DE289675C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 289675 KLASSE 46 d. GRUPPE

RUDOLF KRASEMANN in KRAKAU.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. April 1914 ab.

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit äußerer Verbrennung und mit kreisenden Zylindern, die nach dem erstmaligen Zünden bei Inbetriebsetzung der Maschine keiner weiteren Zündung bedarf, sondern zufolge Verbrennung des Treibmittels in einem gesonderten Verbrennungsraum nach Art einer Dampfmaschine arbeitet. Gegenstand der Erfindung ist die besondere Ausbildung der Ein- und Auslaßorgane für das Treibmittel.

In den Zeichnungen ist eine Maschine beispielsweise veranschaulicht, welche den Gegenstand vorliegender Erfindung aufweist, und zwar zeigen:

Fig. ι die Maschine im Querschnitt,

Fig. 2 dieselbe im Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1, und die

Fig. 3 und 4 Einzelheiten.

Die Maschine besitzt eine Anzahl von um eine feststehende Kurbelwelle 1 kreisenden, ■ sternförmig angeordneten Zylindern, Von denen einige als Arbeitszylinder und die übrigen als Verdichtungszylinder dienen. Im dargestellten Beispiel, bei dem sechs Zylinder angenommen sind, die untereinander gleichen Fassungsraum besitzen, dienen vier Zylinder 2 als Arbeitszylinder und zwei Zylinder 3 als Verdichter. Auf der einen Seite der Maschine, z. B. auf der linken in Fig. 2, ist ein zentral auf der Kurbelwelle sitzender Drehschieber für die Arbeitszylinder und symmetrisch auf der anderen Maschinenseite ein solcher für die Verdichter vorgesehen.

Der Drehschieber 4 für die Arbeitszylinder ist mit einer der Anzahl der Arbeitszylinder gleichen Zahl ringsegmentförmiger Schlitze 5, im dargestellten Beispiel mit vier solchen Schlitzen versehen, die mit in den Zylinderdeckeln 6 vorgesehenen Öffnungen 7 mittels Leitungen 8 verbunden sind. Der mit diesem Schieberspiegel zusammen arbeitende feststehende Schieberspiegel 9 besitzt zwei steuernde ringsegmentförmige Schlitze 10 und 11, ■ die zu einem feststehenden Verbrennungsraum 12 bzw. zu einem Auslaß 13 führen.

Der Drehschieber 14 für die Verdichter besitzt gleichfalls eine der Anzahl dieser Zylinder gleiche Zahl ringsegmentförmiger Schlitze 15, die in gleicher Weise wie bei den Arbeitszylindern mit in den Deckeln 16 der Verdichterzylinder 3 vorgesehenen Öffnungen 17 mittels Leitungen 18 verbunden sind. Der feststehende Schieberspiegel 19 besitzt nur einen nicht steuernden, ringsegmentförmigen Schlitz 20, der zu einem Windkessel 21 führt. An der

Mündungsstelle des Verbindungsrohres 22 in den Windkessel ist ein Rückschlagventil 23 vorgesehen.

In der Öffnung 17 jedes Zylinderdeckels 16 ist ein unter Wirkung einer Feder 24 stehendes Druckventil 25 und im Boden jedes Verdichterkolbens ein unter der Wirkung einer Feder 26 stehendes Saugventil 27 eingebaut. Die beiden Ventile 25 und 27 dienen zur Steuerung der Verdichterzylinder. Vom Windkessel 21 führt eine Leitung 28 zu einer in den Verbrennungsraum 12 mündenden Düse 29, der der flüssige Brennstoff durch eine Leitung 30 mittels einer vom Motor selbst angetriebenen Pumpe aus einem Brennstoffbehälter zugeführt wird. In dem Verbrennungsraum 12 ist weiter noch eine Zündvorrichtung beliebiger Art vorhanden, die z. B. bei 31 eingesetzt werden kann. Der Behälter 12 kann auch mit einem Sicherheitsventil und gegebenenfalls mit einem Manometer ausgestattet sein, welche Organe bei der Öffnung 32 angebracht werden können.

