, 2, 3, 4, 7, 1 der gewöhnlichen Viertaktmaschine (bei Vernachlässigung des Linienzuges der Saug- und Auspuffperiode) in das Diagramm 1, 6, 5, 4, 7, 1 verwandelt.attached and are controlled either directly by the shaft running at half the number of revolutions / or by an auxiliary shaft which has one of these same number of revolutions. The working diagram of the generator is represented by the solid lines i, 2, 3, 4, 5, 6, 1 of FIG. The sucked-in mixture is compressed according to curve 1, 2 as in an ordinary explosion engine, whereupon the pressure 2, 3 is increased by explosion at constant volume. This is followed by expansion, but only up to point 4, from where the combustion gases are pushed out into container d (FIG. 3) at constant pressure ρ. Apart from the unavoidable harmful space q, the extension extends over the entire cylinder volume. The extension pressure jp is a very specific one and results from the fact that area a 2: b (see FIG. 5) must be if the extension work and the compression work during the compression period are to be covered by the gas energy. If you complete the expansion line 3, 4 to 3, 4, 7, then the diagram 1, 2, 3, 4, 7, 1 of the ordinary four-stroke machine (neglecting the line of the suction and exhaust periods) is in the diagram 1, 6, 5, 4, 7, 1 transformed.

Der Zuwachs der Arbeit der an den Druckgaserzeuger angeschlossenen Maschine wird durch die Spitze 1, 7, 8, 1 des Diagramms veranschaulicht. Der Zuwachs ergibt sich daraus, daß bei der nach Art der Dampfmaschine arbeitenden Maschine eine größere Entspannung der Gase, welche bei der gewöhnlichen Explosionskraftmaschine bei 7 noch mit ziemlich hoher Spannung aufhören muß, erreicht wird. Dieser Arbeitszuwachs durch größere Ausnutzung der Gaswärme wiegt somit zum Teil die bei der Übertragung auftretenden Arbeitsverluste auf. Die Wirkungsweise des Erzeugers erhellt aus dem in Fig. 4 dargestellten Diagramm. In demselben sind die Kolbenwege bezw. die Volumina als Abszissen und die Zeit bezw. die Kurbel wege als Ordinaten aufgetragen. Der zeitliche Verlauf der Kolbenwege wird somit durch von den Kurbelbewegungen abhängige. Linien dargestellt, von denen die eine eine doppelt so große Wellenlänge aufweist als die andere. Die gegenseitige Entfernung der beiden Kolben, mithin auch das von ihnen eingeschlossene Volumen, ist durch die Entfernung der beiden Linien gegeben. Durch entsprechende Verschiebung/ (vergl. Fig. 4) der beiden Linien, d. h. durch Phasenverschiebung der beiden Kolbenbewegungen, werden von den beiden Kolben in der Zeit veränderliche, durch den Viertakt des rascher laufenden Kolbens bestimmte Volumina begrenzt. Das Volumen steigt von beinahe Null (schädlicher Raum) auf ein Maximum h (Saugperiode), nimmt ab auf einen bestimmten Wert c (Verdichtungsperiode) , nimmt wieder zu auf die Größe e (Expansionsperiode) und nimmt schließlich wieder ab bis auf den beinahe Null betragenden Anfangswert (Ausschubperiode). Durch Wahl der geeigneten Hubgröße der einzelnen Kolben und der entsprechenden Phasenverschiebung erreichen die Volumina h, c und e (vergl. Fig. 4) die durch das Arbeitsdiagramm (vergl. Fig. 5) gegebenen Werte.The increase in the work of the machine connected to the compressed gas generator is illustrated by the top 1, 7, 8, 1 of the diagram. The increase results from the fact that in the machine working like the steam engine a greater relaxation of the gases is achieved, which in the ordinary explosion engine must stop at 7 with a fairly high voltage. This increase in work through greater utilization of the gas heat thus partly outweighs the work losses occurring during the transfer. The mode of operation of the generator is evident from the diagram shown in FIG. 4. In the same the piston paths are respectively. the volumes as abscissas and the time respectively. the crank paths are plotted as ordinates. The course of the piston travel over time is thus dependent on the crank movements. Lines shown, one of which has a wavelength twice as long as the other. The mutual distance between the two pistons, and therefore also the volume enclosed by them, is given by the distance between the two lines. By corresponding shifting / (see FIG. 4) of the two lines, ie by phase shifting of the two piston movements, the two pistons limit volumes which are variable over time and which are determined by the four-stroke stroke of the faster piston. The volume increases from almost zero (harmful space) to a maximum h (suction period), decreases to a certain value c (compression period), increases again to size e (expansion period) and finally decreases again to almost zero Initial value (extension period). By choosing the appropriate stroke size of the individual pistons and the corresponding phase shift, the volumes h, c and e (see FIG. 4) achieve the values given by the work diagram (see FIG. 5).

