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Die Erfindung bezieht sich auf Viertaktverbrennungskraftmaschinen jener Art, bei der für die Verdichtung des brennbaren Gases und der Verbrennungsluft bzw. des Sauerstoffes besondere Zylinder vorgesehen sind, in denen die beiden Ladebestandteile bis zum Selbstzündungsdruek verdichtet werden, worauf die Verbindung der beiden Zylinder und damit die Zündung erfolgt.
Bei der Maschine nach der Erfindung wird als brennbares Gas Wasserstoff verwendet, das bereits unter Druck in den einen Zylinder eingeführt wird. Als zweiter Ladebestandteil wird entweder Luft verwendet, die in den andern Zylinder gesaugt wird, oder Sauerstoff der ebenso wie der Wasserstoff unter Druck in den letztgenannten Zylinder gelangt. Die Verdichtung erfolgt auf einen weit höheren Druck (40 Atm. und mehr) als jenen, dem die Zündllngstemperatur entspricht. Sodann erfolgen die Verbindung der beiden Zylinder, die Zündung und Arbeitsleistung wie bei den bekannten Maschinen.
Durch die höhere Verdichtung sowie durch die Einführung des Wasserstoffes und gegebenenfalls auch des Sauerstoffes unter Druck in die zugehörigen Zylinder wird die Leistung der Maschine im Verhältnis zum Brenn. stoffverbrauch wesentlich erhöht und der Raumbedarf der Maschine verringert. Dabei bleiben die Vorteile einer sicheren Vermeidung von Frühzündungen und der Fortfall einer besonderen Zündvorrichtung erhalten.
Die Maschine wird vorzugsweise mit mehreren Zwillingszylinderpaaren ausgeführt, die mit Anlasszylindern zusammenarbeiten und mit einer Steuerung für den Einlass und Auslass versehen sind.
In der Zeichnung ist eine solehe Maschine beispielsweise schematisch veranschaulicht.
Fig. 1 ist ein lotrechter axialer Schnitt durch die Zylinder nach der Linie A-B in Fig. 3, Fig. 2 ein lotrechter Querschnitt nach der Linie C-D in Fig. 1. Fig. 4 ein lotrechter Querschnitt nach der Linie E-F in Fig. 1 und Fig. 3 ein schematischer Grundriss, aus dem die Anordnung der Zylinder und Steuerorgane ersichtlich ist.
Die dargestellte Maschine besitzt wie üblich ein Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist ; diese wird durch Kolbenstangen 3 und Kolben 4 betätigt, die in aus dem Gussstück 5 ausgebohrten Zylindern beweglich sind. Bei dem gewählten Beispiel besitzt die Maschine zwei Zwillingszylindergruppen, die durch zwei Anlasszylinder voneinander getrennt sind. Die Zylinder jeder Kraftgruppe sind mit 6 und 7 bezeichnet, wobei die Zylinder 6 zur Verdichtung des Wasserstoffes, die Zylinder 7 zur Verdichtung der zur Verbrennung nötigen Luft dienen. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besitzen die Kolben eine Länge, die nahezu der Hublänge gleich ist, so dass sie mit einer grossen Anzahl Dichtungsringen 8 zur Verhinderung des Entweichens von Gas trotz des hohen Verdichtungsdrnckps versehen werden können.
Zwischen den beiden Zwillingszylindergruppen ss, 7 befinden sich zwei Anlasszylinder 9 mit je einem Kolben 10. Diese Zylinder sind durch Kanäle 11 (in Fig. 3 strichliert angedeutet), die im Deckelboden des Gussstückes 5 angebracht sind, mit dem Gehäusen 12, 13 verbunden, die zur Aufnahme der Steuerorgane dienen, die den Einlass und Auspuff des zum Anlassen
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die durch einen Kolbenschieber 15 gesteuert werden. Jeder Zylinder 6 steht anderseits seitlich durch Kanäle 16, 17 mit den durch einen Deckel 21 abgeschlossenen Räumen 19, 20 in Verbindung, in denen sich Kolbenschieber 22 (Fig. 3) zum Einlassen des Brenngases und Auspuffen der Verbrennungsrückstände aus diesen Zylindern befinden.
