DE241714C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 241714 ~ KLASSE 20 h. GRUPPE

JAKOB LAUFFER in ZÜRICH.

Verbrennungskraftmaschinen.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Januar 1910 ab.

Die Erfindung betrifft eine Lokomotive oder sonstiges Kraftfahrzeug mit Antrieb durch Verbrennungskraftmaschinen, denen die Kraftmittel durch besondere Verdichter bzw. Pumpen unter Druck geführt werden.

Es ist bekannt, bei Lokomotiven dieser Art die bewegten Teile der Treibmaschine, die in mehrere Gruppen zerlegt sein kann, so anzuordnen, daß in jeder Gruppe ein Massenausgleich erzielt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun der Massenausgleich auch noch auf die Hilfsmaschinen, insbesondere den Verdichter ausgedehnt, indem die getrennten Arbeits- und Verdichterkolben jeder Maschinengruppe durch ein gemeinsames Triebwerk dauernd verbunden sind. Durch diese Anordnung wird es möglich, unter dauernder Aufrechterhaltung des Massenausgleiches den Verdichter einerseits zur Erhöhung der Anfahrleistung außer Tätigkeit zu setzen, gegebenenfalls vorübergehend als Kraftmaschine laufen zu lassen, andererseits bei abgestellten Arbeitszylindern mittels des Widerstandes des noch weiter fördernden Verdichters die lebendige Kraft des Fahrzeuges bzw. Zuges unter Aufspeicherung von Energie im Druckluftbehälter abzubremsen.

Es sind zwar auch Lokomotiven bzw. Triebwagen bekannt geworden, bei denen neben der Arbeitsmaschine Verdichter bzw. Druckluftmäschinen vorgesehen sind, durch deren Einbzw. Ausschaltung ein Abbremsen der lebendigen Kraft des Fahrzeuges bzw. eine Erhöhung der Fahrleistung erzielt werden kann, doch handelt es sich dabei um Hilfsmaschinen, die nicht, wie im vorliegenden Falle, dauernd mit der Kraftmaschine durch das Triebwerk verbunden sind, sondern einzeln je nach der gewünschten Wirkung in Gang bzw. stillgesetzt werden müssen, so daß sich einerseits ein Massenausgleich höchstens bei einer der verschiedenen möglichen Gruppierungen erzielen läßt, andererseits die Bedienung eine sehr umständliche ist.

Durch dauernde Verbindung des Kompressors mit der Arbeitsmaschine gemäß vorliegender Erfindung werden alle diese Mängel der bekannten Einrichtungen vermieden, indem dadurch nicht nur der Massenausgleich bei jedem Betriebszustand gesichert ist, sondern auch, sowohl das Bremsen mittels der Verdichterarbeit als auch die vorübergehende Erhöhung der Anfahr- bzw. Fahrleistung in einfachster Weise durch Ausschalten der Motorarbeit bei weiter arbeitendem Verdichter bzw. durch Ausschalten der Verdichterarbeit erreicht werden kann.

Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Lokomotive schematisch dargestellt.

Fig. ι ist ein Querschnitt durch das Triebwerk der Lokomotive, Fig. 2 ein Längsschnitt. In

Fig. 3 ist das Kurbelgetriebe herausgezeichnet, und für einen Kolbenhub sind die zugehörigen Kräftediagramme entwickelt.

Fig. 4 zeigt eine in die Saugleitung zum Luftverdichter eingeschaltete Regelungsvorrichtung.

Die Lokomotive nach Fig. 1 und 2 besitzt zwei Maschinengruppen, deren jede einen Ar-

beitszylinder α und zwei Verdichterzylinder, nämlich einen Niederdruckzylinder b und einen Hochdruckzylinder c, besitzt, deren Kolben U₁, b_x, C₁ auf die Kurbeln a_e, 5₆, c_fi wirken.
Den Einlaßventilen d des Arbeitszylinders a wird der Brennstoff durch die Leitungen d_x und die Luft durch die Leitungen d₂ vom Brennstoffdruckbehälter e bzw. vom Druckluftbehälter f zugeführt. B₁ und f_x sind die entsprechenden Reservegefäße, g sind die Auslaßventile des Zylinders α und ^₁ die Auspuffleitungen.

In den Verdichterzylinder b für die erste

Stufe wird die Luft durch die Saugleitungen &₄ und die Einlaßventile δ_ζ angesaugt, um durch die Auslaßventile &₈, die Leitungen &₅, einen als Aufnehmer dienenden Zwischenkühler h . und die Leitungen C₄ zu den Einlaßventilen c₂ des Verdichtungszylinders c der zweiten Druckstufe zu gelangen. Vom Zylinder c wird die verdichtete Luft durch die Auslaßventile c₃ und die Leitungen d₂ zum Arbeitszylinder a bzw. zum Druckluftgefäß f befördert.

Eine schematisch angedeutete Pumpe k dient zur Förderung des Kühlwassers; i ist die Brennstoffpumpe. Beide Pumpen i und k werden durch einen Balancier I₁ von der Kurbelstange / angetrieben.

