DE625541C - Freiflugkolbenverdichter mit mindestens zwei synchron laufenden Brennkraftkolben - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

Bibüotheek

Bur. Ind. Ei

UMET. 1936

AUSGEGEBEN AM
Π. FEBRUAR 1936

REICHSPATENTAxMT

PATENTSCHRIFT

JVl 625541 KLASSE 46 a* GRUPPE

T43857 IJf(Sa* Tag der Bekanntmachung über die Erteilung des Patents: 23. Januar

Robert Thomann in Freiburg, Schweiz Freiflugkolbenverdichter mit mindestens zwei synchron laufenden Brennkraftkolben

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. April 1934 ab

Die Priorität der Anmeldung in der Schweiz vom 14. April 1934 ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Freirlugkolbenverdichter mit mindestens zwei synchron laufenden Brennkraftkolben, von denen der eine im zugehörigen Brennraum einen Verdichtungshub, der andere gleichzeitig in seinem Brennraum einen Entspannungshub ausführt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der eine Brennraum ein Organ zur Steuerung der Änlaßluft und der andere Brennraum ein Organ zum ■ teilweisen Ablassen der darin verdichteten Luft hat, die beide in Abhängigkeit von der Bewegung der Kolben gesteuert werden.

Es wurde schon vorgeschlagen, zum Anlassen von Freiflugkolbenverdichtern einen oder mehrere Kolben mit Hilfe einer gespannten Feder aus der äußeren in die innere Hubendlage zu schieben, wobei vor dem Kolben die im Zylinder befindliche Luft verdichtet wird. In der inneren Hubendlage wird dann in die verdichtete Luft Brennstoff eingeführt, der zur Zündung gelangt. Hernach kann der normale Betrieb weitergeführt werden.

Weiter wurde schon vorgeschlagen, zum Anlassen von Flugkolbenmaschinen einen der Kolben in der äußeren Hubendlage mittels Druckluft zu beaufschlagen. Bei der Verschiebung . des Kolbens aus der äußeren in die innere Hubendlage entsteht dann im Arbeitsraum des Verbrennungszylinders eine Verdichtung der Luft, die den eingespritzten Brennstoff zur Zündung bringt.

Der Nachteil dieser bekannten Anlaßverfahren besteht darin, daß für die Verdichtung der Luft eine große Arbeit benötigt wird, so daß die Entspannungsarbeit der Feder bzw. der Anlaßluft oft nicht genügt, um die Zündtempieratur herzustellen. Das Weiterlaufen der Maschine ist dann in Frage gestellt.

Um die Zündtemperatur auf alle Fälle zu erreichen, wurde weiter schon vorgeschlagen, während des Verdichtungshubes im Brennkraf tzylinder durch ein Entlastungsventil einen Teil der Luft vor der Verdichtung abzuführen. Dabei kann sich der Nachteil einstellen, daß eine zu große Luftmenge abgeführt wird. Die zum Anlassen verwendete Energie ist dann so groß, daß der Brennkraftkolben über seine innere Hubendlage hinausgetrieben wird und Schäden entstehen können.

Bei der Flugkolbenmaschine nach der Erfindung wird eine Anpassung der Entlastung der Verdichtung an die zum Anlassen bestimmte Energiezufuhr herbeigeführt. Beim Anlaßhub wird durch diese Anpassung cr-

reicht, daß der Brennkraftkolben in "der. Lage zum Stehen kommt, die für ein einwandfreies Weiterlaufen der Maschine notwendig ist.

Außer den beiden in Abhängigkeit von der Bewegung der Kolben gesteuerten Organen können noch Sperrvorrichtungen vorgesehen sein, von denen die eine während des Anlaßhubes eine BrennstofEeinspritzung in den mit dem Anlaßorgan versehenen Zylinder verhindert, die andere während des Betriebes die Zufuhr von Anlaßluft und das Ablassen von verdichteter Luft unmöglich macht.