Je nach dem Gasverbrauch der sekundären Maschine, welche nach Art der Dampfmaschine mit verschiedener Füllung und Umlaufzahl arbeiten kann, muß auch die Druckgaslieferung des Druckgaserzeugers geregelt werden. Die Regelung kann auf folgende Weise geschehen:Depending on the gas consumption of the secondary machine, which one depends on the type of steam engine Can work with different filling and number of revolutions, must also the compressed gas supply of the compressed gas generator can be regulated. The regulation can be done in the following ways:

Beim Wachsen oder Abnehmen der Gasentnahme durch die sekundäre Maschine wird der Druck im Behälter d (vergl. Fig. 3) zeitweilig fallen oder steigen, wodurch für den Erzeuger ein. zeitweiliges Abnehmen oder Zunehmen des Gegendruckes entsteht. Bei Abnahme des Gegendruckes muß naturgemäß auch der Ausschubdruck ρ eine Verkleinerung erfahren. Eine Folge davon ist eine Vergrößerung der positiven Arbeitsfläche α (vergl. Fig. 5) und Abnahme der negativen b und damit eine Beschleunigung des Erzeugers, bis durch die vermehrte Gaslieferung nach dem Behälter der Druckabfall ausgeglichen und ein neuer Beharrungszustand eingetreten ist.' Analog ist der Vorgang bei Zunahme des Druckes im Behälter d und der hierdurch sich - ergebenden Hubzahlverminderung des Erzeugers, welche sich ebenso wie die Hubzahlvermehrung in den Grenzen der Regelungsfähigkeit selbsttätig einstellen wird.When the gas extraction by the secondary machine increases or decreases, the pressure in the container d (see FIG. 3) will temporarily fall or rise, which means that the generator is in charge. there is a temporary decrease or increase in the counter pressure. When the counterpressure decreases, the extension pressure ρ must naturally also be reduced. One consequence of this is an increase in the positive working area α (see FIG. 5) and a decrease in the negative b and thus an acceleration of the generator until the pressure drop has been compensated for by the increased gas delivery to the container and a new steady state has occurred. ' The process is analogous with an increase in the pressure in the container d and the resultant reduction in the number of strokes of the generator, which, like the increase in the number of strokes, will automatically set itself within the limits of the control capability.

Die Normalleistung der sekundären Maschine ist so zu bemessen, daß zur Lieferung des für dieselbe erforderlichen Druckgases die normale Umlaufzahl des Erzeugers ausreicht. Bei Überlastung der sekundären Maschine wird auch die normale Umlaufzahl des Erzeugers überschritten werden. Um die bei der hohen Umlaufzahl wegen der vergrößerten Ventilwiderstände pro Arbeitshub geringer werdende Leistung (eine Erscheinung, wie sie auch bei gewöhnlichen Verbrennungsmaschinen auftritt) auszugleichen oder sogar zu erhöhen, kann ein durch einen Geschwindigkeitsregler im erforderlichen Verhältnis gasreicheres Gasluftgemenge zugeführt werden. Nimmt die Belastung so ab, daß der Druckgaserzeuger die unterste Grenze der Regeiungsfähigkeit seiner Umlaufzahl erreicht, so findet durch einen geeigneten Regler der Gasausschub anstatt in den Zwischenbehälter d The normal output of the secondary machine is to be dimensioned in such a way that the normal number of revolutions of the generator is sufficient to supply the compressed gas required for the same. If the secondary machine is overloaded, the normal number of cycles of the generator will also be exceeded. In order to compensate for or even to increase the lower output due to the increased valve resistance per working stroke due to the increased number of revolutions (a phenomenon that also occurs in conventional internal combustion engines), a gas-air mixture that is richer in gas in the required ratio can be supplied by a speed regulator. If the load decreases so that the pressurized gas generator reaches the lowest limit of the ability to regulate its number of revolutions, a suitable regulator is used to push the gas out into the intermediate container d

durch Öffnen des Ventils g (Fig. 3) in die Atmosphäre statt. In solchem Falle wird gleichzeitig das frische Gasluftgemisch ,abgedrosselt, wodurch die positive Arbeitsfläche a und die negative b (vergl. Fig. 5) kleiner werden. Die Drosselung und Gemischzusammensetzung kann so eingestellt werden, daß die Differenz der Flächen α und b nur zur Überwindung der Eigenwiderstände ausreicht. Es entsteht dann das Diagramm Fig. 6, bei welchem der Expansionsenddruck bedeutend gesunken ist und nur wenig über den Atmosphärendruck sich erhebt.by opening the valve g (Fig. 3) to the atmosphere. In such a case, the fresh gas-air mixture is throttled at the same time, whereby the positive working area a and the negative b (see FIG. 5) become smaller. The throttling and mixture composition can be adjusted so that the difference between the areas α and b is only sufficient to overcome the intrinsic resistances. The result is the diagram of FIG. 6, in which the final expansion pressure has fallen significantly and rises only a little above atmospheric pressure.

