DE59672C - Gasmaschine, deren Ventile durch die Gase ohne äufsere mechanische Steuerung bethätigt werden - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

werden.

Die Erfindung besteht darin, dafs Luft und Gas dem Cylinder durch Saugventile zugeführt werden, welche während der Compression der Füllung und während der Arbeits- und Ausblasehübe der Maschine geschlossen werden. Es kommt' bei der Maschine ein Auslafsventil zur Anwendung, welches nur am Ende des Arbeitshubes nach einer Explosion geöffnet und durch eine Feder oder ein Gewicht am Ende des Auspuffhubes geschlossen wird. Ein Regulir- und ZUndventil, welches durch Gasdruck bethätigt wird, regelt die Zündung in der Weise, dafs, wenn die Geschwindigkeit der Maschine ein festgesetztes Mafs überschreitet, eine Zündung nicht mehr eintritt, während die Füllung des nächsten Hubes expandirt, um wieder comprimirt zu werden u. s. f., wobei schliefslich bei dem ersten Hub nach aufsen, bei welchem die Geschwindigkeit der Maschine auf oder unter das festgesetzte Mafs gesunken ist, die Zündung wieder eintritt. Das Auslafsventil, dessen Spindel mit einem zweiten als Kolben ausgebildeten Auspuffventil verbunden ist, hebt sich von einem Raum ab, der im Folgenden als Auspuffkammer bezeichnet werden soll, und vermittelt deren Verbindung mit dem Ende des Arbeitscylinders bezw. der Compressionskammer. Die Auspuff kammer ist unmittelbar mit dem Cylinder durch einen Kanal verbunden, über welchen der Arbeitskolben gegen das Ende seines Hubes fortläuft. Das Ventilgehäuse für jenes zweite und direct nach aufsen führende Auspuffventil ist in die Auspuffkammer eingebaut und die beide Ventile zu gleicher ßethätigung verbindende Spindel geht durch eine dichtschliefsende Führung oder Bohrung desselben hindurch. Der in der Auspuffkammer auftretende Druck, wie er sich nach dem Ueberlaufen bezw. Freilegen des zurückführenden Kanals durch den Arbeitskolben einstellt, hebt und öffnet nach jeder Explosion das Auslafsventil zunächst zur Auspuffkammer und von hier unter Vermittelung des zweiten seinen Sitz verlassenden Ventilkolbens ins Freie. Das Auslafsventil wird während des Ausblasehubes durch den Druck offen gehalten, welcher durch die entweichenden Gase auf den Ventilkolben ausgeübt wird; die entweichenden Gase werden dabei an diesem Punkte gedrosselt und das Ventil durch sein Eigengewicht oder eine Feder geschlossen. Das Speiseventil ist ein einfaches Hubventil, welches Luft direct zuläfst und mit sich das Gasmischventil hebt. Zwischen den , Zündapparat, der in einem einfachen Glührohrzünder bestehen kann, und die Compressionskammer wird behufs Regelung des Maschinenganges ein Ventil eingeschaltet, welches die Oeffnung einer Ausgleichkammer und den Kanal zum Zündrohr abschneidet, wenn die Geschwindigkeit der Maschine und infolge dessen diejenige der eintretenden Gase ein gewisses Mafs überschreitet.

Auf beiliegenden Zeichnungen sind:
Fig. i, 2 und 3 Schnitt, Ansicht und Grundrifs des Auslafsventils.

Fig. 4, 5 und 6 sind entsprechende Darstellungen des Speiseventils.

Fig. 7, 8 und 9 veranschaulichen die combinirte Regulir- und Zündvorrichtung, welche

Fig. ι ο in bethätigter Lage (im theilweisen Schnitt) darstellt.

Fig. 11 ist eine Uebersichtszeichnung im Schnitt einer mit den der Erfindung zu Grunde liegenden Neuerungen ausgestatteten Maschine.

Fig. 12 ist ein Schnitt durch eine abgeänderte Zusammenstellung der Ventile.