Die Zylinder 7 stehen
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denen sich Kolbenschieber 27 für den Einlass des Zündgases einerseits und für den Auspuff der Verbrennungsrückstände aus den Zylindern 7 anderseits befinden. Die Räume 19 der Zylinder 6 stehen durch Stutzen 28 (Fig. 3) mit der Wasserstoffgaszuführung und die Kammern 2 () durch Kanäle 29 mit einem gemeinsamen Auspuffkanal 30 (Fig. 3) in Verbindung. Die den Zylindern 7 entsprechenden Räume 25 stehen in ähnlicher Weise mit einem Einlassstutzen 31 für den andern Ladebestandteil, im vorliegenden Fall atmosphärische Luft, und die Räume 26 durch Kanäle 29 mit dem gemeinsamen Auspuffkanal 30 (Fig. 2,3) in Verbindung.
Die einzelnen bei dem gewählten Beispiel durch Kolbenschieber gebildeten Steuerorgane können in irgendwelcher Weise betätigt werden. Im vorliegenden Falle ist auf jeder Seite der Maschinenmittellinie eine Steuerwelle 32 (Fig. 2) angeordnet, die ihre Bewegung mittels eines Zahnradgetriebes 33,34, 35, 36 von der Kurbelwelle 2 erhält. Eine der beiden Steuerwellen 32 betätigt mittels Nocken 37 alle Einlasskolbenschieber, die zu diesem Zweck durch Federn 38 mit ihren Spindeln 39 und Rollen 40 auf die entsprechenden Nocken gedrückt werden. Die andere Steuerwelle 32 betätigt mittels Nocken 41 alle Auspuffkolbenschieber und mittels Nocken 42 (Fig. 4) die Kolbenschieber 15, die die Verbindung zwischen den Zylindern 6, 7 desselben Zwillingszylinderpaares über die Kanäle 14 herstellen.
Zu diesem Zweck wirken die Nocken 42 auf Stangen 43, welche die bei 45 auf den Zylinderköpfen schwingbar gelagerten, an den Kolbenschiebern 15 angreifenden Kipphebel 44 betätigen.
Bei normalem Betrieb arbeitet die Maschine wie folgt :
Wenn angenommen wird, dass die in den Räumen 19 angeordneten Kolbenschieber 22 sowie die in den Räumen 25 angeordneten Kolbenschieber 27 die Verbindung zwischen den Zylindern 6,7 und den Einlassstutzen 28, 31 in dem Augenblicke hergestellt haben, in dem die Kolben 4 der Zylinder 6, 7 sich am oberen Ende ihres Hubes (nach einem Auspuffhub) befinden, dann wird bei der folgenden Abwärtsbewegung der Kolben 4 in diesen Zylindern Luft durch den Stutzen 31 hindurch in den Zylinder 7 gesaugt, während Wasserstoff durch den Stutzen 28 hindurch in den Zylinder 6 strömt (Fig.
3). Die Zylinder 6, 7 werden demnach mit einer dem ganzen Ladungsinhalt entsprechenden Menge Gas und Luft gefüllt, und bei der nächsten Aufwärtsbewegung der Kolben in den Zylindern 6, 7 werden nach dem Schliessen der durch die Kolbenschieber 22, 27 gesteuerten Kanäle Luft und Gas (Wasserstoff) in den Zylindern bis auf 40 Atm. oder mehr verdichtet, wenn die Kolben wieder am oberen Hubende angelangt sind.