Die Regelung des , Druckgaserzeugers erfolgt somit volltändig selbsttätig, so daß nur die sekundäre Maschine wie .eine Dampfmaschine durch Füllungsänderung oder auf andere geeignete Weise geregelt zu werden braucht und dadurch besonders zum Antrieb von Fahrzeugen in hohem Maß. geeignet wird. Die Druckgase können jedoch auch zu beliebigen anderen Zwecken verwendet werden.The regulation of the compressed gas generator is therefore completely automatic, so that only the secondary machine like a steam engine by changing the filling or on needs to be regulated in another suitable manner and thereby especially for propulsion of vehicles to a large extent. becomes suitable. However, the compressed gases can also be used for any other purpose will.

Die Anordnung der Ventile in Fig. 3 ist eine nur schematische. Es steht nichts im Wege, dieselben anders anzuordnen oder sie durch Schieber oder Hähne zu ersetzen.The arrangement of the valves in Fig. 3 is only schematic. There is nothing in the Ways to rearrange them or replace them with gate valves or taps.

In Fig. ι, .2 und 3 ist nur ein Zylinder dargestellt; es können jedoch zweckmäßig mehrere Zylinder verwendet werden, deren Kolben auf Wellen mit gegeneinander gesetzten Kurbeln arbeiten.In Fig. Ι, .2 and 3 only one cylinder is shown; however, it can be expedient several cylinders are used, the pistons of which are set against each other on shafts Cranks work.

Claims (3)

Patent- Ansprüche:Patent claims: I. Erzeuger von Druckgasen zur Arbeitsübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei den Explosionsraum begrenzenden Kolben sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten so bewegen, daß das Expansionsvolumen der entzündeten Gase kleiner ist als das Ansaugevolumen, und daß die gespannten Verbrennungsgase durch völlige Annäherung der beiden Kolben aus dem Explosionsraum ohne Erhöhung des Expansionsenddruckes hinausgeschoben werden, wodurch eine vollkommene Arbeitsübertragung der Druckgase erreicht wird.I. Producer of pressurized gases for the transfer of work, characterized in that that the two pistons delimiting the explosion space move at different speeds move so that the expansion volume of the ignited gases is smaller than the suction volume, and that the stressed combustion gases from the explosion chamber by the complete approach of the two pistons without increase of the final expansion pressure, whereby a complete transfer of work the compressed gases is reached. 2. Druckgaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei zunehmender Gasentnahme aus dem Behälter (d), der zur Aufnahme der Gase dient, und bei der infolge der abnehmenden Pressung des Behälterinhalts zunehmenden Hubzahl des Erzeugers zwecks Erhöhung der Leistung für je einen Arbeitshub durch einen Geschwindigkeitsregler ein im erforderlichen Verhältnis gasreicheres Gemisch zugeführt wird.2. Compressed gas generator according to claim 1, characterized in that with increasing gas extraction from the container (d), which serves to receive the gases, and with the increasing number of strokes of the generator due to the decreasing pressure of the container contents in order to increase the power for one working stroke a speed regulator is supplied with a mixture that is richer in gas in the required ratio. 3. Druckgaserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abnahme der Gasentnahme aus dem Behälter (d) und bei der infolge der zunehmenden Pressung des Behälterinhalts abnehmenden Hubzahl des Erzeugers durch einen geeigneten Regler der Ausschub der Gase nicht in den Behälter (d), sondern ins Freie geleitet und gleichzeitig das frische Gasluftgemisch in bekannter Weise abgedrosselt wird, so daß die frei werdende Energie lediglich zur Überwindung der Eigenwiderstände des jetzt langsam laufenden Erzeugers ausreicht.3. Compressed gas generator according to claim 1, characterized in that when the gas is removed from the container (d) and when the number of strokes of the generator decreases as a result of the increasing compression of the container contents, the expulsion of the gases is not pushed into the container (d) by a suitable controller, but led into the open and at the same time the fresh gas-air mixture is throttled in a known manner, so that the energy released is only sufficient to overcome the intrinsic resistances of the now slowly running generator. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.1 sheet of drawings.