<Desc/Clms Page number 1>
'Verfahren zur Erzeugung von Druckgas.
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Erzeugung von heissen Druckgasen mittels einer
Gleichdiuekkraftmaschine von der Art der Dieselmaschine, bei der die Expansion der Gasein den Zylindern nur insoweit durchgeführt wird, als es nötig ist, um die wirtschaftliche Stetigkeit des Maschinenganges zu erzielen.
Der Zweck der Erfindung ist mit andern Worten die Schaffung einer Verbrennungskraftmaschine von beschränktem Volumen, zu dem Zweck, für andere gewerbliche Zwecke einen möglichst grossen
Anteil der Verbrennungsgase zur Verfügung zu halten.
Die bekannten Verfahren dieser Art besitzen unter anderm folgende Missstände :
1. Sie verteilen die durch die Verbrennung erzeugte und in den Zylinderwänden und den Ver- teilungsorganen während zum mindesten zwei vollständigen Takten (unabhängig von dem angeordneten
Kreisprozess) aufgespeicherte Wärme nicht über eine genügende'Zahl von Takten.
. Sie lassen sich nicht zur wirtschaftlichen Erzeugung grosser Mengen von Gas unter verhältnis- mässig hohem Druck, beispielsweise von 12-20 Atm. verwenden.
3. Sie bieten nicht hinreichende Regelungsmittel zur Sicherung des ungestörten Ganges des Gas- erzeugers.
4. Es bleibt bei jedem Kreisprozess in den Zylindern eine verhältnismässig bedeutende Menge von schädlichen Restgasen, nämlich schädliche Druckgase, welche nicht aus dem Zylinder herausgedrückt werden und welche die Erzielung eines normalen Einlasses von Frischluft für den nächsten Kreisprozess verhindern.
Beim Erfindungsgegenstand werden diese Missstände dadurch beseitigt, dass man den Druckgas- erzeuger nach einem Kreisprozess wirken lässt, welcher die folgenden wesentlichen Phasen umfasst und infolgedessen zum mindesten im Sechstakt verläuft :
1. Einlass von Frischluft unter'Druck.
2. Weiterverdichtung der Druckluft,
3. Eindrücken des Brennstoffes, Verbrennung und teilweise Expansion der von der Verbrennung herrührenden Gase.
4. Fördern unter Druck eines Teiles dieser teilweise entspannten heissen Gase nach den Verbrauchs- vorrichtungen,
5. Expansion (gegebenenfalls so vollständig wie möglich) der Restgase in der Verbrennung- kammer,
6. Ausstossen der Restgase (gegebenenfalls in vollständig entspanntem Zustand).
Die Erfindung sieht ferner den Fall vor, diesen sechstaktigen Kreisprozess durch zusätzliche Takte zu vervollständigen, zum Zwecke, die eine oder andere wichtige zusätzliche Aufgabe zu lösen, wie z. B. möglichst vollständige Ausspülung der Arbeitszylinder, Einlass von Luft, Dampf oder Gas unter Druck,
Kompression einer gewissen Luftmenge u. dgl.
Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt ; die Fig. 1-6 zeigen die verschiedenen Phasen des Kreisprozesses in einem schematisch dargestellten Arbeitszylinder,
Fig. 7 das normale Arbeitsdiagramm der Maschine nach Fig. 1-6, Fig. 8 eine genauere Darstellung eines solchen Arbeitszylinders für einen mindestens sechstaktigen Kreisprozess in Verbindung mit einem Kom- pressor für die-Speiseluft.
<Desc/Clms Page number 2>
In den Fig. 1-6 ist der Erzeugerzylinder mit vier gesteuerten Ventilen ausgerüstet.
Diese Zylinder ebenso wie die Verteilungsmittel sind bei der praktischen Ausführungsform mit Wassermäntel versehen.
EMI2.1
eingebaut, welche die Verbindung mit einem Behälter herstellt, in welchem durch ein beliebiges bekanntes Mittel ein genügender Druck aufrechterhalten wird, um das Einlassen der Luft unter dem Druck P2 zu sichern. Das Ventil 2 dient zum Einlassen des brennbaren Treibmittels unter Druck. Dieses Ventil kann gegebenenfalls die Form einer Spritzdüse besitzen. Das Ventil 3 dient zum Fördern der verbrannten Gase unter einem hohen Druck Pa undmit hoherTemperaturnachden Verbrauchsstellen oder Gasbehältern. Das Ventil 4 dient zum endgültigen Auslass der vollständig entspannten Restgase, bei atmosphärischem Druck Pi.
