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Brennkraftmaschine mit Freiflugkolben und Federtriebwerk.
Gegenstand der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit Freiflugkolben und einem Federtriebwerk, das die Steigerung der Hubzahl auf ein Mehrfaches des beim Kurbeltrieb möglichen Wertes, die Anwendung beliebiger Gasdrücke und eine selbsttätige Anpassung an das Gegendrehmoment ermöglicht.
Es sind bereits Maschinen der genannten Bauart bekannt, bei denen das Federtriebwerk die lebendige Kraft dos Kolbens aufspeichert und teils als Nutzarbeit, teils als Verdiehtungsarbeit für die Maschine wieder abgibt. Die Erfindung besteht nun in der Anordnung von zwei zusammenwirkenden, im übrigen
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die Verdichtungsarbeit für die Maschine und die andere, z. B. als Schraubenfeder, die Nutzarbeit durch
Erzeugung einer Drehbewegung übernimmt.
Als Arbeitsverfahren ist das Zweitakt-Dieselverfahren nach der Dreikanalbauart zugrunde gelegt.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 3 und 5 die Anordnung der beiden Federn, in Fig. 4 die An- ordnung zur Erzielung eines gleichbleibenden Kolbenhubes und in Fig. 6 die Gesamtanordnung der
Maschine.
Die Gasenergie wird auf den freibeweglichen Kolben 1 und den Zylinder 2 übertiagen, die zweck- mässig gleich schwer sind. Diesen wird die Wucht auf kürzerem oder längerem Wege durch ein Federn- system entzogen, das die Arbeit aufspeichert, zu einem Teil als Nutzarbeit über die Zeit des ganzen Arbeit- spieles verteilt, an eine Trommel abgibt. zum andern Teil als Verdichtungsarbeit an die neue Ladung zurückerstattet. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Zugfeder 5 durch die Verzögerungskräfte gespannt wird, dabei infolge ihrer Form nur eine Arbeit aufnimmt, die gleich der Yerdichtungsarbeit ist, gegen
Hubende in der gestreckten Lage als Zugorgan wirkt und die noch verbleibende Nutzarbeit auf eine von ihr umschlossene Schraubenfeder 4 überträgt.
Diese besteht aus zwei eingängigen Schiaubenfedern, von denen cas eine Ende a fest mit dem Maschinengehäuse 7 (Fig. 6) verbunden ist, wogegen das andere
Ende b einen beweglichen Mitnehmerring 5 trägt (Fig. 5 und 6). Durch diese Anordnung wird die hin und her gehende Kolbenbewegung in eine schwingende Bewegung des Mitnehmerringes 5 umgeformt. Da nämlich nur das Ende b beweglich ist und auch dieses wegen des Mitnehmerringes in radialer Richtung nicht ausfedern kann, so muss es sich bei einer Zusammendrückung der Feder 4 durch die Zugfeder.' in der Richtung des Umfanges bewegen, u. zw. entgegengesetzt der Drehung der Trommel 6.
Der Mitnehmerring 5 ist in irgendeiner Weise als Freilaufkupplung ausgebildet, die in der Dreh- richtung der Trommel 6 greift, in der entgegengesetzten aber frei geht. Die Bewegung entgegengesetzt zur Drehrichtung wird solange dauern, bis die radiale Zusammendrückkraft durch die Zugfeder 3 kleiner geworden ist als die radiale Gegenkraft der Schraubenfeder 4, worauf sich diese wieder radial auszudehnen beginnt. Wenn die Relativgeschwindigkeit des Mitnehmerringes 5 gegen die Trommel 6 Null geworden ist, wird die Kupplung greifen und die Trommel 6 weiterdrehen. Während der Entspannung wird die
Zugfeder 3 ihre Energie an die Kolben l und 2 zurückgeben, und diese werden dann durch ihre Wucht b die Verdiehtungsarbeit leisten, worauf das Spiel von neuem beginnt.
Fig. 6 zeigt die Gesamtanordnung im Schnitt. Der Kolben J ? läuft in dem Zylinder 2 und dieser wieder im feststehenden Gehäuse 7, das die Kanäle für den Ein-und Auslass der Gase trägt. Um dieses
Gehäuse liegt die Schraubenfeder 4, auf die die Zugfeder'3 wirkt. Der von dem Gehäuse 7 und der
Trommel 6 abgeschlossene Raum dient als Vorverdichtnngsraum, von dem die Überströmung in den I Zylinder 2 erfolgt.
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Die Schraubenfeder 4 kann ein Mehrfaches der Hubarbeit aufspeichern und bewirkt je nach der Geschwindigkeit der Trommel 6 ein grösseres oder kleineres Drehmoment. Steigt nämlich das Widerstandsmoment, so wird die Trommel 6 eine kleinere Geschwindigkeit annehmen. Das hat zur Folge, dass
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lage entspannen kann und daher ihre Radialkraft bei Beginn der Zusammendrüekung durch die Zugfeder, 3 grösser ist als früher. Der Kolben 1 (bzw. der Zylinder 2) wird daher auf kürzerem Wege abgebremst, dreht dabei aber das Schraubenfederende b über die Endlage des vorhergehenden Hubas hinaus. Dies wiederholt sich solange, bis der Umfangsweg durch die Zusammendruckung (entgegen der Drehrichtung) und der Weg bei der Entspannung (in der Drehrichtung) gleich geworden sind.
