DE111803C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE 46 a.

Der Gegenstand der Erfindung bezweckt, die Wasserkühlung bei Verbrennungskraftmaschinen durch Anwendung flüssiger Metalle u. dgl. als Abdichtung des Kolbens gegen die Gase an Stelle der üblichen Dichtungsringe entbehrlich zu machen.

Eine derartige Maschine ist auf der Zeichnung in den Fig. 1 und 2 in Längsschnitten und in Fig. 3 im Querschnitt nach Linie A-B der Fig. 2 veranschaulicht.

An dem Cylinder α ist ein besonderer Kanal b angebracht. Dieser Kanal b steht unten durch eine Oeffnung c mit dem Cylinder a in Verbindung. Oben befinden sich ein oder zwei durch Curvenscheibe e gesteuerte Luftventile d. Der Kolben / ist mit einem Kolbenansatze g von etwas geringerem Durchmesser, dessen Länge etwas mehr .als der Kolbenhub beträgt, versehen.

Als Mittel zur Abdichtung können entweder sich nicht verflüchtigende, leichtflüssige Metalle mit verhältnifsmäfsig niederem Schmelzpunkte, wie z. B. Wismuth, Cadmium, Blei u. s. w. oder deren verschiedene Legirungen, oder auch — auf umständlichere Weise — OeIe bezw. Wasser benutzt werden.

Das flüssige Metall wird in den Kanal b eingegossen und gelangt in den erhitzten Cylinder, den Raum zwischen der Cylinderwandung und dem Ansätze g füllend. Die Menge der Flüssigkeit wird derart bemessen, dafs die Oberfläche der im Cylinder und Kanal gleich hochstehenden Flüssigkeit das obere Ende des Kolbenansatzes bei der höchsten Kolbenstellung nicht ganz erreicht. Die untere Hälfte des Cylinders α ist von etwas gröfserem Durchmesser als die obere, so dafs, wie Fig. 2 zeigt, die Flüssigkeit bei tiefstem Kolbenstande in den Cylinder abfliefst. Auch bei der unteren Kolbenstellung bleibt die Stirnfläche des Kolbens von Flüssigkeit frei.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende:

Beim Abwä'rtsgange des Kolbens, also beim Ansaugen, wird Ventil d geöffnet, so dafs im Kanäle b kein Unterdruck entsteht.

Das Ventil d wird in der untersten Kolbenstellung geschlossen. Da der gleiche Luftdruck im Cylinder α und Kanal b beim Aufwärtsgange des Kolbens f herrscht, so wird die Flüssigkeitsoberfläche im Cylinder und Kanal gleich hoch bleiben. Um zu verhindern, dafs die Flüssigkeit in der höchsten Kolbenstellung infolge der Trägheit noch weiter gedrängt und die Luft noch mehr verdichtet wird, bis ihre lebendige Kraft erschöpft ist, wird kurz vor Ende des Kolbenhubes das Ventil d geöffnet und so viel Luft entlassen, dafs ein kleiner Druckunterschied im Cylinder a und Kanal b im ungefähren Betrage des Druckes der lebendigen Kraft der Flüssigkeit entsteht. Beträgt der von der lebendigen Kraft ausgeübte Druck beispielsweise 1,5 Atm. und der Verdichtungsdruck im Cylinder etwa 35 Atm., so wird durch Ventil d so viel Luft ausgelassen, dafs eine Druckminderung bis auf ca. 33 Alm. entsteht. Die Flüssigkeit wird hierbei eine Bewegungsrichtung erhalten, welche entgegengesetzt jener ist, welche der Flüssigkeit durch den Kolben ertheilt wird. Es entsteht ein Strömen der Flüssigkeit nach unten, bevor der Kolben umkehrt und. ein durch den

Stofs entstehender Unterdruck unter der Flüssigkeit wird verhindert. Die Flüssigkeit tritt mit ihrer Oberfläche nicht über die Stirnfläche des Kolbens g hinaus. Das Ausströmen der Luft darf jedoch nicht plötzlich erfolgen, weshalb das Ventil nur wenig geöffnet und die Luft beim Ausströmen durch kleine Oeffnungen gedrosselt wird.

