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Verbrennungskraftmaschine. Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine
zeit zwei verschieden weiten Zylindern bzw. mit einem oder mehreren Sätzen von je
zwei verschieden weiten Zylindern, welche so arbeiten, daß der Brennstoff in den
durch Kompression von Verbrennungsluft auf Entzündungstemperatur gebrachten engen
Zylinder eingespritzt wird, und daß nach der Expansion der entzündeten Gase in dem
engen Zylinder diese in den weiten Arbeitszylinder übergeführt. werden, so daß sich
die Arbeitsvorgänge der Maschine in zwei Druckstufen abspielen, nämlich in einer
Hochdruckstufe der Verbrennung im engen Zündzylinder und in einer Niederdruckstufe
der Expansion der verbrannten Gase im weitenArbeitszylinder.
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Die Erfindung bezweckt, den Betrieb derartiger Maschinen so zu leiten,
daß sich die beiden Druckstufen möglichst stoßfrei aneinanderschließen, und -daß
.eine möglichst voll=. kommene Verbrennung des Brennstoffs erzielt
wird.
Zur Erreichung dieser Zwecke werden gemäß der Erfindung unter Ausbildung der Maschine
als Viertaktmaschine in den von dem engen Zylinder (bzw. Zylindern) nach dem weiten
Zylinder (bzw. Zylindern) führenden Verbindungskanälen an deren Mündungen Abschlußventile
vorgesehen, deren Steuerung so bewirkt wird, daß sie am Ende des Arbeitshubes der
kleinen Zylinderkolben geöffnet weiden, so daß die expandierten Gase eines kleinen
Zylinders in den mit komprimierter Luft gefüllten Verbindungskanal nach dem ihm
zugeordneten großen Zylinder übertreten: Bei der Maschine wird in den oder in die
engen Zylinder vorzugsweise ein Überschuß an Brennstoff übergeführt, der hier nicht
zur Verbrennung gelangt, sondern in den weiten Zylinder übertritt und dort unter
Drucksteigerung der Gase zur vollständigen Verbrennung gelangt. Der große Arbeitszylinder
bzw. der große Zylinder ist in üblicher Weise mit einem Lufteinlaß- und mit einem
Auslaßventil versehen, welche den Lufteintritt und den Austritt der Gase aus dem
weiten Arbeitszylinder so steuern, daß die Luft während des Arbeitshubes des Zündzylinderkolbens
in dem benachbarten großen Arbeitszylinder komprimiert wird, und daß nach Beendigung
des Arbeitshubes des großen Kolbens die verbrannten Gase ausgestoßen werden.
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Es empfiehlt sich, die Maschine mit zwei seitlich nebeneinanderliegenden
Paaren von gleichachsigen Zylindern mit darin arbeitenden Stufenkolben auszurüsten,
wobei jeder Zündzylinder durch einen Verbindungsweg mit dem seitlich neben ihm liegenden
anderen Arbeitszylinder in Verbindung steht. Eine in dieser Weise ausgebildete Maschine
gemäß der Erfindung ist auf den Zeichnungen veranschaulicht, und es zeigen Abb.
z eine Seitenansicht der Maschine, Abb.2 einen Vertikalschnitt durch einen Zylindersatz,
Abb. 3 einen Grundriß.
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Mit A ist der kleine oder Zündungszylinder bezeichnet, in welchem
ein Plungerkolben B angeordnet ist, welcher einen Ansatz des größeren Kolbens C
bildet, der in dem größeren Zylinder arbeitet. Beide Kolben sind starr miteinander
verbinden, so daß sie sich wie ein einziger Kolben bewegen, und sind an die Kurbelwelle
E durch eine Schubstange F angeschlossen. Die Zylinder sind von einem Hohlraum G
umgeben, welcher mit in Umlauf gehaltenem Wasser gefüllt ist und einen Wassermantel
bildet, der dazu dient, die Zylinder auf einer hinreichend niedrigen Temperatur
zu halten, um ihre Überhitzung zu verhüten.