Die Steuerung dieser Ventile, die gegebenenfalls entlastet sein können, wird mittels einer Nockenwelle bewirkt, welche mit einer dreimal kleineren Geschwindigkeit umläuft als die Hauptkurbelwelle.
In dem Diagramm gemäss Fig. 7 sind die verschiedenen an der Ordinate 0, P aufgetragenen Drücke P i, P Ps folgende : PI der Atmosphärendruck, P2 der Druck der im ersten Takt eingelassenen Frischluft und Pa der Druck, unter welchem die verbrannten Gase den Verbrauchsstellen zugeführt werden.
Wenn der Erzeuger nach dem Diagramm Fig. 7 arbeitet, öffnet sich das Ventil 1 (Fig. 1) beim ersten Takt nach dem Anlassen, um Frischluft unter dem Druck P2 einzulassen. Wenn man voraussetzt, dass das Volumen des die Frischluft unter demDruckP2 enthaltenden Behälters gegenüber dem Zylindervolumen gross genug-ist'oder dass dieser Behälter ununterbrochen unter einem Druck P2 nachgefüllt wird, so erfolgt der Zulass in den Erzeugerzylinder im wesentlichen nach der Wagrechten. 1, B des Diagrammes, welche den ersten Takt des Kreisprozesses darstellt.
Während des zweiten Taktes (Fig. 2) sind alle Ventile 1-4 geschlossen, so dass der Rückhub des Kolbens die Nachverdiehtung und dadurch die Erwärmung der eingelassenen Druckluft hervorruft. Dieser zweite Takt stellt sich als im wesentlichen adiabatische Kurve BG 0 im Diagramm dar.
Der dritte Takt (Fig. 3) umfasst zwei Zeiträume : a) der Zeitraum CD der Einführung des Brennstoffes durch das Ventil 2 und dessen Verbrennung vom Beginn dieses Taktes ab ; b) die Periode DE der teilweisen Expansion der Verbrennungsgase.
Zu Beginn des vierten Taktes (Fig. 4) öffnet sich das Ventil 3, durch welches die heissen, teilweise entspannten Gase unter dem Druck Pg aus dem Zylinder in die Verbrauchsvorrichtungen eingedrückt werden.
Diese Förderung zeigt sich im Diagramm durch die Kurve E F G H. Das Ventil 3 öffnet unter Umständen mit einer Voreilung, die für die gute Wirkung der Maschine für nötig gehalten wird, wodurch ein plötzlicher Druckabfall E F entsteht.
'Während des fünften Taktes (Fig. 5) sind alle Ventile geschlossen, die in der Verbrennungskammer verbliebenen verbrannten Gase expandieren. Diese Expansion stellt sich im Diagramm durch die Kurve HIJ dar. Am Ende dieses Taktes öffnet das Auspuffventil 4 bereits, gegebenenfalls mit der etwa nötigen Voreilung, was sich in dem plötzlichen Druckabfall JK im Diagramm darstellt. Der fünfte Takt wird also durch die Kurve H ?. ZV. E' ausgedrückt..
Der Kreisprozess wird zu Ende geführt durch den sechsten Takt (Fig. 6), während dessen der Kolben unter dem Druck ? i die entspannten Restgase in die Atmosphäre drückt. Während dieser ganzen Zeit bleibt das Ventil 4 offen, wie. es bereits am Ende des vorigen Taktes war. Dieser sechste Takt wird im Diagramm durch die Linie K, A'dargestellt.
Es ergibt sich, dass das Diagramm gemäss Fig. 7 zwei unterschiedliche Teile aufweist : a) den
EMI2.2
gestellt durch die Flächen H ;
Zur Sicherung der Stetigkeit der Wirkung muss das Einspritzen des Brennstoffes so geregelt werden, dass die Summe der arbeitgebenden Teile periodisch gleich sein muss dem Werte der Fläche H G B I mehr einer der Arbeit der passiven Widerstände proportionalen Fläche, wobei diese passiven Widerstände die Arbeit umfassen können, die für die Kompression der Frischluft auf den Druck P2 nötig ist.