Die Spannung der Schraubenfeder bei Beginn der Zusammendrückung stellt sich somit je nach dem Gegendrehmoment. ein, und es wird damit erzielt, dass die Maschine gleiche Leistung bei allen Drehzahlen der Trommel 6 gibt.
Da nun die Schraubenfeder verschiedene Lagen je nach dem Drehmoment hat, würden sich unzulässig grosse Unterschiede im Kolbenhub ergeben, da dieser in sehr starkem Masse von der radialen Zusammendrückung der Schraubenfeder abhängig ist. Um nun unabhängig davon stets den gleichen Kolbenhub zu erhalten, ist es nötig, diese radiale Durchbiegung auszugleichen. Dies kann durch die Anordnung nach Fig. 4 erreicht werden.
Die Zug-und Schraubenfedern wirken nicht unmittelbar, sondern unter Vermittlung einer keilförmigen Unterlage aufeinander ein. Die radiale Durchbiegung der Schraubenfeder 4 bewirkt eine Verdrehung des Hebels A, der an seinem unteren Ende im Gehäuse 7 drehbar gelagert ist, und wirkt durch diesen Hebel mittels einer Feder f auf die Zugfeder 3 während der Zeit, wo diese entspannt ist (Ende der Verdichtung), wobei durch eine Verschiebung der Keilflächen die radiale Durchbiegung der Schraubenfeder ausgeglichen wird.
Die erreichbare hohe Hubzahl gestattet, die Undichtigkeitsverluste auch ohne Anwendung von Kolbenringen entsprechend klein zu halten. Durch deren Fortfall und die zentrale Kolbenführung entfällt die Notwendigkeit der Kolbenschmierung, weshalb die Wandtemperatur entsprechend gesteigert werden kann und sich dadurch kleine Wärmeverluste ergeben.
Die Brennstoffzuführung kann dadurch, dass die Beschleunigungskräfte der Kolben während der Verdichtung stets gleich und unabhängig von der Drehzahl der Trommel 6 sind, vereinfacht und dureh die Massenkräfte der Kolben bewirkt werden.
Ein als Verlängerung des Hauptkolbens 1 ausgebildeter Kolben k (Fig. 6) saugt aus der Zuleitung Brennstoff an, wobei ein Ventil in dieser nicht notwendig ist, wenn die Masse des Brennstoffes in der Leitung gegenüber der Brennstoffmasse zwischen Kolben und Windkessel 10 gross ist, da bei den grossen auftretenden Beschleunigungen die Brennstoffmasse in der Zuleitung wie ein fester Absperrkörper wirkt.
Während des Arbeitshubes drückt der Kolben 7c den Brennstoff zum Teil in den Windkessel w, zum ändern Teil in den Kolbénhohlraum 1'. In diesem befindet sich ein freibeweglicher Differentialkolben cl, der. sich beim Ende des Arbeitshubes infolge seiner Massenkraft nach links bewegt, da der Kolben 1 verzögert wird, wodurch eine Relativbewegung zwischen beiden Kolben entsteht. Aus dem gleichen Grunde bewegt er sich während des Verdichtungshubes nach rechts und spritzt dabei durch den Ringspalt sp den Brennstoff in den Arbeitsraum, da das Plattenventil v sich infolge des Innendruekes geschlossen hat.
Eine Regelung der Brennstoffmenge erfolgt durch Verkleinerung des Hubes des Kolbens d, was am einfachsten dadurch geschieht, dass der Kolben k durch ein Gewinde mit dem Kolben j ! verbunden und durch einen Reglerhebel gegenüber 1 verdreht wird.
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1. Brennkraftmaschine mit Freiflugkolben und Federtriebwerk, das die lebendige Kraft der Kolben aufspeichert und teils als Nutzarbeit, teils als Verdichtungsarbeit der Maschine wiedergibt, gekenn- zeichnet durch zwei zusammenwirkende, im übrigen aber voneinander getrennte Federn, von denen im wesentlichen die eine, z. B. als bandförmige Zugfeder (3), die Verdichtungsarbeit für die Maschine und die andere, z. B. als Schraubenfeder (4), die Nutzarbeit zur Erzeugung einer Drehbewegung übernimmt.
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Internal combustion engine with free-flying piston and spring drive.
The invention relates to an internal combustion engine with free-floating pistons and a spring drive which enables the number of strokes to be increased to a multiple of the value possible with the crank drive, the use of any gas pressures and automatic adjustment to the counter torque.
Machines of the type mentioned are already known in which the spring drive stores the living force of the piston and emits it again partly as useful work, partly as compression work for the machine. The invention now consists in the arrangement of two cooperating, moreover
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the compaction work for the machine and the other, e.g. B. as a coil spring, the useful work through
Generating a rotary movement takes over.
The working process is based on the two-stroke diesel process based on the three-channel design.