Ein Ausführungsbeispiel des Erflndungsgegenstandes ist vereinfacht auf der Zeichnung dargestellt.

Fig. ι zeigt den Schnitt durch eine Flugkolbenmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 den Druckverlauf in dem mit dem Anlaßorgan versehenen Zylinder währenddes Anlaßhubes und

Fig. 3 den Druckverlauf in dem mit dem Entlastungsorgan versehenen Zylinder während des Anlaßhubes.

Die Flugkolbenmaschine nach · Fig. 1 besitzt in zwei. Arbeitszylindern 1 und 2 vier Arbeitskolben 3, 4, 5 und 6. Die Arbeitskolben 4 und S sind mit Hilfe des Verdichterkolbens 7 miteinander verbunden. Die Arbeitskolben 3 und-6 besitzen je einen besonderen Verdichterkolben 8 und 9 und sind mit Hilfe der Kolbenstangen 34 und 35 und der Joche 36 und 37 über die Zugstangen 38 und 39 miteinander verbunden. Je zwei durch die Verbindung miteinander synchronisierte Kolben führen gegenläufige' Bewegungen aus; während der eine der Kolben einen Entspannungshub ausführt, wird durch den anderen eine Verdichtung verursacht. Auch die KoI-benpaare 3, 4 oder 5, 6 können z. B. durch Schubstangen und Kipphebel miteinander synchronisiert werden, so daß die Kolben eines jeden Paares zur gleichen Zeit ihre Hubendlagen erreichen.

Das zu verdichtende Mittel wird über die Saugventile 13 aus den Saugleitungcn 14 in die Verdichterzylinder eingeführt und über die Druckventile 15 in die Förderleitungen 16 gepreßt. Die Verbrennungsluft strömt den Arbeitszylindern 1 und 2 durch die Spülleitungen 17 zu, während die Verbrennungsgase durch die Gasleitungen 18 abgeführt werden. Zur Zerstäubung des Brennstoffes in die Arbeitsräume, welcher durch die Leitungen 19 von den Brennstoffpumpen zugeführt wird, dienen die Brennstoffventile 20.

In dem einen Arbeitszylinder 1 ist ein Entlastungsventil 21 angeordnet, welches über die Leitung 22 den Arbeitsraum mit der Spülluftleitung 17 verbindet. Jm Arbeitszylinder 2 ist ein Anlaßventil 23 vorgesehen, welches eine Preßluftflasche 24 durch die Leitung 25 mit dem Arbeitsraum des Zylinders 2 verbindet. Beide Ventile 21 und 23 werden durch Steuervorrichtungen 26 bzw. 27 geöffnet und durch die Federn 28 bzw. 29 geschlossen.

Die Zylinder 26 und 27 sind mit der Flasche 24 durch die Leitungen 30 und 31 verbunden. In jeder Leitung ist ein Ventil 32 bzw. 33 vorgesehen, welche je durch einen Servomotor beeinflußt werden können. Die Servomotoren sind über die Leitungen 40 und 41, beispielsweise durch elektrische, pneumatische, hydraulische oder mechanische -Mittel, mit einem Impulsgeber 42 verbunden, der seinerseits über den Hebel 43 unter dem Einfluß der Bewegung des Jochs 36 und damit der Bewegungen des Kolbens 3 steht. Nach Maßgabe der Bewegungen des Kolbens 3 werden die Ventile 32 und 33 so beeinflußt, daß sie entweder eine Verbindung zwischen den Flaschen 24 und den Zylindern 26 und 27 Oder eine Verbindung zwischen den Zylindern 26 und 27 und der freien Atmosphäre herstellen. Dabei werden die Kolben in den Zylindern 26 und 27 entweder entgegen den Federn nach unten gedrückt und die Ventile geöffnet oder durch die Federn nach oben gedrückt und die Ventile geschlossen.