Für das in Fig. 11 angedeutete und in den Fig. i, 2 und 3 in gröfserem Mafsstabe dargestellte Auslafsventil C gilt Folgendes: Der Arbeitskolben V überläuft infolge des Explosionsantriebes jedesmal am Ende seines Hubes einen Kanal W, der bei A in die Auspuffkammer B mündet. Da nun der im Cylinder noch herrschende Ueberdruck einen Rückschlag der Gase durch den Kanal A in die Kammer B veranlafst, so wird der Ventilkolben E, der vor dem Auspuffkanal H angeordnet ist, in seiner cylindrischen Bohrung G nach aufsen geschoben bezw. gehoben, so dafs auch das mit ihm durch die Spindel D verbundene Tellerventil C geöffnet wird. In dieser Weise wirkt der beim Hubende vorhandene Druck im Cylinder auf Erhöhung des Druckes in der Ausputfkammer und vermittelt den Ausgleich von Druck und Gegendruck bei dem Ventil C, welches nun während des Kolbenrückganges offen gehalten wird, indem der mit ihm verbundene Ventilkolben E durch den Druck der die Auspuffkammer B durchströmenden und hier .nach H austretenden Auspuffgase emporgehalten wird. Es ist hiernach ersichtlich, dafs, wenn sich einmal der Kolben E unter dem steigenden Druck in der Kammer B genügend gehoben hat, der Auspuff durch das Rohr H freigelegt ist, und dafs diese Offenstellung beider Ventile so lange anhält, als noch der Ueberdruck über den äufseren Luftdruck im Stande ist, dem Anzug der auf Schliefsung wirkenden Feder F das Gleichgewicht zu halten. Das Auslafsventil. C, dessen Hub etwa gleich der Hälfte seines Durchmessers ist, und der Kolben E nehmen hierbei die in Fig. ι punktirte Stellung ein, und die Auspuffgase folgen dem durch die Pfeile bezeichneten Weg von dem Cylinder an dem Ventil C vorbei durch die Kammer B nach der Kolbenbohrung G, um unterhalb des Kolbens E in den Auspuff H überzutreten. Der Arbeitskolben geht unter diesen Umständen frei zurück, wobei er die Auspuffgase mit gerade genügendem Druck austreibt, um den Kolben E in 'der Eröffnungslage entgegen der Wirkung der Feder F zu halten. Der Hub des Ventils C ist dagegen ausreichend grofs, so dafs eine auf Schliefsung wirkende Kraft hier nicht auftritt; derselbe bestimmt sich einfach nach der Entfernung zwischen der unteren Kante E¹ des Kolbens E und der oberen Kante G¹ der zugehörigen Einpafsbohrung G. Bevor das Ventil nicht um diesen Abstand E G gehoben ist, können keine Auspuffgase aus der Auspuffkammer B austreten. Wenn der Kolben den Ausblasehub vollendet hat, so schliefst die Feder F das Auslafsventil. Um diesen Stofs bei dem schnellen Oeffnen des Ventils C durch Auftreffen des Kolbens gegen das untere Ende der gebohrten Spindelführung J zu vermeiden, ist ein Luftkissen oder eine Bremsvorrichtung zwischen dieser und dem Kolben E anzuordnen, welche in diesem Falle durch eine cylindrische Büchse K am Ventilkolben E gebildet ist. Die Feder F wird zweckmäfsig, wie dargestellt, in einem entsprechend ausgesparten Deckeltheil L untergebracht, der mit eingeschliffenem Aufpafsflantsch an das Gehäuse anschliefst.

Die Fig. 4, 5 und 6 veranschaulichen das Einlafsventil für Gas und Luft mit dem Uebergangsventil M und dem am Ende derselben Spindel O angebrachten Gasventil N. Wenn sich der Arbeitskolben bei seinem Ansaugehub nach vorn bewegt, so hebt sich das Ventil M selbsttätig und nimmt das Gasventil N mit, durch Kanäle P tritt Luft nach und vermischt sich auf dem Wege nach dem Cylinder mit dem Gas, beim Vorübergang an den Löchern Q Q¹ u. s. w., welches bei dem Ventil N aus dem Zuführungsrohr R in den Raum α übertritt und von dort in den ringförmigen Kanal b, sowie die Vertheilungslöcher QQ¹U-S-W. gelangt. Das Ventil N ist mit kleinem Spielraum auf der Spindel O verschiebbar, so zwar, dafs es dasselbe gasdicht umschliefst, und steht unter der Wirkung der Feder c, wobei sich das Ventil M unabhängig an die Sitzfläche anschliefsen kann. Die Schraubenfeder c bringt das Gasventil N zum Schlufs, während das Gas- und Luftventil M bis dicht über seinen Sitz herabbewegt wird.