The drawing shows in FIGS. 1 to 3 and 5 the arrangement of the two springs, in FIG. 4 the arrangement for achieving a constant piston stroke and in FIG. 6 the overall arrangement of the
Machine.
The gas energy is transferred to the freely movable piston 1 and the cylinder 2, which are expediently equally heavy. The force is withdrawn from these over a shorter or longer distance by a spring system that stores the work, distributes part of it as useful work over the entire work cycle and transfers it to a drum. on the other hand, reimbursed to the new cargo as compression work. This is achieved in that a tension spring 5 is tensioned by the decelerating forces and, due to its shape, only absorbs work that is equal to the compression work
Stroke end acts as a tension member in the extended position and transfers the remaining useful work to a helical spring 4 enclosed by it.
This consists of two catchy sliding springs, one end of which a is firmly connected to the machine housing 7 (FIG. 6), while the other
End b carries a movable driver ring 5 (Fig. 5 and 6). With this arrangement, the reciprocating piston movement is converted into an oscillating movement of the driver ring 5. Since only the end b is movable and this too cannot rebound in the radial direction because of the driver ring, it must move when the spring 4 is compressed by the tension spring. ' move in the direction of the circumference, u. between the opposite of the rotation of the drum 6.
The driver ring 5 is designed in any way as a one-way clutch that engages in the direction of rotation of the drum 6, but moves freely in the opposite direction. The movement opposite to the direction of rotation will last until the radial compression force by the tension spring 3 has become smaller than the radial counterforce of the helical spring 4, whereupon it begins to expand radially again. When the relative speed of the driver ring 5 against the drum 6 has become zero, the clutch will engage and the drum 6 will continue to rotate. During relaxation, the
Tension spring 3 return their energy to pistons 1 and 2, and these will then do the work of compression through their force b, whereupon the game begins again.
Fig. 6 shows the overall arrangement in section. The piston J? runs in the cylinder 2 and this again in the stationary housing 7, which carries the channels for the inlet and outlet of the gases. To this
Housing lies the helical spring 4, on which the tension spring 3 acts. Of the housing 7 and the
The space enclosed by the drum 6 serves as a pre-compression space from which the flow into the cylinder 2 takes place.
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The helical spring 4 can store a multiple of the lifting work and, depending on the speed of the drum 6, causes a greater or lesser torque. If the moment of resistance increases, the drum 6 will assume a lower speed. This has the consequence that
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position can relax and therefore its radial force at the beginning of compression by the tension spring, 3 is greater than before. The piston 1 (or the cylinder 2) is therefore braked over a shorter distance, but rotates the helical spring end b beyond the end position of the previous hub. This is repeated until the circumferential path due to the compression (opposite to the direction of rotation) and the path during relaxation (in the direction of rotation) have become the same.
The tension of the helical spring at the beginning of compression is thus dependent on the counter torque. one, and it is thus achieved that the machine gives the same power at all speeds of the drum 6.
Since the helical spring has different positions depending on the torque, there would be inadmissibly large differences in the piston stroke, since this is very much dependent on the radial compression of the helical spring. In order to always get the same piston stroke regardless of this, it is necessary to compensate for this radial deflection. This can be achieved by the arrangement according to FIG.
The tension and helical springs do not act directly on one another, but act on one another through the intermediary of a wedge-shaped base. The radial deflection of the helical spring 4 causes a rotation of the lever A, which is rotatably mounted at its lower end in the housing 7, and acts through this lever by means of a spring f on the tension spring 3 while it is relaxed (end of compression ), whereby the radial deflection of the helical spring is compensated by shifting the wedge surfaces.
The high number of strokes that can be achieved allows the leakage losses to be kept correspondingly small without the use of piston rings. By eliminating them and the central piston guide, there is no need for piston lubrication, which is why the wall temperature can be increased accordingly and this results in small heat losses.
The fuel supply can be simplified by the fact that the acceleration forces of the pistons during compression are always the same and independent of the speed of the drum 6, and the inertial forces of the pistons can be brought about.
A piston k designed as an extension of the main piston 1 (FIG. 6) sucks in fuel from the feed line, a valve in this not being necessary if the mass of the fuel in the line is large compared to the fuel mass between the piston and the air tank 10, there With the large accelerations that occur, the fuel mass in the supply line acts like a solid shut-off body.
During the working stroke, the piston 7c pushes the fuel partly into the air chamber w and partly into the Kolbénhohlraum 1 '. In this there is a freely movable differential piston cl, the. moves to the left at the end of the working stroke due to its inertia because the piston 1 is decelerated, which creates a relative movement between the two pistons. For the same reason it moves to the right during the compression stroke and injects the fuel through the annular gap sp into the working space, since the plate valve v has closed as a result of the internal pressure.
The amount of fuel is regulated by reducing the stroke of piston d, which is most easily done by threading piston k with piston j! connected and rotated by a control lever opposite 1.
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1. Internal combustion engine with free-flying piston and spring drive, which stores the living force of the piston and reproduces it partly as useful work, partly as compression work of the machine. B. as a ribbon-shaped tension spring (3), the compression work for the machine and the other, z. B. as a helical spring (4) that takes over the useful work to generate a rotary movement.