Ein Exzenter η steuert die Ein- und Auslaßventile der Verdichter und Pumpen. Ein Exzenter 0, das die Einlaßventile und ein Exzenter ft, das die Auslaßventile des Arbeitszylinders α betätigt, sind durch Lenker vom Führerstande aus umsteuerbar.

Der Zylinder u des Motors liegt in der Mitte zwischen den Verdichterzylindern b und c, und seine Kurbel «_e ist gegenüber den Verdichterkurbeln δ₆, c₆ um 180 ° versetzt. Die Abmessungen der beiden Verdichter b und c sind dabei so gewählt, daß auf die Kurbeln &₆ und C₆ gleich große Kräfte wirken, also die Kolbenkraft von b gleich der von c + i bzw. von c + k ist. Gleichzeitig werden auch die bewegten Massen des ganzen Systems so bemessen, daß die bewegten Massen des Verdichters b gleich der Summe der Massen des Verdichters c und der Pumpen i und k und diese Massen zusammengenommen gleich denen der eigentlichen Kraftmaschine α sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Beschleunigungskräfte in Richtung der Kolbenbewegung in jeder Stellung ausgeglichen sind und auch die auftretenden kippenden Momente sich gegenseitig vollständig aufheben. Hierzu tritt noch, die bedeutungsvolle Tatsache, daß die resultierenden Tangentialdrucke des Kurbelsystems und auch die Kolbenkräfte sich zu einer wünschenswerten Größe vereinigen, wie sich aus Fig. 3 ergibt. In dieser Figur sind die Kolbenkräftediagrämme für einen Hub w in linksdrehendem Sinne dargestellt, ν sind die zugehörigen Horizontalprojektionen der Kurbelkreise für die Deckelseite und u diejenigen für die Kurbelseite der den Kurbeln a₆, b_e, c_R entsprechenden Zylinder. Die Kurbel des Arbeitszylinders α ist -um 180 ° gegen die der Ver- dichterzylinder b und c versetzt, s ist das Arbeitsdiagramm des Arbeitszylinders, r und q sind die Widerstandsdiagramme der Verdichter und Pumpen und t ist das vereinigte Widerstandsdiagramm von r und q. Es ist ersiehtlieh, daß die Widerstandsdiagramme der Verdichter und Pumpen mit dem Arbeitsdiagramm des Motors auf den Kurbelseiten u zusammenfallen, während gleichzeitig auf den Deckelseiten ν die Saughübe sich mit dem Auspuffhub des Motors decken. Es dreht also in der Fahrrichtung der Lokomotive am Kurbelmechanismus dauernd eine nur wenig veränderliche, immer im gleichen Sinne wirkende resultierende Kraft. Dadurch wird das ganze Triebwerk und Gestell erheblich geschont. Besondere Schwungmassen zur Erreichung einer gleichförmigen Drehbewegung sind entbehrlich, da diejenigen der Kurbelwelle und der Triebräder ausreichen. Gleichzeitig werden aber auch die Ursachen vermieden, welche die Eigenschwingungen und das Schlingern einer Lokomotive herbeiführen.

Um beim Anfahren die Maschine mit erhöhter Leistung arbeiten lassen zu können, sind Ventilsteuerungen zur Anwendung gebracht, die es ermöglichen, dem Motor 50 Prozent und mehr Füllung zu geben, weil die Kraftstoffmittel, Luft und Brennstoff, unter Druck zur Verfügung stehen. Da aber Verdichter und Pumpen von der Kraftmaschinenwelle betätigt worden, also auf Kosten der Kraftmaschinenleistung Luft und Brennstoff verdichten bzw. unter Druck setzen, ist es wünschenswert, daß die Verdichter und Pumpen beim Anfahren der Lokomotive leer mitgehen. Um dies zu ermöglichen, sind in die Saugleitung zu den Verdichtern bzw. Pumpen Drosselklappen eingebaut, die. vom Führerstand aus beim Anfahren abgeschlossen werden können. In Fig. 4 ■ ist eine solche in die Saugleitung S₄ des Niederdruckzylinders b des Luftverdichters eingeschaltete Regelungsvorrichtung m (Fig. 1 und 2) in größerem Maßstab veranschaulicht. In d%r Saugleitung b₄ sind zwei Drosselklappen m_s, m^ no angeordnet, deren eine, m₃, unmittelbar mit dem nach dem Führerstand gehenden Gestänge m₂ gekuppelt ist. Die Drosselklappe m_i steht durch Vermittlung eines Gestänges Z₂, ζ_Ά unter dem Einfluß eines Kolbens Z₁, der in einem Zylinder y₂ unter Abdichtung durch eine Stopfbuchse y₃ geführt ist und unter der aufwärts gerichteten Wirkung einer Feder X₂ steht, die sich einerseits gegen ein" an der Leitung &₄ befestigtes Konsol X₁, andererseits gegen einen auf dem Kolben ^₁ befestigten Teller x_z stützt. Der Zylinder y₂ ist mit dem Konsol X₁ durch

Schrauben y_i verbunden. Durch Vermittlung eines Dreiwegehahnes y, dessen Küken y₁ vom Führerstand aus mittels des Gestänges W₁ gedreht werden kann, kann der Zylinder y₂ mit der zum Gefäß f führenden Druckluftleitung d₂ oder mit der Atmosphäre verbunden werden. Stellt man die Verbindung mit dem Druckluftgefäß f her, so wird die Luftzufuhr zum Zylinder b selbsttätig geregelt, da bei Überschreiten einer gewissen Stärke der Luftdruck die.Spannung der Feder x_9t überwindet, sie je nach seiner Stärke mehr oder weniger zusammendrückt und somit die Saugleitung b_i mittels der Drosselklappe W₁ mehr oder weniger absperrt.