Die Fig. 7, 8, 9 und 10 veranschaulichen die Einrichtung des nach Fig. 11 am Cylinderende angeordneten Regulir- und Zündventils. Aus dem Querschnitt, Fig. 7, sowie aus der Ansicht, Fig. 8, ist der dem Eintrittsstutzen g gegenüberliegende Stutzen und Kanal S ersichtlich, welcher unter Vermittelung des Ventilkörpers T, der in der cylindrischen Kammer J¹ leicht verschiebbar ist, mit dem Rohrzünder if, Fig. 11, Verbindung herstellt.

Die obere ebene Fläche des Ventils T pafst gegen den unteren Theil einer Ausgleichkammer U, um dieselbe in dem Falle sofort dicht abzuschliefsen, wenn ein auf Hebung des Ventils wirkender Druck auftritt. In der Mitte des Ventilkörpers T ist eine ringförmige Nuth oder Auskehlung d angebracht, und unterhalb derselben ist der Bund i um so viel abgedreht, dafs er einen etwas geringeren Durchmesser zeigt, als wie ihn der Ventilkörper an den an-

deren Stellen hat. So lange das Ventil T sich in der Stellung der Fig. 7 befindet, ist freie Verbindung hergestellt zwischen dem die Entzündung veranlassenden Glührohr, welches bei dem Stutzen S anschliefst (in Fig. 7 nicht mit dargestellt), und dem Explosionsraum des Maschinencylinders, und zwar auf dem Wege durch die Auskehlung d, die Kanäle ef und die weitere Bohrung g; in Fig. 7 eingezeichnete Pfeile lassen erkennen, wie hiernach das Gasgemisch im Cylinder mit dem bei S anschliefsenden Rohrzünder in Berührung tritt und wie ein Theil des Gases auch durch den abgezweigten Kanal h in die Ausgleichkammer U (vor oder über dem Ventil T) gelangt. Der Querschnitt der Durchschnittskanäle ist so bemessen, dafs er ein freies Hindurchschlagen der Flamme, ohne dafs dieselbe erlischt, gestattet, und in dieser Weise erfolgt die Zündung regelmäfsig bei Vollendung jedes Compressionshubes und an der durch die Einrichtung des Glührohres bedingten Stelle.

Das Glührohr ist in diesem Zusammenhang zu den bekannten Glührohrzündern zu rechnen, welche dauernd nach dem Cylinderraum offen stehen und bei denen der Zeitpunkt der Zündung ohne Zuhülfenahme von zur bestimmten Zeit bethätigten Ventilen allein durch die Stellung des glühenden Theiles des Rohres geregelt wird. Diese Stellung ist derart einzurichten, dafs das Explosionsgemisch den betreffenden Theil nur erreicht, wenn die Compression eine maximale oder nahezu eine solche ist.

