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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.