In diesem Augenblick werden die Kolbenschieber 15 durch den Kipphebel 44 bewegt, so dass die Verbindung zwischen den Kanälen 14 (siehe Stellung in Fig. 1) hergestellt wird, wodurch ein inniges Mischen der stark verdichteten Luft mit dem stark verdichteten Gas in den am oberen Ende der Zylinder vorgesehenen Verdichtungsräumen hervorgerufen wird. Das Gemisch entzündet sich unter der Wirkung der Verdichtungswärme von selbst, brennt gleichzeitig in beiden Zylindern 6, 7 und übt seine Expansionskraft auf die Kolben beider Zylinder aus, die dann ihren Arbeitshub ausführen.
Nachdem dieser Hub beendigt ist und die Kolbenschieber 15 die Kanäle 14 geschlossen haben, machen die in den Räumen 20 befindlichen Kolbenschieber 22 sowie die in den Räumen 26 befindliche Kolbenschieber 27 den Durchgang für die Verbrennungsgase frei, die bei der folgenden Aufwärtsbewegung der Kolben durch die Stutzen 27 in den gemeinsamen Auspuffkanal 30 auspuffen.
Bei einer derartigen Kraftmaschine ohne irgendwelche Zündvorrichtung muss naturgemäss der Anfangsarbeitshub beim Anlassen der Maschine durch ein Hilfsorgan erzeugt werden. Dieses Hilfsorgan wird im vorliegendem Fall durch die beiden zwischen den im Viertakt arbeitenden Zwillingszylinderpaaren 6, 7 angeordneten Anlasszylinder 9 (Fig. 1 und 3) gebildet. Das Anlassen kann ohne Schwierigkeit bewirkt werden, vorausgesetzt, dass die Antriebskurbeln der Kolben 10 der Anlasszylinder in einer geeigneten Stellung mit Bezug auf jene der Kolben 4 der Zwillingszylindergruppen 6, 7 eingestellt sind, so dass an jedem Kolbenhubende der Maschine stets einer der beiden Anlasskolben 10 sich am oberen Hubende befindet.
Da der dem in der Anlassstellung befindlichen Kolben entsprechende Einlasskolbenschieber des Gehäuses 12 in diesem Augenblick den Kanal 11 freigibt, genügt es, von Hand aus einen Hahn zu öffnen, um gespanntes Wasserstoffgas in den Zylinder 9 einzulassen und den genannten Anlasskolben vorwärts zu treiben, wodurch die Anfangsansaugung und Verdichtung in den Zwillingszylinder 6,7 erzielt wird.
Zu diesem Zweck stehen die Gehäuse 12, die die mit den Anlass-
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zylindern 9 zusammen arbeitenden Kolbenschieber enthalten (Fig. 3), durch Kanäle 4. 5 mit einem Gehäuse 46 in Verbindung, das bei 47 an die Wasserstoffgasleitung angeschlossen ist. Die Gehäuse/3 der den Auspuff des Gases aus den Anlasszylindern 9 steuernden Kolbenschieber sind unmittelbar durch Kanäle 48 mit dem gemeinsamen Auspuffkanal 30 verbunden.
Wenn bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Maschine mit Wasserstoff und Luft betrieben wird, besitzen die als Luftverdichter wirkenden Zylinder 7 einen grösseren Durchmesser als die Gaszylinder 6. Der Durchmesser der Zylinder 7 richtet sich jedoch danach, ob Luft oder Sauerstoff verwendet und welche Leistung der Maschine gefordert wird. Wenn reiner Sauerstoff zur Verwendung kommt, kann der Durchmesser des den Sauerstoff verdichtenden Zylinders natürlich bedeutend verringert werden und gleich jenem der Wasserstoffgaszylinder 6 sein.
Da die Maschine stets den für die Selbstzündung des Gemisches erforderlichen Verdichtungsgrad erzielen muss, wird die Veränderung der Maschinenleistung zweckmässig dadurch bewirkt, dass entweder mehrere Zwillingszylinderpaare nacheinander und abwechselnd in Betrieb gesetzt werden oder der Druck des Wasserstoffgases von seinem Eintritt in die Zylinder geändert wird.