So lange die Geschwindigkeit der Maschine die normale nicht überschreitet, durchströmt das Gasgemisch während der Compression die Kanäle gf und e, sowie die Auskehlung d, um bei S in das Zündrohr zu münden. Gleichzeitig strömt das Gasgemisch durch die Kanäle gf und h zum oberen Theil des Cylinders 7"¹ und in die Kammer Z7; es sind nun, normale Geschwindigkeit vorausgesetzt, diese Löcher weit genüg, um das Gas die Kammer U fast ebenso schnell ausfüllen zu lassen, wie es. vom Arbeitskolben comprimirt wird, so dafs der Druck in der Kammer U während des Compressionshubes ziemlich derselbe bleibt wie im Cylinder, und dafs der Druck über und unter dem Ventil T in praktischer Hinsicht gleich ist. Das Ventil T bleibt mithin an seiner Stelle oder bewegt sich dort zu wenig, um Deckung des Kanals e bei der Auskehlung d herbeizuführen. Wenn indessen die Geschwindigkeit der Maschine das vorbestimmte Mafs überschreiten sollte, so wird die Geschwindigkeit der Compression so grofs, dafs die Löcher fh, welche die Kammer U mit der weiteren Bohrung g verbinden, unzureichend werden, um die Kammer U schnell genug zu speisen; infolge dessen steigt der Druck in g und unter dem Ventil T über den Druck in der Kammer U, so dafs das Ventil ·Τ nach oben gedrückt wird und sich gegen den unteren Theil der Kammer anlegt, wie aus Fig. 10 ersichtlich. Hierdurch wird also die Kammer U geschlossen und der Druck unter T hält das Ventil gegen den Sitz geprefst, bis die Füllung wieder expandirt und der rückwirkende Druck in U ausreichend hoch wird, das Ventil niederzudrücken.

Bei der in Fig. 10 gezeichneten Stellung liegt die Auskehlung d über den Kanälen S und e und der Bund i liegt diesen gegenüber. Der Durchmesser des Ventilkörpers ist an dieser Stelle, wie erwähnt, etwas geringer, und durch den vorhandenen Spielraum können die entflammbaren comprimirten Gase aus dem Cylinder nach dem Zündrohr gelangen, um dort entzündet zu werden. Indessen ist der freie Zwischenraum derart bemessen, dafs die Flamme, wie sie in dem Zündrohr zu Stande kommt, nicht durch den engen Raum zurücktreten kann, welcher zwischen der äufseren Wandung des Bundes i und der inneren des Cylinders gelassen ist. Die Zündung erreicht deshalb nicht die Gase in dem Maschinen-" cylinder, und so lange das Ventil T in seiner oberen Lage bleibt, wird das Gemisch in dem Cylinder bei jeder Umdrehung nur comprimirt. Die Zündung ist auf den Raum des Zündrohres allein beschränkt; der Cylinder aber ist, obwohl eine freie Druckübertragung nach demselben stattfinden kann, nicht in solcher Verbindung mit dem Zünder, dafs eine Zündung der Cylinderfüllung eintritt. Wenn die Geschwindigkeit genügend nachläfst, um zu verhindern, dafs das Ventil T gegen seinen oberen Sitz gedrückt wird, so beginnt die Zündung wieder, das Auslafsventil wird durch den Enddruck in dem Cylinder bethätigt, worauf der Kolben seinen Arbeitshub vollendet und der ganze Kreis der Vorgänge vollzogen ist. Ein Antrieb kommt sonach auf je zwei Umdrehungen, bis die Geschwindigkeit die Grenzen wieder überschreitet und durch Dazwischentreten des Ventils T die Zündung der Füllung im Cylinder zeitweise gehindert wird. Die Schraube k, Fig. 7, geht durch die Stopfbüchse I und dient zur Regelung der Lage des Kolbenventils im Verhältnifs zu dem Kanal h und dem oberen Sitz. Wenn das Ventil genügend gehoben ist, so dafs der Kanal h zum Theil gedeckt ist, kann nur wenig comprimirtes Gemisch seinen Weg durch h nach der Kammer U finden, so dafs eine langsame Compressionsgeschwindigkeit eine schnelle Steigerung des Druckes unter dem Ventil T veranlafst und dieses schliefslich gegen den oberen Sitz drückt.

Es kann danach die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine an der Schraube k innerhalb ge-

wisser Grenzen geregelt werden. Die Regelung kann in anderer Weise durch eine Schraube oder ein Ventil bewirkt werden, durch welches man die Durchtrittsöffnung bei h controlirt; indem man dieselbe mehr oder weniger schliefst, vermindert man in entsprechendem Grade die Gasmenge, welche in die Kammer U aus dem Compressionsraum des Cylinders übertreten kann.

Das Ventil T kann auch durch . Vermittelung einer Feder geregelt werden, welche auf Abheben des Ventils von dem Sitz wirkt und in ihrer Spannung entsprechend der gewünschten Geschwindigkeit der Maschine geändert wird.