Damit die Regelung des Ganges jederzeit entsprechend durch die Menge des eingespritzten Brennstoffes bewirkt werden kann (wobei diese Regelung natürlich kleine plötzliche Veränderungen der Drücke PundPg berücksichtigen kann), muss man auch noch auf ein anderes Element einwirkenkönnen, um normal den Gleichwert der Arbeitsteile mit den Widerstandsteilen zu erzielen. Dieses zusätzliche Regelungsmittel bietet sich durch den fünften Takt des Kreisprozesses dar. Es genügt nämlich, wenn man, statt das Druckventil für die heissen Druckgase genau in Totpunkt zu schliessen, den Abschluss dieses Ventils beschleunigt, um mehr Druckgas in dem Raum zu belassen, der von der Verbrennungskammer und einem Teil des Zylinders gebildet wird.
Die Expansion dieses grösseren Druckgasvolumens verringert die Grösse der Widerstandsfläche H G B I des Diagramms. Man könnte gewünschtenfalls offensichtlich so vorgehen, dass die hiedurch in dem Zylinderraum behaltene Druckgasmenge gross genug wird, dass die Widerstandsfläche HG B I des Diagramms durch Übereinanderlagerung von H I J und G B gleich Null wird oder
<Desc/Clms Page number 3>
sogar Arbeit liefert, was dadurch bewirkt werden kann, dass die Kurve im Diagramm H 1 J von de linken Seite der Kurve G B auf deren rechten Seite übergeht.
Es ist aber gut nicht ausser acht zu lassen, dass : 1. man praktisch nicht auf 1 B oder B 0 oder F H oder auch K. 1' einwirken kann, um die Regelung des Ganges der Maschine zu sichern, u. zw. weil : a) die Abmessungen der Zylinder nicht variabel sind, b) der Förderdruck durch die Verbrauchsvorrichtungen vorgeschrieben ist, c) die Verbrennung der Öle (hauptsächlich Schweröle) eine ganz genaue Verdichtung erfordert, welche gleichzeitig A B und B 0 des Diagramms festlegt ; 2. nur der Kreisprozess von sechs Takten von dem in Frage stehenden theoretischen Regelmittel Gebrauch zu machen gestattet, dessen praktische Ausführung sich von selbst versteht, weil die Voreilung oder die Verzögerung des Abschlusses des Druckventils durch beliebige bekannte Mittel bewirkt werden kann, wie beispielsweise die Winkelverschiebung des Daumens des Antriebnockens.
Gelegentlich der Widerstandsflächen des Diagramms war bereits die Rede von der für die Kompression der Frischluft auf den Druck P, nötigen Arbeit.
Bei dem sechstaktigen Kreisprozess kann diese Arbeit, welche sich auf die grossen Volumen von unter Atmosphärendruck angesaugter Luft erstreckt, besonders gut durch die Anordnung gemäss Fig. 8 bewirkt werden, bei der Erzeugerzylinder G mit einem Verdichterzylinder 0 verbunden ist. Das Volumen dieses Verdichters kann tatsächlich gering sein, weil er nach einem zweitaktigen'Kreisprozess wirkt, während der Erzeugerzylinder nach einem mindestens sechsfaktigen Kreisprozess arbeitet. Dieser Verdichter, der äussere Luft durch das Ventil 5 ansaugt, braucht also bei jedem Verdichtungsvorgang nur ein Drittel der durch 1 bei jedem Kreisprozess von dem Erzeugerzylinder angesaugten Luft durch 6 nach dem Druckluftbehälter zu fördern. Infolge des verringerten Volumens dieses Verdichters besitzt er praktisch keinen über die Lagerstellen 7 und 8 hinausreichenden Platzbedarf.
In der Fig. 8, welche besser als die vorhergehenden Figuren die Verbindung eines Erzeugerzylinders mit seinem speisenden Verdichter zeigt, ist eine Nockenwelle 9 mit Nocken 10, 10', ,. M gezeigt, welche die Ventile 1, 2, 3, 4 steuern, deren Bezeichnung die gleiche ist wie in Fig. 1-6.
Von der Hauptkurbelwelle 11 wird durch Vorgelege 12 und 13 und die Zwischenwelle 14 die Nockenwelle mit dreimal geringerer Geschwindigkeit angetrieben.