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Der obere Teil des kleinen Zylinders A läuft in einen verjüngten Raum
a aus, nach dem sich Ventile b und c öffnen. Das Ventil b ist ein
Einlaßventil, durch welches Außenluft durch den Kanal d eingesaugt wird. Das Ventil
c ist ein Auslaßventil, welches in seiner Offenstellung den Zylinder in Verbindung
mit einer der Leitungen H setzt, welche nach dem benachbarten großen Zylinder D
führt. Die Ventile b und c öffnen sich nach innen und werden durch Federn e, c gegen
ihre Sitzflächen gepreßt gehalten. Das Öffnen und Schließen der Ventile wird durch
Hebel f, f bewirkt, welche unter dem Einfluß von Kurvenscheiben auf den Wellen
g, g stehen. An Stelle dieser besonderen Anordnung von Ventilen und Antriebsvorrichtungen
für dieselben könnten natürlich auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, um die
Zulaß- und Auslaßorgane des Zylinders zu steuern.
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Die die Kurvenscheiben tragenden Wellen g, g werden von der Hauptkurbelwelle
J aus mit Hilfe von Ketten und Kettenrädern o. dgl. in der Weise angetrieben, daß
die Wellen g, g eine Umdrehung machen, während die Kurbelwelle J zwei Umdrehungen
ausführt.
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Der Verjüngungsraum a und der Verschiebungsweg des Kolbens B sind
so bemessen, daß die bei einem Saughub in den kleinen Zylinder eingesaugte Luft
beim Druckhub so stark zusammengepreßt wird, daß eine hohe Temperatur erzeugt wird,
um schwerere flüssige Kohlenwasserstoffe, wie z. B. Petroleum oder Kerosen, zu entzünden.
Der flüssige Brennstoff wird zusammen mit Luft durch eine Düse i am Kopfe des Zylinders
A eingeführt, wobei diese Öffnung durch ein Nadelventil k geöffnet und geschlossen
wird, welches seinen Antrieb von einem gekröpften Hebel 1, l und einer Kurvenscheibe
auf der MTelle g erhält. Der flüssige Brennstoff befindet sich in einem geeigneten
Behälter r, von dem die Flüssigkeit durch ihre Schwere nach der Maschine hin fließt,
oder der Brennstoff kann auch unter Druck zugeführt werden. Der flüssige Brennstoff
gelangt von dem Behälter y durch Röhren p, p nach Pumpen s, s, welche durch Exzenter
oder Kurbeln t, t auf der Welle g angetrieben werden. Bei jedem zweiten Hub
jeder Pumpe wird ein Brennstoffstrahl durch die Röhren u, ai in den Raum
v
rings um das Nadelventil k gedrückt.
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Eine Kompressionsluftpumpe P, welche entweder unabhängig oder durch
eine Kurbel R auf der Kurbelwelle J angetrieben werden kann, befördert Luft unter
Druck nach einem Luftbehälter 0, wobei die Druckspannung dieser Luft höher bemessen
wird als der Druck in dem Raum v des Zylinders A. Der Druckluftbehälter 0 steht
in Verbindung mit dem Raum v, so daß der letztere sowohl mit flüssigem Brennstoff
durch die Röhren u, u vermittels der Pumpen s, s als auch mit Druckluft aus dem
Behälter 0 durch die Röhren n, n gespeist wird.
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Die großen Zylinder D, D sind mit Lufteinlaßventilen
-S,
S und Auslaßventilen T, T
versehen, welche ihren Antrieb von Kurvenscheiben
auf der Welle g empfangen.
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Die'Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt Angenommen, die Teile
befinden sich in der in Abb. 2 dargestellten Lage, und der Kolben der Maschine ist
im Begriff, sich nach abwärts zu bewegen, um Luft in den ZündungszylinderA einzusaugen.