Fig. 11 veranschaulicht die Gesammteinrichtung und Anordnung einer nach der Erfindung construirten Maschine, bei welcher auch der selbsttätige Schmierapparat ersichtlich ist. Der Kolben V hat seine äufserste Lage nach aufsen inne, in welcher er den Kanal W freigelegt hat, der bei A mit dem Gehäuse A¹ des Auslafsventils in Verbindung steht.

Nach Vollendung des Arbeitshubes wirkt der Druck in dem Cylinder durch die Kanäle W und A auf den Ventilkolben E, Fig. ι, und öffnet das Auslafsventil C genügend, um die Verbrennungsproducte bei dem gehobenen Kolben E auszublasen. So lange der Kolben V seinen Auspuff hub fortsetzt, wird der Ventilkolben E und mit ihm das Ventil C emporgehalten, wobei die Auspuffgase gerade unter dem dies ermöglichenden Druck austreten. Wenn der Kolben V seinen Ausblasehub nach innen beendigt, so wird das Auslafsventil C durch die Feder F, Fig. ι , geschlossen, und sobald der Ansaugehub anfängt, öffnet sich das Gas- und Lufteinlafsventil M; aus dem Gasventil N und durch die Kanäle b und Q tritt nun das Gas bei M, mit Luft vermischt, in den Cylinder X über und bildet hinter dem Arbeitskolben das explosible Gas- und Luftgemisch. Wenn der Kolben V seinen Compressionshub nach innen beginnt, bleibt das Auslafsventil C geschlossen, da kein auf Oeffnung wirkender Druck (der ja denjenigen der Atmosphäre überschreiten mufs) bei Freilegung des Kanals W vorhanden ist. Wenn der Compressionshub ganz oder . nahezu vollendet ist, so entzündet das Zündrohr Z, Fig. ii, die Füllung auf dem Wege durch die Kanäle und die Auskehlung bei dem Ventil der Regelungsvorrichtung Y, und dies ergiebt einen Antrieb bei jeder zweiten Umdrehung der Maschine ununterbrochen so lange, bis etwa die vorbestimmte Geschwindigkeit überschritten wird. Dann tritt das Kolbenventil T, Fig. 7, in der Vorrichtung Y derart in Wirksamkeit, dafs die in dem Zündrohr Z erzeugte Flamme den Cylinderraum nicht erreicht; das Gemisch expandirt also einfach bei dem Hub nach aufsen und wird bei dem entgegengesetzten Hub compritnirt, bis die Geschwindigkeit genügend gesunken ist, um wieder Zündung eintreten zu lassen.

Der kühlende Wassermantel ist aus Fig. 11 ersichtlich und die Kurbel und Pleuelstange sind in dem Gehäuse m eingeschlossen. Der Boden des Gehäuses hat eine derartige Form, dafs er bei η OeI aufnehmen kann, in welches bei jeder Umdrehung Kurbel und Pleuelstange tauchen, um dadurch geschmiert zu werden.

Auch wird eine Menge OeI gegen das Gehäuse geschleudert; ein Theil dieses Oeles fliefst nach dem Napf ο ab, von wo es durch ein Rohr ρ nach dem Schmierbehälter q. gelangt, den es gefüllt hält, während der.Ueberschufs über den Rand des Napfes ο abtropft. Die Höhenlage dieses Randes ist derart bemessen, dafs der Schmierbehälter bis zu einem gewissen Grade gefüllt bleibt. Die Schraube r dient dazu, die Oelzuführung für den Cylinder, die in sichtbarer Weise erfolgen kann, zu regeln. Der Cylinder χ ist durch einen Deckel 5 abgeschlossen, um das Ausschleudern von OeI nach vorn zu verhindern. Die Pleuelstange hat in einem Schlitz des Deckels Spielraum.