Zum Anlassen der Maschine werden» die Kolben in die in Fig. 1 dargestellte Stellung geschaltet. Durch Öffnen der Steuerorgane 32 und 33 wird der Weg der Druclduft aus der Flasche 24 in die- Steuervorrichtungen 26 und 27 freigelegt. Sowohl das Entlastungsorgan 21 des Zylinders 1 als auch das Anlaßorgan 23 des Zylinders 2 werden dann geöffnet.

Aus der Flasche 24 strömt über die Leitung"2 5 Anlaßluft in den Zylinder 2, so daß die Kolben 5 und 6 in die ,äußere Endlage getrieben werden. Zur gleichen Zeit wird dann der Kolben 4 über dem Verdichterkol· ben 7 und der Kolben 3 mit Hilfe der Joche 36 und 37 und der Stangen 38 und 39 in die innere Hubendlage gedrückt. Bis zum Abschluß der den Arbeitsraum des Zylinders 1 mit dem Auslaßkanal 18 verbindenden Schlitze findet dann keine Verdichtung der Luft statt. Nach dem Abschluß der Schlitze kann immer noch ein Teil der im Zylinder 1 eingeschlossenen Luft durch das Entlastungsorgan 21 und die Leitung 23 in den Spülluftkanal 17 entweichen, so daß die Verdichtung, die sonst bei geschlossenem Organ 21 eintreten würde, entlastet wird.

Während des Auswärtshubes der Kolben 5 und 6 bzw. des Einwärtshubes der Kolben 3 und 4 werden die Steucrorganc 32 und ^^ durch den Impulsgeber 42 wieder umgesteuert. Es entsteht dann eine Verbindung

zwischen den Steuervorrichtungen 26 und 27 und dem Freien, so daß in ihnen eingeschlossene Luft abströmen kann und sowohl das Anlaßorgan 23 als auch das Entlastungs'organ 21 geschlossen werden. Die in den Zylinder 2 ■eingeführte Anlaßluft verschiebt dann die Kolben 5 und 6 gegen die äußere Hubendlage, während im Zylinder 1 die dort einge-'schlossene Luft weiterverdichtet wird.

In der Nähe der inneren Hub endlage der Kolben 3 und 4 wird durch das Brennstoffventil 20 des Zylinders ι Brennstoff in die verdichtete Luft eingeführt, der dann zur Zündung gelangt und die Kolben 3 und 4 wieder nach der äußeren Hubendlage drängt.

Zu gleicher Zeit werden die Kolben 5 und 6

in die innere Hubendlage geschoben, wobei die eingeschlossene Luft verdichtet wird, so daß auch durch das Brennstoffventil 20 des Zylinders 2 Brennstoff eingeführt werden kann. Beim dritten Hub nach dem Anlaßhub befindet sich die Maschine im normalen Lauf, so daß in den Zylindern 10 bis 12 das aus den Leitungen 14 zugeführte Mittel verdichtet werden kann.

Das Diagramm nach Fig·. 2 zeigt den Druckverlauf in dem mit dem Anlaßorgan versehenen Zylinder. Als Abszisse ist der Hubweg/ aufgetragen und als Ordinate der Druck ρ im Zylinder. Die Anlaßluft wird unter dem Druck p_a während der Hubstrecke a zugeführt. Nach Abschluß des Anlaß.vcntils entspannt sich der Zylinderinhalt gemäß der Linien und entlädt sich am Hubende beim Punkt/³ des Diagramms durch die Auslaßschlitze. Die schraffierte Fläche stellt die Arbeit dar, welche durch die Anlaßluft beim ersten Anlaßhub geleistet wird.