Beim Beginn-der Abwärtsbewegung des Kolbens wird das Ventil b des Zündungszylinders
geöffnet und bleibt offen während der Dauer des Saughubes, so daß sich der Zündungszylinder
voll mit Luft füllt. Beim darauffolgenden Druckhub bleibt sowohl das Luftventil
b als auch das Auslaßventil c geschlossen, und es tritt daher eine Kompression und
hohe Erhitzung der Luft ein. Beim darauffolgenden Tiefgang des Kolbens wird das
Nadelventil k einen Augenblick beim Beginn dieser Kolbenbewegung geöffnet, so daß
die erforderlicheBrennstoffmenge in die komprimierte, hocherhitzte Luft eingespritzt
werden kann. Am Ende dieses Kolbenniederganges, welcher den Arbeitshub des kleinen
Kolbens bildet, währenddessen die Verbrennung des Brennstoffluftgemisches in dem
Zündungszylinder stattfindet, wird das Auslaßventil c geöffnet und bleibt während
des ganzen darauffolgenden Hochganges des Kolbens offen; so daß die heißen und brennenden
Gase aus dem Zündungszylinder durch den Verbindungskanal H in den großen Arbeitszylinder
des benachbarten Zylindersatzes übertreten, in dem gleichzeitig unter dem Einfiuß
dieser brennenden Gase der große Kolben und gleichzeitig auch der kleine Kolben
ihren Arbeitshub ausführen. Beim Rückgange der Kolben im zweiten Zylinder nach dem
Arbeitshub treten die brennenden Gase aus dem Zündungszylinder in den nach dem ersten
Zylinder führenden weiten Kanal H über, in den vorher die Luft auf die Expansionsspannung
der Gase des Zündungszylinders komprimiert war, so daß auch im ersten Zylinder der
große Kolben seinen Arbeitshub unter den gleichen Bedingungen ausführt, wie für
den zweiten Zylinder angegeben.
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Das Öffnen und Schließen der Ventile des großen Arbeitszylinders in
Abhängigkeit von der Kolbenbewegung geht in folgender Weise vor sich Beim Beginn
des Niederganges des großen Kolbens C wird zwecks Luftansaugung das Ventil S geöffnet
und bleibt offen während der ganzen Dauer dieses Kolbenhubes oder doch annähernd
während dieses ganzen Zeitraumes. Beim darauffolgenden Hochgang des Kolbens wird
das Ventil S geschlossen, so daß die Luft im Zylinder und in dem Verbindungskanal
H, welcher nach dem Zündzylinder des benachbarten Zylindersatzes führt, bis zum
Ventil c hin komprimiert wird. Beim nächsten Niedergang des Kolbens, bei welchem
das Ventil c geöffnet ist, treten die verbrannten Gase aus dem kleinen Zylinder
a des Nachbarzylindersatzes an dem Ventil C vorbei in den großen Zylinder über und
vermischen sich mit der komprimierten Luft und expandieren während des Niederganges
des großen Kolbens C. Während des nächsten Hochganges des Kolbens C ist das Auspuffventil
T geöffnet, so daß die expandierten Gase ins Freie zu treten vermögen. -Da die Arbeitsgase
beim Übertritt aus dem Zündzylinder des einen Zylindersatzes in den nach dem großen
Arbeitszylinder des anderen Zylindersatzes führenden Verbindungskanal komprimierte
Luft vorfinden, wobei die Abmessungen so gewählt sind, daß diese Luft ungefähr auf
die Endspannung des im Zündzylinder zur Verbrennung gelangenden Verbrennungsgemisches
komprimiert ist, so wird eine Stoßbeanspruchung der Maschine nicht eintreten. Die
Vermischung der Verbrennungsrückstände aus dem Zündzylinder mit der komprimierten
Luft in dem nach dem Arbeitszylinder führenden Kanal hat auch eine Nachverbrennung
der Brennstoffrückstände aus dem Zündzylinder zur Folge, so daß Verluste an Brennstoff
infolge unvollkommener Verbrennung im Zündzylinder vermieden werden.