DE205378C

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Publication number: DE205378C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-JYl 205378 KLASSE 46». GRUPPE

in DAHLBRUCH.

angeordneten Luftpumpen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 1. Oktober 1907 ab.

Die Erfindung betrifft im wesentlichen ein neues Ladeverfahren für diejenige Art von Zweitaktgasmaschinen, bei denen, wie aus Fig. 9 der Zeichnung ersichtlich, der im Arbeitszylinder α bewegliche Kolben b von erheblicher Länge gegen Ende jedes Hubes die in der Mitte des Zylinders angeordneten Auspuffschlitze c freilegt, während das von der Gaspumpe d und der Luftpumpe e geförderte

ίο Gasluftgemisch durch das Einlaßventil k hindurch in den Arbeitszylinder einströmt. Das bei Zweitaktgasmaschinen dieser Art bisher zur Anwendung gelangte Ladeverfahren geht aus den Fig. ι und 2 hervor. In Fig. 2 ist der Kurbelkreis veranschaulicht, und im Mo-..·: mente der Eröffnung der Auspuff schlitze ist R die Stellung der Arbeitskurbel, r die Stellung der Pumpenkurbel, welche der ersteren um den Winkel w voreilt. Von der Eröffnung bis zum Abschluß der Auspuffschlitze dreht sich die Arbeitskurbel um den Bogen f-g, und die schraffierte Fläche stellt die Eröffnungen dar. Im Punkt/ öffnet der Arbeitskolben die Auspuffschlitze, und die expandierten Ver-"25 brennungsgase treten ins Freie. Im Punkt I wird das Einlaßventil k geöffnet, so daß Spülluft und das neue Ladegemisch in den Arbeitszylinder geschoben wird. Im Punkt g werden die Auspuff schlitze und gleichzeitig auch das Einlaßventil wieder geschlossen. Während die Arbeitskurbel R den Weg von/ nach g macht, hat die Pumpenkurbel r den Weg von h nach i zurückgelegt und in den Ladepumpen Vorgänge verursacht, die den in Fig. 1 dargestellten Ladepumpendiagrammen entsprechen.

In Fig. ι ist schematisch veranschaulicht, daß zwischen dem Volumen des Luftkanales m und dem Volumen des Gaskanales η das Einlaßventil k angeordnet ist. Durch dieses strömt, wenn es geöffnet ist, von beiden Seiten gleichzeitig Gas und Luft hindurch, um im Ventil gemischt zu werden und alsdann in den Arbeitszylinder zu gelangen.

Der Arbeitsvorgang der Luftpumpe ist über der Strecke α-β der Nullinie dargestellt. Im Totpunkt 0 herrscht im Pumpenzylinder der Kanaldruck fi_k, welcher naturgemäß größer ist als eine Atmosphäre. Beim Hub wechsel expandiert die Luft im schädlichen Raum der Luftpumpe gemäß der Linie o-q. Während des Weges q-s saugt der Kolben Luft an, die er bei seiner Umkehr gemäß der Linie s-t auf die Pressung des Kanaldruckes zusammendrückt. Die Kurve s-t ist eine Kompressions- . kurve, die auf bekannte Art und Weise aus dem Punkt γ als Nullpunkt konstruiert ist. Im Punkt t werden die Drückventile (u in Fig. 9) geöffnet, und es schließt sich nunmehr eine zweite Kompressionskurve t-v an. Das vom letzten Hub beim Einlaßventil noch stehengebliebene Gas wird durch die nunmehr geförderte Luft zurückgedrängt, so daß beim

Öffnen des Ventiles k, was im Diagrammpunkt ν geschieht, zuerst Luft, sog. Spülluft, in den Arbeitszylinder einströmt und hierauf erst das Gasluftgemisch.