In Fig. 12 ist eine Anordnung dargestellt, bei welcher sich das Speiseventil M nach der Auspuff kammer B öffnet, so dafs die eintretende Ladung von Gas und Luft aufser durch das Ventil M noch durch das Ventil C strömt, ehe dieselbe in den Cylinder gelangt, den sie während des Ansaugehubes ausfüllt. Bei dieser Einrichtung wird erreicht, dafs, wenn der Kolben den Compressionshub macht, das Ventil C als einziges den Druck aufzunehmen hat, da es dem Speiseventil M vorgeschaltet ist und dasselbe entlastet. Sobald die Explosion eintritt, wirkt der Explosionsdruck auch nur auf die eine Ventilfläche anstatt auf zwei, wie es gewöhnlich der Fall ist. Hierbei ist die Spindel D, wie ersichtlich, zweitheilig auszuführen, um eine unter Saugwirkung stattfindende Eröffnung des Auslafsventils in- Unabhängigkeit von dem Ventilkolben E am Spindeltheil D¹ zu ermöglichen, wenn ein partielles Vacuum im Cylinder während des Ladehubes vorhanden ist. Die Ventile C und E sind punktirt als in die Auspuffstellung gehoben dargestellt, wobei die Pfeile die Ausströmungsrichtung angeben.

Claims (2)

Patent-Anspruch: Eine im Viertakt arbeitende Gasmaschine, bei welcher statt einer zwangläufigen Steuerung selbsttätige Ventile die Auspuff-, Ansauge-, Compressions- und Explosionsperiode, letztere unter Regelung des Maschinenganges durch Auslassung von Explosionen, einrichten, gekennzeichnet durch:

1. ein mit der Spindel eines Ventilkolbens (E) verbundenes Auslafsventil (C) zwischen dem Cylinderraum einerseits und einer durch jenen Ventilkolben (E) nach aufsen geschlossen gehaltenen Auspuffkammer (B) andererseits, welche mittelst eines zum Vorderende des Cylinders führenden Kanals (W) in dem Augenblick, wo derselbe von dem Arbeitskolben überlaufen bezw. nach dem Arbeitsraum freigelegt wird, den Ueberdruck aufnimmt, der auf ■ Eröffnung des Ventilkolbens (E) nach dem Auspuff und auf gleichzeitige Hebung des Ventils (C) wirkt, so dafs danach die bei letzterem in die Auspuffkammer übertretenden Gase, insofern sie bei dem Kolbenrückgang unter Druck stehen, den Auspuff (bei E) bis zur Vollendung des Ausblasehubes offen halten;

2. das Speiseventil mit dem durch eine gemeinsame Spindel verbundenen Misch- und Gasventil (M- und N), welch letzteres bei der Ansaugperiode von ersterem mit emporgenommen wird, um Gas bei der Sitzfläche desselben zu der einströmenden Luft zutreten zu lassen, während es sich theilweise unabhängig unter Federwirkung schliefsen kann, wobei dieses Speiseventil eventuell nicht direct mit dem Cylinder in Verbindung zu bringen, sondern (Fig. 12) an die Auspuffkammer (B) des unter 1. gekennzeichneten Auslafsventils mit in diesem Falle zweitheiliger Spindel (DD¹) in der Weise anzuschliefsen ist, dafs das Auslafsventil (C) auch zugleich das vorgeschaltete Eintrittsventil für die frische Füllung bildet und als einziges den Explosions- bezw. Compressionsdruck auszuhalten hat;
die Regulir- und Zündvorrichtung, bestehend aus einem zwischen dem Cylinder und dem geschlossenen Zündraum (\) eingeschalteten losen Kolbenventil (T), welches einen verzweigten Durchschnittskanal als Schieber und eine mit einem Zweigkanal h desselben normal communicirende Ausgleichkammer (U) mit der ventilartigen Stirnfläche jedesmal dann behufs Auslassung einer oder mehrerer Explosionen schliefst, wenn dasselbe aus der unteren, das freie Zurückschlagen der Flamme ermöglichenden Stellung infolge einer auftretenden gröfseren Durchtrittsgeschwindigkeit der Gase gehoben wird, indem vermöge der verschiedenen Kanalquerschnitte bei der Ausgleichkammer (U) vor dem Ventilkolben ein niedrigerer Druck als hinter demselben wirksam wird, wobei eine Zündung der Cylinderfüllung so lange nicht eintritt, als bei der abwechselnden leergehenden Compression und Expansion derselben die normale Geschwindigkeit nicht erreicht ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.