Das in Fig. 3 gezeigte Diagramm stellt den Druckverlauf dar, welcher sich beim Anfahrhub in dem mit Entlastungsventil versehenen Verbrennungsraum ergibt. Wiederum ist als Abszisse der Weg/ des Kolbens gewählt und als Ordinate der Druck/? der Luft im Verbrennungsraum. Während der Hubstreckes bleiben die Auslaßschlitze offen, es findet daher keine Drucksteigerung statt. Während der Hubstrecke b bleibt auch das Entlastungsventil offen, der Druck steigt nur schwach an, je nach den im Entlastungsventil eintretenden Strömungswiderständen. Nachdem beim Funkt O des Diagramms das Entlastungsventil geschlossen worden ist, tritt ein rascher und steiler Anstieg des Druckes bis zum Verdichtungsenddruck p_c ein.

Die während des Anfahrhubes dem Kolben für die Verdichtung zuzuführende Arbeit wird durch die schraffierte Fläche dargestellt. Die Yerdichtungsarbeit muß um so viel kleiner sein als die Antriebsarbeit nach Fig. 2, daß die Verluste für die Kolben-, Reibungs-, Kompressor- und rrVierdidhterarbeit gerade aufgebracht werden. Die Verdichtung in dem mit Entlastungsventilen versehenen Zylinder wird so weit getrieben, bis der für die Selbstzündung erforderliche Druck erreicht ist.

Die Steuerorgane -für das Anlaß- und das Entlastungsorgan können mit Hufe elektrischer, pneumatischer, hydraulischer oder mechanischer Mittel beeinflußt werden.

Es können auch Sperrvorrichtungen vorgesehen sein, welche die Zuführung von Brennstoff in den mit dem Anlaßorgan versehenen Zylinder während dies Anlaßhubes verhindern. Andere Sperrvorrichtungen können das Öffnen des Anlaßorgans und des Entlastungs organs während des normalen Betriebes mit Brennstoffzuführung verhindern. Insbesondere bei Anwendung von Brennstoffpumpen, welche durch den Druck im Arbeitszylinder selber getrieben und. gesteuert werden, müssen solche Sperrvorrichtungen vorhanden sein, damit nicht gleich heim Anlaßhub schon Brennstoff in den Zylinder eingeführt wird. Weitere Vorrichtungen können dafür sorgen, daß am Ende des Anlaßhubes nur eine ganz geringe Menge von Brennstoff in den mit dem Entlastungsorgan versehenen Zylinder eingeführt wird, um eine unzulässige Beschleunigung der Arbeitskolben zu verliindern.

Die Steuerung des Anlaßorgans sowie des Entlastungs organs richtet sich je nach den besonderen Verhältnissen der Maschine. Es können beispielsweise beide Organe zu gleieher Zeit geöffnet und zu gleicher Zeit geschlossen werden. In anderen Fällen kann es aber Vorteil bieten, wenn das eine Organ zu einer anderen Zeit geöffnet oder zu einer anderen Zeit geschlossen wird als das andere Organ. Gegebenenfalls können sogar beide Organe zu verschiedenen Zeiten geöffnet und zu verschiedenen Zeiten geschlossen werden.

Die,erste Zündung beim Anlaßhub kann durch Vorrichtungen auf künstlichem Wege bewirkt werden. Es können beispielsweise Glühköpfe, Heizspiralen oder elektrische Funkenstrecken zur Zündung herangezogen werden. Es läßt sich auch zum Anlaufen besonderer Brennstoff verwenden, der leicht zündet, z. B. Petrol, Benzin oder Benzol. Unter Umständen kann - der zum Anlassen verwendete Brennstoff vorgewärmt' werden, um eine einwandfreie Zerstäubung zu erhalten und die Zündung zu erleichtern.