Der gleichzeitige Arbeitsvorgang der Gaspumpe ist folgender: Das Diagramm der Gaspumpe ist über der Strecke ε-ζ der Nullinie veranschaulicht. Der Gaspumpenkolben' sitzt mit dem Luftpumpenkolben, wie Fig. 9 erkennen läßt, auf der gleichen Kolbenstange und wird durch dieselbe Kurbel bewegt. Infolgedessen entsteht beim Hubwechsel, in welchem der Kanaldruck p_lc herrscht, zunächst die vom Punkt ί aus konstruierte Expansionskurve 1-2. Beim Weitergang des Kolbens vom Punkt 2 bis zum anderen Totpunkt 3 wird Gas angesaugt und nach Umkehr des Gaspumpenkolbens zuerst wieder bis zum Punkt 4 ausgestoßen, in welchem der Steuerschieber χ (Fig. 9) den Steuerkanal y absperrt. Im Gaspumpendiagramm wird vom Punkt 4 bis zum Punkt 5 Gas komprimiert, bis es die zeitlich entsprechende, in den Kanälen und in der Luftpumpe herrschende Spannung im Punkt 5 erreicht hat.

Da sich inzwischen das Einlaßventil k zum Arbeitszylinder geöffnet hat, so strömen nunmehr Luft und Gas gleichzeitig durch das - Einlaßventil k hindurch zum Arbeitszylinder.

Diesem Vorgang entspricht im Luftpumpen- * diagramm die Linie v-6, und im Gaspumpendiagramm die Linie 5-7. Der Druck in der Luftpumpe und in der Gaspumpe sinkt im Punkt 6 und 7 auf die gleiche Spannung. Die Arbeitskurbel R steht in diesem Moment im Punkt g (Fig. 2), in welchem die Auspuffschlitze und das Einlaßventil k geschlossen sind. Die Pumpenkurbel r steht kurz vor dem Totpunkt und muß das zurückgebliebene Volumen bis zum Punkt 0 bzw. 1 (Fig. 1) auf den Kanaldruck pk komprimieren. Hierdurch sind die theoretischen Diagramme der Gas- und Luftpumpe beim bisher gebräuchlichen Ladeverfahren bestimmt.

Dieses ältere Ladeverfahren besitzt nun, wie sich aus den Diagrammen der Fig. 1 ohne weiteres ergibt, insofern einen erheblichen Nachteil, als eine verhältnismäßig große Kompressionsarbeit zu leisten ist. Daß allerdings der Kanaldruck p_k erheblich größer ist als der Atmosphärendruck, ist unvermeidlich. Daß aber die in den beiden Ladepumpen sich er-■ gebenden Drücke noch erheblich über den unvermeidlichen Kanaldruck hinausgehen, ist ein Nachteil, welchen das die Erfindung bildende Ladeverfahren zu beheben sucht.

In Fig. 3 und 4 sind die Diagramme des neuen Ladeverfahrens dargestellt, und zwar im übrigen unter genau den gleichen Annahmen für die Volumenabmessungen und Drücke wie in Fig. ι und 2. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß, um die geringste Pumpenarbeit zu erhalten, jede schädliche Kompressionsarbeit vermieden werden muß, und daß zu diesem Zweck kein Druck höher werden darf als der unvermeidliche Kanaldruck fic- Um dies zu erreichen, wird die Pumpenkurbel so zur Arbeitskurbel angeordnet, daß beim Vorwärtsgang des Luftpumpenkolbens im gleichen Zeitpunkt, in welchem in der Luftpumpe der Kanaldruck erreicht ist (Diagrammpunkt t), sofort auch das zum Arbeitszylinder führende Einlaßventil k sich öffnet. Infolge- , dessen ergibt sich nunmehr eine abfallende Diagrammkurve i-8, welche stets unterhalb des Kanaldruckes pk bleibt.

Damit sich das Einlaßventil k genau in dem genannten Zeitpunkt öffnet, muß gemäß Fig. 4 die Pumpenkurbel r der Arbeitskurbel R um einen genau bestimmbaren Winkel W₁ voreilen, welcher erheblich kleiner ist als der Voreilwinkel w des alten Ladeverfahrens. Beim alten Ladeverfahren liegt, wie aus Fig. 2 ersichtlich, der Kurbelpunkt z,- welchen die Pumpenkurbel im Moment der Eröffnung des Einlaßventiles einnimmt, etwa in der Mitte des Hubes (Bogen f-l = Bogen h-z). Beim neuen Ladeverfahren (Fig. 4) dagegen muß der entsprechende Punkt Z₁, welcher dem Moment der Ventileröffnung entspricht, vom Hubende um die Strecke 9 entfernt sein, die sich unmittelbar aus dem Luftpumpendiägramm in Fig. 3 entnehmen läßt. Hieraus ergibt sich sofort die Anfangsstellung Ii₁ der Pumpenkurbel r (Bogen Z₁-H₁ = Bogen f-l), wodurch der neue Voreilwinkel W₁ bestimmt ist.

