<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Erzeugung von Stickoxyd in Viertaktverbrennungskraftmaschinen.
Es ist bekannt, dass bei hohen Temperaturen und hohen Drücken eine Verbindung zwischen dem atmosphärischen Stickstoff und Sauerstoff eintritt, und man hat vorgeschlagen, mit Luft gemischte Gase in geschlossenen Verbrennungsräumen zu entflammen. Man hat auch erkannt, dass es wichtig ist, die Zersetzung des gebildeten Stickoxyds zu verhindern und zu diesem Zwecke einen schnellen Druck-bzw. Temperaturabfall anzuwenden. Der
Gedanke lag nahe, diese unter Druck stehenden Verbrennungsräume im Zylinder von Ver- brennungskraftmaschinen anzubringen, um die durch die Drucksteigerung gewonnene Arbeit nutzbar zu machen.
Man hat aber hier kein praktisch brauchbares Ergebnis erzielt, weil man nicht erkannte, dass in den bisher betriebenen Verbrennungskraftmaschinen die Vorbedingungen für die Stickoxyderzeugung nicht erfüllt sind und dementsprechend keine besonderen Mittel anwandte, durch die die Bildung von Stickoxyd bei der Verbrennung der Gemischladung in der Verbrennungskraftmaschine regelmässig und wirtschaftlich herbeigeführt wird.
Soll nämlich die Verbrennungskraftmaschine zur Bildung von Stickoxyd benutzt werden, so erfordert die Durchführung dieses Prozesses, dass in erster Linie die Vorbedingungen für die chemische Vollkommenheit berücksichtigt werden.
Für den chemischen Prozess sind erforderlich : möglichst hohe Temperaturen und an die Höchsttemperatur anschliessend ein möglichst rascher Temperaturabfall zur Beschränkung des Zerfalls des gebildeten Stickoxyd.
Diese Höchsttemperatur nach der Zündung wird umsomehr ein Vielfaches der Temperatur sein, die dem physikalischen Wärmeinhalt der Ladung vor Einleitung der Zündung entspricht, je mehr chemisch gebundene Wärme mit der Ladung dem Zylinder zugeführt wird, d. h. je reicher und reiner das Gemisch ist und ferner je kleiner das Volumen ist, bei dem die vollständige Verbrennung erfolgt. Die ersten Bedingungen können durch geeignete Wahl der Zusammensetzung der Ladung, z. B. durch Verwendung hochwertigen Gases und Zuführung von Sauerstoff beeinflusst werden, die letzte durch Beschleunigung der Verbrennung.
Die Entflammung soll in allen Teilen der Ladung möglichst gleichzeitig auftreten und die Verbrennung mit Erreichung der Höchsttemperatur beendigt sein. Gasteilchen, die dann noch unverbrannt sind, sind nicht nur für die maximale Temperaturerzeugung verloren, sondern halten die erreichte Temperatur unerwünscht lange auf grosser Höhe. Eine vollkommene plötzlich beendete Verbrennung hat höchste Temperaturen und schnellen Temperaturabfall zur Folge. Sie begünstigt die Stickoxydbildung und beschränkt den Zerfall.
Je schneller und explosionsartiger die Verbrennung ist, um so kleiner ist das Volumen, bei dem sie erfolgt, um so grösser sind die erreichten Temperaturen und um so rascher auch der Temperaturabfall, der infolge des sofort nach dem Hubwechsel einsetzenden Druckabfalls auftritt.
Bei den bisherigen, der Krafterzeugung allein dienenden Gasmaschinen musste man die explosionsartige Verbrennung vermeiden, da die übliche, durch wirtschaftliche Gesichtspunkte bestimmte konstruktive Ausbildung dieser Maschinen eine solche Betriebsweise nicht vertragen würde. Die für den thermisch chemischen Prozess erforderlichen hohen Temperaturen waren ferner in den bisher betriebenen Gaskraftmaschinen nicht zu erreichen und ent-
<Desc/Clms Page number 2>
EMI2.1
anzustreben ist, ein möglichst hohes Druckgefälle bei möglichst niedrigen Temperaturen zu erzielen. Deshalb waren in den Abgasen der bis jetzt betriebenen Verbrennungskraftmaschinen entweder gar keine Stickoxydmengen oder höchstens nur Spuren davon enthalten.
Nachdem vom Erfinder diese Verhältnisse erkannt waren, zeigten praktische Versuche, dass den vorher angeführten Anforderungen des thermisch-chemischen Prozesses in der Ver- brennungskraftmaschine nur bei Anwendung besonderer Mittel, die für das Arbeitsverfahren von Maschinen für Stickoxyderzeugung neu sind. entsprochen werden kann.
Zu diesen Mitteln gehört die Einführung eines scharfen Strahles von Dampf, Luft oder Gasen unter Überdruck in die Ladung, zweckmässig während der Verdichtung. Durch die dadurch hervorgerufene kräftige Wirbelung der Ladung wird von den stärker erhitzten Teilen der Zylinderwand, das sind solche, welche infolge grösserer Materialanhäufung) z. B. in den Durchbruchsstellen für Ventile und Zünder durch das Kühlwasser eine geringere Kühlung erfahren, Wärme abgeführt und auf diese Weise die Temperaturen sowohl in der Zylinderwand als in der Ladung gleichmässig verteilt. Hierdurch wird der für Stickoxyderzeugung
EMI2.2
Gemisches überhaupt erst ermöglicht.
Ausserdem erhöht die Wirbelung die bessere Mischung der Ladebestandteile und steigert dadurch die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Durchflammung. Die gesteigerte Verbrennungsgeschwindigkeit hat eine erhöhte Verbrennungstemperatur zur Folge, wodurch die Verbrennung explosionsartig auftritt. Nach der Verbrennung und der Erreichung der Höchsttemperatur wird durch die Wirbelung Wärme an die Zylinderwandung abgegeben, wodurch ein schneller Temperaturabfall entsteht und die Zersetzung des gebildeten Stickoxyds verhindert wird.
Man hat schon vorgeschlagen, die Ladebestandteile in tangentialer Richtung in den Arbeitszylinder einzuführen, so dass die Bestandteile in entgegengesetzt kreisende Bewegung
EMI2.3
herbeizuführen. Im Gegensatz hierzu soll gemäss der Erfindung in ein vorhandenes, bereits mehr oder weniger vollkommenes Gemisch ein zusätzlicher scharfer Gas-oder Luftstrahl zum Zwecke der Durchwirbelung eingeführt werden. Wenn nach Art des Viertaktverfahrens Gas und Luft getrennt angesaugt werden, dann findet keine Wirbelung während der Kompression statt. - Soll sich das Gemisch bei der Einführung in den Zylinder entzünden, dann arbeitet die Maschine nach dem Gleichdruckverfahren und von einer explosionsartigen Verbrennung kann alsdann keine Rede sein. Bei einem weiteren Vorschlag (D. R. P. Nr. 98734) bildet sich gleichfalls das Gemisch erst während der Wirbelung.
Dort findet diese Wirbelung lediglich während des Ansaugens und nicht während der Kompression statt. Der Grad der Wirbelung ist vom Druckunterschied zwischen Wirbelmittel und Zylinderinhalt abhängig.
Bei dem älteren Verfahren wird dieser Druckunterschied lediglich durch den Ansaugeunterdruck hervorgerufen. Dies hat zur Folge, dass entweder die Wirbelung sehr mässig ausfällt, weil der erforderliche Druckunterschied zu gering ist, oder, wenn man den Druckunterschied
EMI2.4
mehr hergibt und die Verbrennungstemperaturen wegen der verringerten Kompression sehr gering ausfallen. Bei der vorliegenden Erfindung hingegen arbeitet man mit beliebig grossem Ladegewicht und energischer Wirbelung während des ganzen Kompressionshubes, also während einer verhältnismässig grossen Zeit, und dadurch ist es möglich, ein hoch explosibles Gemisch mit allen für eine hohe Stickoxydausbeute wichtigen Folgerungen zu erzeugen.