Die miteinander synchron laufenden Kolben können mittels hydraulischer, mechanischer- oder -elektrischer Synchronisiervorrichtungen in Gleichlauf gebracht werden. Die miteinander synchronisierten Kolben brauchen nicht unbedingt im gleichen Zylinder oder in zusammenhängenden Zylindern zu arbeiten,

Claims (3)

sie können auch in zwei voneinander getrennten Zylindern angeordnet sein. Schließlich können auch zwischen den einzelnen Paaren von synchronisierten Kolben noch Synchronisiervorrichtungen vorgesehen sein, welche dafür sorgen, daß ein Teil oder alle der Kolben gleichzeitig miteinander im gleichen Takt arbeiten. Flugkolbenmaschinen nach der Erfindung ίο können zum Antrieb von Verdichtern verwendet werden. Sie lassen sich aber auch verwenden zum Antrieb von Stromerzeugern, deren Ankerwicklungen geradlinig fortbewegt werden; insbesondere dann ist die elektrische Synchronisierung der Kolben angezeigt. Zum Antrieb von Verdichtern kann das verdichtete Mittel allein oder zusammen mit den Verbrennungsgasen zum Antrieb von Entspannungsmaschinen, beispielsweise Turbinen und KoI-benmaschinen, verwendet werden. Es können Druckgas- oder Druckluftnetze durch die Flugkolbenmaschinen gespeist werden, denen 'wiederum die Druckgase oder die Druckluft zum Betrieb von Druckluftapparaten, bieispielsweise zum Antrieb von Werkzeugen und Werkzeugmaschinen, entnommen wird. Zur Spülung und Verbrennung notwendige Luft kann ebenfalls den Verdichtern, welche durch die Flugkolben angetrieben werden, entnommen werden. Die Querschnitte der Luftleitungen und die Eröffnungszeiten der Steuerventile sowie der Anlaßluftdruck sind so zu wählen, daß im ersten Hub die im Zylinder 2 mit dem Anlaßorgan geleistete Arbeit größer ist als die im Zylinder 1 für die Verdichtung bis zum Enddruck aufgenommene Arbeit. Um den Anlaßzylinder mit einer genügend großen Menge Anlaßluft füllen zu können, muß das Anlaßventil einen großen Querschnitt aufweisen und rasch geöffnet werden, oder es können die Flugkolben durch eine Sperrvorrichtung so lange festgehalten werden, bis der'Zylinder mit Anlaßluft auf den vollen Druck geladen ist, um dann die Kolben loszulassen. Während des Anlaßvorganges bleiben die Verdichter vorteilhaft ohne Gegendruck. Muß die Maschine in eine bereits unter Druck stehende Sammelleitung fördern, so kami zwischen die Flugkolbenmaschine und die Sammelleitung ein Ausgleichraum (Auspufftopf) eingeschaltet werden, der nach Wahl entwieder an die unter Druck stehende Sammelleitung angeschlossen oder mit dem Freien verbunden werden kann. Zum Anfahren wird der Ausgleichsraum mit dem Freien verbunden. Dann wird die Verbindung mit dem Freien langsam geschlossen, bis der Druck im Ausgleichsraum so hoch angestiegen ist wie der Druck in der Sammelleitung. Bei Übereinstimmung der Drücke wird die Verbindung mit der Sammelleitung geöffnet und zu gleicher Zeit die Verbindung mit dem Freien geschlossen. Patentanserüche:

1. Freiflugkolbenverdichter mit mindestens zwiei synchron laufenden Brennkraftkolben, von denen der eine im zugehörigen Brennraum einen Verdichtungshub, der andere gleichzeitig in seinem Brennraum ■einen Entspannungshub ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Brennraum ein Organ zur Steuerung der Anlaßluft und der andere Brennraum ein Organ zum teilweisen Ablassen der darin verdichteten Luft hat, die beide in Abhängigkeit von der Bewegung der Kolben gesteuert werden.

2. Freiflugkolbenverdichter nach An- ·8ο spruch i, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung, welche während des Anlaßhubes die Brennstoffeinspritzung in den mit. dem Anlaßorgan versehenen Zylinder verhindert. -

3. Freiflugkolbenverdichter nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine Sperrvorrichtung, welche während des Betriebes die Zufuhr von Anlaßluft und ein Ablassen von verdichteter Luft verhindert, go

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen