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Österreichische PATENTSCHRIFT Nr. 18555. DR. KARL SCHREBER IN GREIFSWALD.
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Der Wirkungsgrad der Explosionskraftmaschine steigt mit der Erhöhung des Verdichtungsgrades des Gemisches. Bei den gewöhnlichen Maschinen ist der Grösse der Verdichtung dadurch eine Grenze gesetzt, dass durch die der Verdichtungsarbeit äquivalente
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desselben gesteigert werden darf. Wegen der schlechten Wärmeleitungsfähigkeit der Gase kann nun die durch die Verdichtung entstehende Wärme nur durch innere Kühlung abgeleitet werden, so dass die angewandten Kühlmittel jedesmal mit den nach der Verbrennung auspuffenden Verbrennungsgasen gleichzeitig ausgestossen worden und somit für jede Verdichtung eine neue Kühhnittelmenge gebraucht wird.
Durch die vorliegende Erfindung soll die innere Kühlung mit einem möglichst geringen Verbrauch von Kühlmittel erzielt werden, wobei die Verdichtung über den bisher erreichten
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Flüssigkeit von geeigneter Yerdampfungswärme derart in das Innere des Arbeitszylinders gespritzt, dass mit dem Einspritzen erst begonnen wird, nachdem das brennbare Gemisch bezw. die noch nicht mit Brennstoff gemischte Luft ungefähr bis auf die dem vorhandenen Druck entsprechende Siedetemperatur der Flüssigkeit erwärmt ist.
Von diesem Zeitpunkte an muss die Einspritzung so allmählich erfolgen, dass die während eines weiteren, bestimmten Tiles des Verdichtungshubes durch die Verdichtungsarbeit entstehende Wärme gerade hinreicht, die während dieser Zeit eingespritzte Kühlflüssigkeit zu verdampfen. Es muss
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kühlt werden.
Die zur inneren Kühlung verwendeten Flüssigkeiten müssen eine geeignete Ver- dampfungswärme besitzen : es wird also in erster Linie Wasser in Betracht kommen. Werden
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mischen und hat er auch ke@@e ausreichende Verdampfungswärme, so muss ausser ihm noch Wasser eingespritzt werden.
Ob dann beide Flüssigkeiten gleichzeitig oder nacheinander und in welcher Reihenfolge in diesem Falle eingespritzt werden müssen, hängt vom Brenn-
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besondere Verdampfungsapparate überflüssig werden und die Kühlung mit einer möglichst geringen Menge von kühlflussigkeit erreicht wird.
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beschrieben, welche in Fig. 1 in der allgemeinen Anordnung dargestellt ist und von der Fig. 2 einen Schnitt. durch den Zylinderkopf im vergrösserten Massstabe zeigt.
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Da bei der Spiritusmaschine ebenso wie bei, allen nach diesem Prinzip mit flüssigen Brennstoffen arbeitendon Maschinen, während des Ansaughubes reine atmosphärische Luft angesaugt wird, so kann man dieselben ohne weiteres als Zweitaktmaschinen ausbilden. In der vorliegenden Ausführung wird zum Ansaugen die Rückseite des Kolbens a benützt, indem das Kurbelgehäuse b luftdicht geschlossen ist. Während des Verdichtungshubes wird durch ein selbsttätiges Ventil c Luft in das Kurbelgehäuse angesaugt, welche dort während des Expansionshubes schwach verdichtet wird. Das Kurbelgehäuse muss zu dem Zwecke ein mehrere Mal grösseres Volumen haben, als das Hubvolumen des Kolbens beträgt.
Ist der Kolben nahe am Ende eines Expansionshubes angelangt, so öffnet er die am Zylindermantel vorgesehenen Auspllffschlitw d. Ist der Druck im Zylinder w hinreichend gesunken, so öffnet sich das am Kopf des Zylinders befindliche selbsttätige Lufteinlass- ventil e und die im Kurbelgehäuse b befindliche, schwach verdichtete Luft strömt durch Rohr f in den Zylinder it ein, indem sie den Rest der Verbrennungsgase vor sich hinausschiebt. Der Kolben muss natürlich so lang sein, dass er die Schlitze stets gegen das Kurbelgehäuse geschlossen hält. Bewegt sich der Kolben wieder in der Richtung des Verdichtungshubes, so schliesst er zunächst die Auspuffschlitze und beginnt dann die Verdichtung der im Zylinder enthaltenen Luft.