Hierauf erfolgt Explosion und Expansion. Da kurz nach der Kolbenumkehr das Ventil d des Kanals b geschlossen wird, so wird im Cylinder α und Kanal b wieder gleicher Druck herrschen, nur wird entsprechend den jetzt über beiden Flüssigkeitsoberflächen ruhenden verschiedenen Luftmengen die Flüssigkeitsoberfläche im Kanäle b höher sein als im Cylinder. Am Ende der Expansion werden das Auspuffventil des Cylinders und das Ventil d geöffnet, wodurch die beiden Oberflächen sich wieder auf gleiche Höhe stellen.

Beim Aufwärtsgange des Kolbens werden die Abgase ausgepufft. Vor Ende des Kolbenhubes werden, da auch in diesem Falle durch die lebendige Kraft der Flüssigkeit ein Stofs ausgeübt wurde, der mangels entgegenwirkenden Luftdruckes die Flüssigkeit gegen den Cylinderdeckel schleudern würde, Auspuffventil und Ventil d geschlossen. Dadurch bleibt ein kleiner Theil der Gase im Cylinder und ein Theil der Luft im Kanäle b zurück. Noch vor Umkehr des Kolbens wird ebenso wie am Ende der Verdichtung aus dem Kanäle b der der lebendigen Kraft der Flüssigkeit entsprechende Druck entlassen, wodurch letztere am Aufsteigen verhindert wird und eine stofsfreie Kolbenumkehr erfolgen kann.

Dieses Verfahren der Wirkung der lebendigen Kraft der Flüssigkeit am Ende des Auspuffes zu begegnen, mufs für gewöhnliche Gasmaschinen, bei welchen die Verdichtung des Gemisches nur auf 4 bis 5 Atm. erfolgt, abgeändert werden, da sonst zur Erzielung des nothwendigen Druckunterschiedes zwischen Cylinder und Kanal b die Verbrennungsgase nahezu vollständig zurückbehalten werden müfsten. Das Explosionsgemisch wird zu diesem Zwecke, ehe es dem Arbeitscylinder zugeführt wird, durch eine Pumpe auf 2 bis 3 Atm. verdichtet. Der Auspuff der Verbrennungsgase geschieht in der gewöhnlichen Weise nahezu bis an das Ende des Kolbenhubes, indem die Austrittsventile des Cylinders und des Kanals b offen gehalten werden. Kurz vor Eintritt der Kolbenumkehr werden beide Ventile geschlossen und in den Cylinder das auf 2,5 bis 3 Atm. vorverdichtete Gemisch eingelassen, während im Kanäle b bei geschlossenem Ventile d Atmosphärendruck herrscht. Der im letzteren und dem Cylinder bei Kolbenumkehr vorhandene Druckunterschied von 1,5 bis 2 Atm. genügt,- um der Bewegung der Flüssigkeit entgegenzuwirken. Nach Umkehr des Kolbens wird das Ventil d des Kanals geöffnet und durch dasselbe ebenfalls vorverdichtetes Gemisch eingelassen. Das Einlassen des Gemisches ist so einzurichten für Cylinder und Kanal, dafs nach Abwärtsgang des Kolbens durch Expansion beiderseits der Druck von ι Atm. erreicht wird. Dieses dem Kanäle b zugeführte (nicht zur Zündung gelangende) Gemisch kann beim Auspuffe wieder der Pumpe zugeführt werden. In diesem Falle mufs Auspuff der Maschine und Ansaugen der Pumpe zu gleicher Zeit erfolgen. Diese je nach Umständen abgeänderte Art des Verfahrens kann auch für Diesel-Motoren und beim Anlassen der Maschine mittels Prefsluft zur Anwendung gelangen.