Bei dem Arbeitsverfahren, gemäss dem deutschen Patente Nr. 170054, wird gleichfalls ein Dampfstrahl in den Zylinder eingeführt, aber es ist nirgends erwähnt, dass die Einführung des Dampfes in Form eines scharfen Strahles geschehen soll. Bei dem vorliegenden Verfahren hingegen ist es gleichgültig, ob Dampf oder Luft oder Gas in den Zylinder eintritt, so lange als die Zuführung derart geschieht, dass die Ladungsbestandteile durcheinander gewirbelt werden. Dies bedingt aber einen erheblichen Druckunterschied zwischen dem Gasgemisch und Wirbelmittel, wobei auch der Dampfeinlass düsenartig gestaltet sein muss, um einen zur Durchwirbelung der Ladung geeigneten Strahl zu bilden. Hiervon ist in dem genannten Patente nicht die Rede. Hierzu kommt noch, dass der in beiden Verfahren verfolgte Zweck gänzlich verschieden ist.
Während das deutsche Patent die Verbrennungstemperatur durch die Einführung von Dampf herunterzusetzen bestrebt ist, soll die Temperatur bei dem vorliegenden Verfahren gesteigert werden. Diese Absicht hat zur Folge, dass im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, welches viel Dampf verwendet, bei dem vorliegenden Verfahren möglichst wenig Dampf, aber von hohem Druck und hoher Temperatur in den Zylinder eingelassen werden muss, der eine geringe abkühlende Wirkung hat und dadurch im Sinne der Erfindung die Stickoxydausbeute steigert. Es ist auch nicht not-
<Desc/Clms Page number 3>
wendig, gerade Dampf als Wirbelmittel zu gebrauchen, vielmehr ist es sogar zweck- mässiger, durch einen scharfen Luftstrahl die Wirbelung zu bewirken, weil dann das Wirbel- mittel an der Verbrennung teilnimmt und zur Erhöhung der Temperatur beiträgt.
Weiter wird als Mittel zur Temperaturerhöhung eine Vermehrung des chemischen Wärmeinhalts der Ladung vorgeschlagen, durch Ausspülung der sonst im Zylinder zurück- bleibenden Abgasreste. Bei Zweitaktgasmaschinen ist es allgemein üblich, die Verbrennungs- rückstände auszuspülen und durch neue Ladung zu ersetzen. Bei Viertaktmaschinen hat man die Ausspülung ausschliesslich zum Zwecke der Leistungssteigerung vorgeschlagen, indem man den Verdichtungsraum mit Gemisch auffüllt und entsprechend der Grösse dieses Raumes die Leistung der Maschine erhöht. Bei vorliegender Erfindung sollen jedoch die Abgasreste ganz oder teilweise durch Luft ersetzt werden. Hierdurch wird die Reinheit und damit die
Brennbarkeit des Gemisches verbessert sowie der Heizwert erhöht.
Dementsprechend steigt die Stickoxydausbeute und die Kosten für die Gewinnungsanlage des Stickoxyds aus den
Abgasen sinken. Es wächst also die Wirtschaftlichkeit dieser Anlage.
Die Ausspülung der Abgasreste erfolgt zweckmässig mit warmer Luft. Es kann sich aker auch die Verwendung kalter Luft empfehlen, wenn die Maschine mit sehr hochwertigem Gas-oder Sauerstoffzusatz arbeitet und infolgedessen sehr heiss läuft, so dass eine innere
Kühlung der Zylinderwand wünschenswert erscheint.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verfahren zur Erzeugung von Stickoxyd in Viertaktverbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die fertige Ladung während der Verdichtung im Zylinderraum durch Einführung eines scharfen Gas-, Luft-oder eines Dampfstrahls geringer Menge von möglichst hoher Spannung zwecks Vermeidung einer abkühlenden Wirkung durchgewirbelt wird einerseits, um den für die Stickoxyderzeugung bedingten heisseren Gang der Maschine zu ermöglichen und andrerseits, um die Verbrennungsgeschwindigkeit und die Durchfiammung zu steigern und demzufolge eine erhöhte Verbrennungstemperatur zu erzielen.