Sobald durch die der Verdichtungsarbeit äquivalente Wärme die Temperatur hinreichend hoch, d. h. bis etwas über den, dem im Zylinder herrschenden Druck entsprechenden Siedepunkt der einzuspritzenden Flüssigkeit gestiegen ist, beginnt man mit dem Einspritzen des Spiritus, welcher je nach dem Luft- Überschuss, mit welchem man die Verbrennung vornehmen will, mehr oder weniger mit Wasser versetzt ist. Durch eine geeignete Steuerungsvorrichtung kann das Einspritzen so geregelt werden, dass die Temperaturveränderung im Zylinder einem beliebigen Gesetz gehorcht. Z. B. kann man es leicht erreichen, dass die Temperatur konstant bleibt ; vorteilhafter wird es jedoch sein, die Temperatur langsam zunehmen zu lassen, so dass sie stets etwas grösser bleibt als der dem vorhandenen Druck entsprechende Siedepunkt.
Dieser Unterschied zwischen der Temperatur dos Zylinderinhaltes und dem Siedepunkt der Flüssigkeit wird sich nach der Verdampfuugsgeschwindigkeit der letzteren und der Umdrehungszahl der Maschine richten.
Die Geschwindigkeit des Einspritzens wird so bemessen dass die für jeden Hub nötige Spiritusmenge schon vor dem Ende des Verdichtungshubes eingespritzt ist, so dass der Periode des Einspritzens noch ein dritter Teil des Verdichtungshubes folgt, welcher wie der erste Teil ohne Einspritzen verläuft. Man erzielt dadurch eine innere Kühlung mit der geringsten Menge von Kühlflüssigkeit. Ferner hat man es durch diese Dreiteilung der Verdichtung in der Hand, die Temperatur des Gemisches beliebig gross zu machen, ohne aber in eine gefährliche Nähe des Selbstentzündungspunktes zu kommen.
Schliesslich ergibt sich durch ein Verschieben der Grenze zwischen dem zweiten und dritten Teil des Verdichtungshubes eine bequeme Art der Regulierung, i. ndem bei stärkerer odpr normaler
Belastung der zweite auf Kosten des dritten ausgedehnt wird, während bei geringerer Belastung die Verschiebung in umgekehrter Richtung vorgenommen wird, so dass man in der Lage ist, die Leistung durch Änderung der Füllung wie bei Dampfmaschinen regulieren zu können. Das Einspritzen des Spiritus durch das Rohr p erfolgt mittels einer
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vorrichtung/c betätigt wird, wobei die Grösse des Antriebexzenters nach dem für die
Temperaturänderung im Zylinder vorgeschriebenen Gesetz berechnet wird.
Man kann aber auch die Bewegung des Hebels k so bewerkstelligen, dass das eine Ende auf einen, auf einer Welle sitzenden Nocken zu liegen kommt. Bei der einen Bewegungsrichtllng des
Kolbens wird der Spiritus dem Arbeitszylinder zugeführt, während die entgegengesetzte
Richtung das Nachsaugen von Spiritus aus dem Vorratsgefässe durch das Rohr o be- wirkt. Die Pumpe muss immer vollständig mit Spiritus gefüllt sein und darf keine Luft- blasen enthalten, damit nicht durch deren Zusammendrückbarkeit das Gesetz für die Ein- spritzung-gestört und die Menge des eingespritzten Spiritus verändert werde.
Es muss zu diesem Zwecke an der Pumpe ein kleiner Entlüftungshahn m vorgesehen sein, welcher beim Anfallen der Pumpe offengehalten wird, während des Betriebes aber geschlossen ist.