Die Steuerung sämmtlicher Ventile wird am zweckmäfsigsten durch eine gemeinsame Steuerwelle bewirkt. Bei Anordnung eines einzigen Ventiles d ist ein viermaliges Oeffnen und Schliefsen des Ventiles d während eines Arbeitsvorganges erforderlich, und überdies müssen die Bewegungen rasch hinter einander erfolgen. Um die Genauigkeit nicht zu beeinträchtigen und eine erleichterte Regelung des Ventiles zu ermöglichen, empfiehlt es sich, die Bewegungen auf zwei Ventile zu vertheilen.

Obwohl bei diesen Maschinen der Cylinder während der Arbeit eine den Schmelzpunkt aller in Betracht kommenden Metalllegirungen erheblich übersteigende Temperatur besitzt, kann doch nebenher noch mit Aufsenheizung mittels elektrischen Stromes oder durch Abgase u. dgl., wie bei h angedeutet, nachgeholfen werden, da eine solche behufs Ingangsetzen der Maschine vorhanden sein mufs. Die Brenner h laufen um den Cylinder und erhitzen diesen derart, dafs das eingebrachte flüssige Metall nicht erstarren kann oder dafs es zum Schmelzen gelangt, falls es sich bereits im Cylinder befindet.

Während also hei gewöhnlichen Maschinen Wärme abgeführt werden mufs, mufs bei flüssiger Kolbendichtung die Wärme erhalten und der Cylinder gegen Ausstrahlung geschützt werden.

Bei Anwendung'von Wasser als Dichtungsflüssigkeit müfste zur Vermeidung einer zu schnellen Verdampfung der Raum zwischen Cylinderwand und Kolben g entsprechend gröfser genommen und die sich durch Verdampfung mindernde Wassermenge durch geregelte W^Tasserzuführung ergänzt werden. Die Gröfse der zuzuführenden Luftmenge, um die Verbrennung nicht durch Wasserdampf zu beeinträchtigen, inwieweit und mit welchem Einflufs eine Dissociation des Wasserdampfes eintritt u/s. w., ist durch Versuche festzustellen. Eine derartige Maschine würde eine Heifsluft-Dampfmaschine ergeben.

Die Vortheile, welche sich durch die Anwendung flüssiger Kolbendichtung ergeben, sind aufser dem Fortfalle der Wasserkühlung folgende: Eine Kühlung ist auch an den Cylinderstellen, welche von den Kolbenringen bestrichen werden, nicht nöthig, da die Hitze dort nur noch derart ist, dafs sie das Metall in flüssigem Zustande erhält. Der Kolben hat nicht mehr gegen Gas, sondern nur gegen Flüssigkeit abzudichten, was leichter zu bewerkstelligen ist. Bei Petroleummaschinen wird das Entweichen der übel riechenden Gase durch den Kolben vermieden. Dadurch, dafs der Kolben g nicht an die Cylinderwandungen abschliefst, können diese an den heifsesten Stellen mit einem Materiale gefüttert werden, welches sehr hohe Temperaturen verträgt. Ebenso kann der Kolbenansatz g hergestellt werden. Der Zeitaufwand des Erhitzens der Cylinder zum Anlassen der Maschine ist nicht bedeutend. Ueberdies braucht bei zeitweise arbeitenden Maschinen nur die Heizvorrichtung für den Cylinder in Thä'tigkeit zu bleiben, um die Maschine nach Abstellen betriebsbereit zu erhalten.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Explosions- bezw. Verbrennungskraftmaschine mit flüssiger Kolbendichtung, gekennzeichnet durch einen vom Cylinder ausgehenden Kanal b mit Ventil d, welches nicht allein während des Saugehubes und während des gröfseren Theiles des Auspuffhubes geöffnet ist, sondern auch bei Beendigung des Verdichtungs- und des Auspuffhubes den Kanal b mit der freien Luft bzw. bei Anwendung einer für die Vorcompression des Gasgemisches aufgestellten Luftpumpe mit dieser verbindet, wodurch ein Strömen der Dichtungsflüssigkeit entgegen der ihr durch den Kolben mitgetheilten Bewegungsrichtung verursacht und eine Stofswirkung unterdrückt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.