Die Vorteile des sechstaktigen Kreisprozesses sind folgende : 1. Ein grosser Abstand zwischen den Perioden von hoher Temperatur und infolgedessen günstige Kühlung der Zylinder. Dieser grosse Abstand der Perioden von hoher Temperatur ist unbedingt notwendig, um bei einem Erzeuger für Gas mit hohem Druck und hoher Temperatur die Zylinder und die Verteilvorrichtung instand zu halten.
2. Die Verwertung der Energie der Restgase, die im Zylinder verbleiben, nachdem die Förderung nach den Verbrauchsstellen stattgefunden hat, durch Expansion dieser Gase vor ihrer Ausstossung ins Freie, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Erzeugers erhöht wird.
3. Die Verringerung des Raumbedarfes des Verdichtungszylinders.
4. Die Möglichkeit, den Gang des Erzeugers durch Voreilung oder Verzögerung des Abschlusses des Druckventils zu regeln.
5. Die Möglichkeit, ein Treibmittel unter Druck nach der Förderung der heissen Druckgas einzuführen, um die Geschwindigkeit des Erzeugers zu regeln.
Durch das Einlassen von Druckluft im ersten Takt des Kreisprozesses ist es möglich für einen gegebenen Durchmesser des Erzeugerzylinders den Kolbenhub zu verringern, woraus sich eine Verkleinerung des Volumens und des Platzbedarfes und hiedurch des Preises des Zylinders sowie die Möglichkeit ergibt, bei Gleichheit der linearen Geschwindigkeit des Kolbens die Drehgeschwindigkeit der Erzeugerwelle zu vergrössern (hiedurch Vergrösserung der Produktionskraft). Aus der Anwendung eines Kreisprozesses mit starker Nachverdichtung ergibt sich die Verringerung des Volumens der Verbrennungskammer und hieraus eine geringe praktisch zu vernachlässigende Menge der verbrannten Restgase im Zylinder bei dem Einlassen der Frischluft.
Es ist zu bemerken, dass der sechstaktige Kreisprozess gemäss der Erfindung durch eine gewisse Anzahl zusätzlicher Takte vervollständigt werden kann, dass also die Zahl der Takte ausgedrückt werden kann durch 6 + 2n.
Zum Beispiel kann es vorteilhaft sein, einen achttaktigen Kreisprozess zu verwenden, um die Aus. spülung der Zylinder zu sichern. In diesem Falle folgen dann dem sechsten Takte des Kreisprozesses zwei weitere Takte, während derer das Ventil 4 nach der Atmosphäre hin geöffnet ist. Auf diese Weise tritt frische Aussenluft durch das Ventil 4 beim Beginn des siebenten Hubes ein, die Restgase in der Verbrennungskammer mischen sich mit ihr und werden mit ihr zusammen beim achten Hub ausgestossen.
Es wird hiebei beim Aushub (siebenter Takt) und beim RÜckhub (achter Takt) die Linie des Atmosphirendruckes gemäss Al-K in Fig. 7 durchlaufen. Man könnte naturgemäss auch diese Linie mehrmals hin und her durchlaufen lassen vor dem Zulass der frischen Druckluft im ersten Takt. A-JB des folgenden Kreisprozesses.
<Desc/Clms Page number 4>
Der siebente'und achte Takt des achttaktigen Kreisprozesses könnte offensichtlich auch zu Antriebszwecken verwendet werden, beispielsweise unter Zulass von Gas oder Dampf unter Druck beim Beginn des siebenten Taktes. Unter Umständen auch zu Verdichtungszwecken, indem man Luft im siebenten Takt ansaugt und'im achten Takt verdichtet und weiterbefördert.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Druckgas mittels einer Verbrennungskraftmaschine, die im Sechstakt arbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass frische Druckluft im ersten Takt eingelassen und im zweiten Takt weiter verdichtet wird, worauf im dritten Takt flüssiger Brennstoff eingespritzt und gezündet wird, woran sich-eine teilweise Expansion der Verbrennungsgase anschliesst, im vierten Takt ein Teil der teilweise expandierten Heizgase unter Druck nach den Verbrauchsstellen befördert wird, im fünften Takt die in der Verbrennungskammer zurückgebliebenen Restgase expandieren, um im sechsten Takt ausgestossen zu werden.