Legt man das Druckventil der Spirituspumpe 9 in den Kopf des Zylinders (Fig. 2), so kann es gleich so eingerichtet werden, dass es den hohen durch die Explosion ent- stehenden Druck von der Pumpe abhält. Die enge in den Zylinder führende Röhre u, durch welche der Spiritus in den Zylinder gespritzt wird, wird in ihrer konischen Erweiterung durch ein Kegelventil q abgeschlossen, welches durch eine Feder r gegen seinen
Sitz gepresst wird. Die Feder muss stark genug sein, dass sie den auf die Öffnung der Röhre während der Explosion ausgeübten Druck aushalten kann.
Mit dem Kegel ist durch eine
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welcher von der aus der Pumpe herübergopressten Flüssigkeit auf das Kölbchon ausgeübt wird, genügt, die Federkraft zu überwinden und das Ventil von seinem Sitz zu hoben.
Der Raum zwischen Kölbchen und Öffnung in dem Zylinder muss stets mit Spiritus gefüllt sein ; es muss also für die erste Füllung ein Entlüftungshalm v vorgesehen sein, ähnlich wie bei der Druckpumpe. Ist die vom Kegelvontil q abgeschlossene, in den Zylinder führende Röhre u eng genug, so bleibt sie mit Spiritus gefüllt, ohne dass dieser brennt, da kein Sauerstoff hinzutreten kann ; bei grossen Maschinen wird man deshalb mehrere Öffnungen vorsehen müssen. Der Zylinder to und namentlich aber der Kopf an der Stelle, an welcher das Spiritusventil sitzt, muss gut gekühlt sein, damit der Spiritus stets weit unter seinem Siedepunkt bleibt.
Für Maschinen mit flüssigen Brennstoffen, welche sich nicht mit Wasser mischen, müssen zwei solcher Pumpen und Einspritzventile vorgesehen werden. Kommt es auf sehr vollkommene Ausnützung des Brennstoffes an, so kann man namentlich bei grösseren Maschinen leicht eine verlängerte Expansion erreichen, indem man das Lufteinlassventil von der Steuerwelle aus derart steuert, dass man es erst verschliessen lässt, nachdem der Kolben schon einen Teil des Verdichtungshubes zurückgelegt hat. Für die Verdichtung steht dann nur der übrige Teil des Hubes noch zur Verfügung, während für die Expansion der ganze Hub bis zu den Schlitzen benützt wird. Abgesehen von dieser Steuerung des Einlassventils braucht an der ganzen Anordnung nichts geändert zu werden.
Will man schwer verdampfende flüssige Brennstoffe, z. B. Petroleumrückstände oder Rohöle verwerten, so ist es, um eine sichere Verdampfung rechtzeitig zu erreichen, vorteilhaft, die angesaugte Luft etwas vorzuwärmen, indem man die Auspuffgase um den Kurbel- raum herum oder durch diesen hindurch leitet, oder man treibt nicht sämtliche Ver- bronnungsgase durch die einströmende Luft aus dem Zylinder aus. Ist das Rohöl ver- dampft, so kann man durch Einspritzen von Wasser die Temperatur wieder bedeutend herunterdrücken, da für die Verdampfungstemperatur zwar der gesamte, im Zylinder herrschende, dagegen für die Kondensationstemperatur nur der nach der Mischung mit
Luft vorhandene, viel niedrigere Druck massgebend ist.
Die Zündung kann in beliebiger Weise erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betriebe von Explosionskraftmaschinen, bei welchen während der Verdichtung brennbare oder nicht brennbare Flüssigkeiten oder beide Arten, und zwar gemischt oder getrennt, was räumlich oder zeitlich geschehen kann, in die im Zylinder enthaltene Luft oder das brennbare Gemisch eingespritzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzung erst beginnt, nachdem die Temperatur des Zylinderinhaltes bis auf den, dem vorhandenen Druck entsprechenden Siedepunkt der einzuspritzenden Flüssigkeit gestiegen ist, worauf die Einspritzung während des folgenden Teiles des Verdichtunghubes so lange fortgesetzt wird, dass trotz der im letzten Teile der Verdichtung stattfindenden Temperaturerhöhung eine gefährliche Annäherung an den Entüammungspnnkt vermieden wird.