Die Wirkungsweise der Maschine ist fol-

a₅ gende:

Der flüssige Brennstoff, der von beliebiger Art sein kann, wird vermittels der Brennstoffpumpe unter Druck der Düse 29 zugeführt, durch die gleichzeitig Preßluft aus dem Windkessel in den Verbrennungsraum eingeblasen wird. Die Entzündung des Brennstoffgemenges erfolgt beim Anlassen der Maschine vermittels einer elektrischen Zündkerze. Diese wird abgeschaltet, sobald die erste Zündung erfolgt ist, worauf des weiteren zufolge der ununterbrochenen Zuführung des Brennstoffgemenges dessen ununterbrochene Verbrennung stattfindet. Die Innenwände des Verbrennungsraumes 12 können zwecks Wärme-Schutzes ausgekleidet werden.

Da infolge der dauernden Verbrennung die Innentemperatur des Verbrennungsraumes auf gleicher Höhe bleibt, so muß der Brennstoff, ohne Verbrennungsrückstände zu hinterlassen, verbrennen.

Das unter hohem Druck stehende, verbrannte Brennstoff gemenge gelangt durch den steuernden Drehschieber 4,9 und durch die Leitungen 8 in die Arbeitszylinder 2, wo durch Expansion der Gase die Umwandlung der Wärmeenergie in mechanische Energie stattfindet. Ist der Kolben im Arbeitszylinder am Ende seines Hubes angelangt, so entweichen die expandierten Gase zum größten Teil durch die auf dem Innenende der Arbeitszylinder vorgesehenen Auslaßschlitze 33, während die noch im Zylinder verbleibenden expandierten Gase beim Rückgang des Arbeitskolbens durch die Leitungen 8, deren Schieberöffnungen 5 während dieser Zeit sich mit dem zum Auslaß 13 führenden Schlitz 11 decken, ausgetrieben werden. Es findet demnach eine vollkommene Entleerung der Arbeitszylinder von expandierten Gasen statt, bevor eine neue Ladung hochgespannter Gase eingelassen wird.

Die Anordnung der Auslaßschlitze 33 erleichtert die Ausspülung der Arbeitszylinder durch die Leitungen 8, da ein großer Teil der Gase durch die Schlitze 33 auspufft und dadurch die Leitungen 8, deren Querschnitt nur für den Einlaß berechnet ist, beim Ausstoßen der Gase entlastet.

Wie ersichtlich, arbeitet die vorliegende Maschine in bekannter Weise wie eine Dampfmaschine. Der Dampf wird hierbei ersetzt durch die Verbrennungsprodukte. Die Zuführung der Treibgase erfolgt durch den Rohrstutzen 34 zur Einlaßöffnung 10 des Schieberspiegels 9. Solange sich die Öffnungen 5 des Drehschiebers 4 mit der Öffnung 10 decken, werden die Arbeitszylinder mit frischem Treibgas versehen. Nach Abschluß durch die steuernden Kanten der Schieberspiegelöffnungen erfolgt in den Arbeitszylindern die Expansion, und sobald die Schieberöffnung 5 bei der weiteren Drehung der Maschine über die Schieberöffnung 11 gelangt, erfolgt dei Auspuff der Abgase.

Eine Verdichtung, wie bei Dampfmaschinen, könnte, um einen guten termischen Wirkungsgrad zu erzielen, wohl durch vorzeitigen Abschluß der Schieberöffnungen 5 erzielt werden, doch ist eine solche Verdichtung bei vorliegender Maschine nicht erforderlich, da keine hin und her gehenden Teile verzögert werden müssen, um ein stoßfreies Arbeiten der Maschine zu erzielen. Die Leistung der Maschine wird durch den Fortfall der Kompression in den Arbeitszylindern beträchtlich verbessert. Das Diagramm der Maschine gleicht in seinem übrigen Verlauf vollkommen dem einer ' Dampfmaschine. Dieses Diagramm ist naturgemäß von der Lage der Kurbel in bezug auf den feststehenden Schieberspiegel 9 abhängig. Wenn also die Kurbel relativ zum Schieber 9 um einen entsprechenden Winkel verstellt wird, so ist der Erfolg der gleiche, wie wenn bei einer Dampfmaschine der Voreilwinkel geändert wird. Es ist auf diese Weise möglich, den Füllungsgrad der Arbeitszylinder und dadurch die Leistung der Maschine bei gleichbleibender Drehzahl zu ändern. Gewünschtenfalls kann auch durch entsprechende Verstellung der Kurbel die Drehrichtung der Maschine umgekehrt werden.

Um aber bei veränderlicher Füllung der Arbeitszylinder zu erreichen, daß der Druck im Verbrennungsraum und im Windkessel stets auf gleicher Höhe bleibt, muß zur Förderung des Brennstoffes eine Pumpe benutzt werden, die derart ausgebildet ist, daß sie bei sinkendem Druck in der Brennstoffzuleitung 30 Und

bei derselben Tourenzahl mehr fördert, und umgekehrt, bei einer Drucksteigerung weniger fördert.

Die Verdichter 3 arbeiten in folgender Weise:

. Beim Saughub öffnet sich das im Kolbenboden eingebaute Ventil 2J, wodurch in den Zylinder Luft durch die Gehäuseöffnungen 47 und den Kolbenboden hindurch angesaugt ■ 10 wird. Beim Druckhub schließt sich das Saugventil und öffnet sich das Druckventil 25 und, sobald der Verdichterkolben wieder seinen Saughub beginnt, auch das Rückschlagventil 23.

Die beiden Schieberschlitze 15 und 20, von denen . der letztere im dargestellten Beispiel sich über i8o° erstreckt, haben keine steuernde Funktion, da der Schlitz 15, der dem Verdichtungsarbeit leistenden Zylinder 3 zugehört, während dieser Funktion sich ständig mit dem Schieberschlitz 20 deckt, wobei der Schlitz 15 des nächsten (im dargestellten Beispiel des diagonal gegenüberliegenden) Verdichterzylinders bereits mit dem Schlitz 20 zur Deckung gelangt, bevor noch der erste Schlitz 15 den Schlitz 20 vollständig passiert hat.

Die beiden Steuerventile 25 und 27 sind nicht ausbalanciert und öffnen sich radial nach außen. Es wird daher bei einer zu hohen Drehzahl die Zentrifugalkraft die Kraft der auf diese Ventile wirkenden Federn 24 und 26 überwinden, und es werden in einem solchen Falle die Ventile versagen, d.h. entgegen der Federwirkung offen bleiben. Dadurch wird der Verdichterkolben wirkungslos hin und her gezogen werden, und die Zuführung frischer Druckluft in den Windkessel unterbrochen und demzufolge der Druck im Windkessel verringert. Infolgedessen wird auch die Drehzahl der Maschine herabgesetzt. Diese Einrichtung wirkt demnach als Regler, wobei die Maschine eine durch die Federkraft bestimmte Drehzahl nicht überschreiten kann.
Die angeführte Regelung wirkt innerhalb einer Umdrehung der Maschine, da beim Ausbleiben auch nur einer Füllung eines Kompressionszylinders der Druckabfall im Windkessel ein derart beträchtlicher wird, daß bei der folgenden Maschinendrehung wieder die normale Drehzahl erreicht wird. Um jedoch eine noch empfindlichere Regelung zu erhalten, \vird gemäß der Erfindung die auf das Druckventil 25 wirkende Feder 24 weniger gespannt als die Feder 26, so daß das Druckventil 25 früher versagt als das Saugventil 27 und zunächst nur den Verdichtungsraum (um den Rauminhalt des Überleitungsrohres 18) vergrößert und dadurch die Spannung der eingeführten frischen Ladung Druckluft vermindert wird.

Wie eingangs erwähnt, soll vorliegende Maschine mit möglichst hohen Drehzahlen laufen können. Bei Benutzung eines Drehschiebers auf der Kurbelwelle muß aber mit einer ungewöhnlich hohen Gleitgeschwindigkeit gerechnet werden. Bei einem kegelförmig ausgebildeten Schieber ist aber die Gleitgeschwindigkeit an der Außenkante viel größer als an der ■Innenkante. Da der Flächendruck überall gleich ist, so \vird die Abnutzung an der Außenkante viel größer als an der Innenkante. Hierzu kommt noch, daß die Schwingungen der Kurbelwelle die stärkere Abnutzung der Außenkante noch unterstützen würden. Ein kegelförmiger Schieber würde infolgedessen nach kurzer Zeit undicht werden und infolge des später auftretenden hohen Flächendruckes an der Innenkante heißlaufen.

Um diesen Übelständen vorzubeugen und die Schieber für eine längere Gebrauchsdauer tauglich zu machen, sind die Berührungsflächen der Schieberspiegel gemäß vorliegender Erfindung nach Kugelflächen gekrümmt, deren Mittelpunkte in den Schwingungsknoten der bei Erschütterungen der Maschine in der Mitte durchsehwingenden Kurbelwelle liegen. Gleichzeitig wird aber dadurch der Flächendruck an der Außenkante des Schiebers geringer gehalten als an der Innenkante, zu dem Zwecke, die durch die größere Geschwindigkeit bedingte größere Abnutzung der Außenkante zu kompensieren, so daß die Abnutzung der ganzen Schieberoberfläche an allen Stellen gleich groß ist.

Ferner sind innerhalb und außerhalb der Schieberöffnungen auf den Berührungsflächen der Schieberspiegel zur Aufnahme von Schmiermaterial dienende ringförmige Kanäle-43 und 44 vorgesehen. Gleichzeitig mit der Schmierung der beiden Gleitflächen durch die beiden Ölringe erfolgt auch die Abdichtung nach außen hin. Die Gleitflächen gelangen zufolge der zwischen ihnen befindlichen, durch Druck zugeführten ölschicht überhaupt nicht in direkte Berührung, so daß der Verschleiß auf ein Mindestmaß herabgesetzt \vird.

Um ein Verdampfen des Öles zu verhindern, sind auf der Rückseite der Schieberspiegel hinter den Schmierkanälen zur Durchleitung von Kühlwasser dienende, zweckmäßig zusammenhängende Ringkanäle 45,46 vorgesehen.

Wie aus der vorstehend angeführten Wirkungsweise zu entnehmen ist, muß für den Fall der Benutzung der Maschine als Kraftmaschine der Gesamtfassungsraum der Arbeitszylinder doppelt so groß sein als der Gesamtfassungsraum der Verdichterzylinder. Es ist hierbei nicht erforderlich, daß die Verdichterzylinder, wie im dargestellten Beispiel, gleichen Fassungsraum wie die Arbeitszylinder besitzen und für je zwei Arbeitszylinder ein

Verdichterzylinder vorhanden ist, doch ist diese Anordnung wegen der gleichen Massenverteilung die vorteilhaftere.

Für den Fall, daß das Verhältnis des Fassungsraumes der Verdichterzylinder zu dem der Arbeitszylinder größer gewählt wird als ι: 2, z. B. durch Anordnung eines dritten Verdichterzylinders an Stelle eines Arbeitszylinders bei dem dargestellten Beispiel, kann

ίο die Maschine auch als Verdichter benutzt werden. Die komprimierte Luft kann dann aus dem Windkessel direkt entnommen werden.

Es ist ersichtlich, daß die vorliegende Maschine anstatt durch verbrannten, hochgespannten Brennstoff durch hochgespannten Dampf betrieben werden kann.

Claims (2)

1. Patent-An Sprüche:

   i. Verbrennungskraftmaschine mit äußerer Verbrennung und mit um eine feststehende Kurbelwelle kreisenden, sternför- - mig angeordneten Arbeitszylindern und Verdichtungszylindern, dadurch gekennzeichnet, daß die mit vom Kolben gesteuerten Auspuffschlitzen versehenen Arbeitszylinder (2) einerseits und die mit selbsttätigen Saug- und Druckventilen versehenen Verdichterzylinder (3) anderseits mittels in die Zylinderdeckel mündender Leitungen (8 bzw. 18) mit zentral auf der Kurbelwelle sitzenden Drehschiebern in Verbindung stehen, von denen der mit den Arbeitszylindern verbundene (4) mit einem feststehenden Schieberspiegel (9) zusammen arbeitet, der zwei zu einer feststehenden, zur Speisung der Arbeitszylinder mit Druckgas dienenden Verbrennungskammer (12) bzw. zu einem gemeinsamen Hilf sauslaß (13) führende, rings.egmentförmige Schlitze (10, 11) besitzt, wogegen der mit den Verdichterzylindern verbundene Drehschieber (14) mit einem feststehenden Schieberspiegel (19) zusammen arbeitet, der nur einen zu einem feststehenden, mit einem Rückschlagventil verseheneu, für alle Verdichterzylinder gemeinsamen Windkessel (21) führenden, nicht steuernden ringsegmentförmigen Schlitz (20) besitzt.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach An-' Spruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsflächen der Schieber und ihrer Schieberspiegel nach Kugelflächen gekrümmt sind, deren Mittelpunkte in den Schwingungsknoten der bei Erschütterungen der Maschine in der Mitte durchschwingenden Kurbelwelle liegen, um ein Abschleifen und Undichtwerden der Berührungsflächen der Drehschieber zu verhindern. So

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.