Mit anderen Worten also: Bei dem neuen Ladeverfahren muß die Pumpenkurbel r der Arbeitskurbel R um einen solchen Winkel voreilen, daß, wenn die Kurbelwelle sich bis zum Öffnen des Einlaßventiles dreht, der Pumpenkolben gerade diejenige Stellung erreicht, bei welcher die Luft innerhalb der Luftpumpe genau bis zum Kanaldruck komprimiert ist.

Der Arbeitsvorgang in der Luftpumpe gemäß Fig. 3 ist der gleiche wie in Fig. 1, nur mit dem Unterschiede, daß die Phasen verschoben sind. Die Diagrammlinien o-q, q-s und s-t des alten Ladeverfahrens entsprechen genau den in gleicher Weise bezeichneten Diagrammlinien des neuen Verfahrens. Im Punkt t der Fig. 3 öffnet sich das Einlaßventil k, ■ und es tritt zuerst Spülluft und später Gasluftgemisch in den Arbeitszylinder (Diagrammlinie i-8). Im Punkt 8, welcher in gewissem Sinne dem Punkt 6 der Fig. 1 entspricht, schließt das Einlaßventil k ab, und das Kanalvolumen wird bis zum Punkt o, dem Totpunkt, auf den Kanaldruck pu komprimiert.

Der Gaspumpenkolben sitzt mit dem Luftpumpenkolben auf der gleichen Kolbenstange und wird durch die gleiche Kurbel bewegt.

Claims

Während des Saughubes io-n saugt derselbe Gas an, stößt einen Teil des Gases bei seiner Umkehr bis zur Kolbenstellung 12 wieder aus und drückt nach Abschluß des Gasschiebers das zurückbleibende Gasvolumen auf den Druck 13, der zu dieser Zeit in den Gaskanälen herrscht. Alsdann schiebt der Gaspumpenkolben das Gas auf dem Wege 13-14 in den Gaskanal bzw. durch das Einlaßventil k hindurch in den Arbeitszylinder. Im Punkt 14 schließt das Einlaßventil ab, und gleichzeitig schließt auch der Gasschieber χ (Fig. 9). Damit nun das in der Gaspumpe nunmehr noch zurückbleibende Gasvolumen, da der Kolben noch einen erheblichen Teil des Hubes zurückzulegen hat, nicht etwa erheblich über den Kanaldruck hinaus komprimiert werden kann, sind, wie aus Fig. 9 ersichtlich, an den Enden des Gaspumpenzylinders d die Umleitungskanäle 15 angeordnet, welche, das zurückgebliebene Gas auf die andere Seite des Kolbens strömen lassen. Diese andere Kolbenseite steht in dieser Periode mit dem Gassaugrohr in Verbindung, so daß, wie aus dem Diagramm in Fig. 3 ersichtlich, der Gaspumpendruck vom Punkt 14 aus sofort auf die Ansaugespannung abfällt und den Kanaldruck nicht vergrößern kann. Die auf diese Weise entstandenen Diagrammflächen gemäß Fig. 3 zeigen nirgends einen höheren Druck als den unvermeidlichen Kanaldruck Pi1. In Fig. 7 und 8 sind die Luftpumpen- und Gaspumpendiagramme des alten und des neuen Ladeverfahrens übereinandergezeichnet, und die schraffierte Fläche veranschaulicht den Arbeitsgewinn, der durch das neue Verfahren erzielt wird. In Fig. 5 und 6 ist die Stellung des Arbeitskolbens b und der beiden Pumpenkolben 16, 17 unmittelbar vor Abschluß der Auspuffschlitze c veranschaulicht, d. h. diejenige Stellung, welche im Luftpumpendiagramm der Fig. 3 mit 8 und im Kurbeldiagramm der Fig. 4 mit g bezeichnet ist. Die Arbeitskurbel R (Fig. 5) nimmt die Stellung' g, die Pumpenkurbel r (Fig. 6) die Stellung * ein, wie es dem Kurbeldiagramm in Fig. 4 entspricht. Die Diagrammlinien 4-5 in Fig. 1 und 12-13 in Fig. 3 setzen übrigens voraus, daß außer dem Gasschieber χ, wie insbesondere aus Fig. 10 ersichtlich·, auch noch Druckventile 18 angeordnet sind, welche sich erst b%i Erreichung des Gasdruckes 13 (Fig. 3) öffnen und das Gas in die Kanäle bzw. in den Arbeitszylinder einströmen lassen. In Fig. 10 sind diese Druck-.ventile'18 unmittelbar am Gasschieber χ selber, angebracht. In Fig. 11 ferner ist eine Anordnung mit Gasschieber χ und gesondert untergebrachten feststehenden Druckventilen 18 veranschaulicht. Falls dagegen derartige Druckventile 18 nicht vorhanden sind, so würde die Diagrammlinie 4-5 in Fig. ι bzw. 12-13 m Fig· 3 durch eine Überströmlinie gebildet werden, wie sie punktiert angedeutet ist, indem vom Punkt 4 bzw. 12 aus eine unmittelbare Verbindung der Gaspumpe mit den Kanälen stattfindet. Im übrigen wird hierdurch das neue Ladeverfahren nicht geändert, dessen wesentlicher Vorzug gegenüber dem bisherigen Verfahren darin besteht, daß ein erheblicher Teil der von den Ladepumpen zu leistenden schädlichen Kompressionsarbeit vermieden wird. Was die Umleitungskanäle der Gaspumpe angeht, so könnten an denselben auch besonders gesteuerte Schieber oder Ventile angeordnet sein, so daß die Füllung der Gaspumpe je nach Bedarf vergrößert oder verkleinert wird. Pa tent-Α ν Sprüche:

1. Lade verfahr en bei Zweitaktgasmaschinen mit gesondert angeordneten Ladepumpen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung schädlicher Kompressionsarbeit der Ladepumpen im gleichen Zeitpunkt, in welchem in der Luftpumpe beim Vorwärtsgang des Luftpumpenkolbens der Kanaldruck erreicht ist (Diagrammpunkt t in Fig. 3), auch das zum Arbeitszylinder führende Einlaßventil für das Gasgemisch geöffnet wird, so daß kein Druck in der Ladepumpe höher wird als der unvermeidliche Kanaldruck (p_k).

2. Eine Ausführungsform des Ladeverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaspumpe,, in welcher beim Vorwärtsgang des Gaspumpenkolbens der Druck ebenfalls erheblich unterhalb des Kanaldruckes' (pk) bleibt, gegen Ende des Kolbenvorwärtsganges nach Abschluß des Einlaßventiles (Diagrammpunkt 14) der noch vorhandene Inhalt des vorderen Zylinderraumes in den hinteren Zylinderraum umgeleitet wird, um bei der Endbewegung des Gaspumpenkolbens ein Ansteigen des Druckes zu vermeiden. ' ■

3. Vorrichtung zur Ausführung des Ladeverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkurbel (r in Fig. 4) der Arbeitskurbel (R) um einen solchen Winkel (W₁) voreilt, daß, wenn die Kurbelwelle sich bis zum öffnen des Einlaßventiles dreht (Bogen f-l bzw. A₁-^₁), der Pumpenkolben gerade diejenige Stellung erreicht, bei der die Luft innerhalb der Luftpumpe genau bis zum Kanaldruck (Diagrammpunkt t in Fig. 3) komprimiert ist.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Ladeverfahrens nach den Ansprüchen 1 und. 2,

dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Gaspumpenzylinders (d in Fig. g) Umleitungskanäle (15) angeordnet sind, welche von den Enden des Zylinders genau bis zu derjenigen Stellung des Pumpenkolben (16) reichen, bei welcher das Gemischeinlaßventil (k) und der Gasschieber (χ) abschließen, so daß, wenn der Pumpenkolben von dieser Stellung an bis zum Hubende vorrückt, der noch vorhandene Zylinderinhalt durch den Umleitungskanal (15) auf die andere Seite des Gaskolbens gebracht und hierdurch eine Kompression von Gas vermieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.