Beim Anfahren ist nun dieser Luftdruck so gering, daß die Drosselklappe W₄ gewöhnlich durch die Feder x₂ offen gehalten würde, 'die Verdichter also arbeiten müßten. Diesem Umso stand ist durch die Anordnung der vom Führerstand aus von Hand zu bedienenden Drosselklappe W₃ Rechnung getragen.

Beim Fahren im Gefälle kann man die Verdichter auf Kosten der lebendigen Kraft des Zuges arbeiten lassen, während die Motoren leer mitgehen. In diesem Falle ist der Luftdruck in der Leitung d₂ so groß, daß bei mit ihr in Verbindung stehendem Zylinder y₂ die Drosselklappe m_i gewöhnlich geschlossen gehalten würde, also die Verdichter leer mitgehen müßten. Um dies zu verhindern, braucht nur der Dreiwegehahn y mittels des Gestänges W₁ so eingestellt zu werden, daß der Zylinder y₂ mit der Atmosphäre in Verbindung steht und somit die Feder x₂ die Drosselklappe W₄ offen hält. Eine ähnliche Regelungsvorrichtung kann auch für die Brennstoffdruckleitung Verwendung finden.

Die beschriebenen Anordnungen können auch bei mehreren Maschinengruppen und bei allen Fahrzeugen für Land- und Wasserfahrt sowie ferner bei stationären Anlagen mit Vorteil Anwendung finden.

Bei Fahrzeugen kann man selbstverständlich zur Unterstützung der Lieferung von unter Druck stehender Luft und Brennstoff auch Maschinengruppen gemäß vorliegender Erfindung aufstellen, die nicht mit den Triebrädern usw. gekuppelt sind.

Ferner kommt es natürlich nicht auf die besondere Gattung der Verbrennungskraftmaschinen an. Statt der dargestellten, im Zweitakt arbeitenden Ausschubmaschinen, die allerdings wegen ihrer Einfachheit und Betriebssicherheit den Vorzug verdienen, können ebensogut Zweitaktmaschinen verwendet werden, die nach dem gebräuchlichen Ausspülverfahren oder nach dem Absaugverfahren arbeiten. Ebenso könnte man auch den Viertaktmotor in Anwendung bringen, wobei zum Zweck einer Erhöhung der Anfahr- und Fahrleistung das Ansaugen der Ladung durch Drosselung oder vollständiges Schließen der Saugventile teilweise oder vollständig ausgeschaltet und gegebenenfalls durch Zuschaltung der Druckluftleistung der Verdichterzylinder unterstützt werden kann, während den Motorzylindern die Ladung unter Druck z. B. im Zweitakt durch die Reservemaschinengruppen zugeführt wird. Endlich können auch Gleichdruck- oder Verpuffungsmaschinen verwendet werden.

Zur Erzielung großer Leistungen kann man gegebenenfalls je zwei Motor- bzw. Verdichterzylinder hintereinander in Tandemanordnung schalten. Auch können die Motor- und Verdichterzylinder ihre Stellungen vertauschen, da die Gruppierung nicht von Belang ist, solange nur die für die Erzielung des Massenausgleiches einzuhaltenden Bedingungen erfüllt werden.

Es versteht sich schließlich von selbst, daß man bei einer Lokomotive auch zwei gemäß der Erfindung ausgebildete, in bekannter Weise unter einem Winkel von 90 "gegeneinander angeordnete Maschinengruppen auf eine gemeinsame Kurbelwelle treiben lassen kann.

Claims (1)

1. Patent-AnsPRUCH :

   Lokomotive mit Antrieb durch in einer oder mehreren Gruppen angeordnete Verbrennungskraftmaschinen, denen die Kraftmittel durch besondere Verdichter bzw. Pumpen unter Druck zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Arbeits- und Verdichterkolben jeder Maschinengruppe durch ein gemeinsames Triebwerk dauernd verbunden und derart bemessen sind, daß bei gegenseitigem Massenausgleich einerseits durch teilweise oder vollständige Ausschaltung des Verdichterwider-Standes vorübergehend eine erhöhte Fahrleistung, andererseits mittels des Verdichterwiderstandes bei abgestellten Arbeitszylindern ein Abbremsen der lebendigen Kraft des Zuges unter Aufspeicherung von Energie im Druckluftbehälter stattfinden kann.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.