Arbeitsverfahren für EYploslonskraftmaschinen. Vorliegende Erfinden", betrifft ein Ar- heitsverf#,i.liren, nach welchem Brennstoffe, besonders schwer verdampfbare Brennstoffe, in Viertakt- und Zweitakt-Explosionskraft- rnaschinen verbrannt werden können.
Bei grösseren Leistungen und bei orts festen Anlagen hat sich das Gleichdruckver fahren (Dieselverfahren) für schwer ver- dampfbare Brennstoffe allgemein eingeführt. In Motoren jedoch, die infolge kleiner Lei stung oder weben der Forderung geringsten Gewichtes verhältnismässig kleine Abmes sungen haben müssen, hat sich das Gleich druckverfahren bis jetzt nicht so verwirkli chen lassen, dass die Motoren den praktischen Anforderungen genügen. Die Hauptschwie- iigkeit besteht darin, dass die beim Gleich druckverfahren üblichen Brennstoffpumpen bei derartigen Motoren, z.
B. bei Automobil und Flugzeugmotoren, ausserordentlich kleine Abmessungen erhalten müssen. Die Ver suche, das Gleichdruckverfahren ohne Luft pumpe durchzuführen, z. B. die Erzeugung der Einspritzluft durch sogenannte Verdrän- 1,'r:rholben, haben bisher ebenfalls nicht zu praktiseli brauchbaren Ergebnissen geführt.
Beim erfiridun@"@sgemä13en Arbeitsverfah ren für EZplosionsi.raftmaschinen wird Ver brennungsluft weniötsens teilweise durch @'erdielltun-- auf eine zur mindestens teil- weistn @"erdampfung des Brennstoffes inner halb dr von der Einführung des Brenn stoffes in die Verbrennungsluft bis zur Be- en digun@@ der Verdielitung des Brennstoff Luftgeiniselies
verfügbaren Zeit notwendige Temperatur erhitzt und gedrosselt, bevor sie in den Arbeitszylinder übergeführt wird, un ter Uinwandlung von beire Drosseln entste hender Stri)niun!-,sener,#ie in Wärme.
Bei Anweriduno@ des Verfahrens auf schwer verdampfbare Brennstoffe wird die Drosselung der #'erbrennu-sluft zwecli:inä,ssi- gerweise derart bemessen, dass nach Über strömen in den Arbeitszylinder in letzteren? keine wesentliebe Driielzsteilerun"@ über dii-@ Atmosphäre stattfindet.
Ausführungsbeispiele des Verfahrens ge mäss der Erfindung werden nachstehend an-
EMI0002.0001
hand <SEP> von <SEP> auf <SEP> der <SEP> Zeichnung <SEP> beispielsweise
<tb> darg@ <SEP> -IClllen <SEP> Maschinen <SEP> erläutert.
<tb>
Ii@ <SEP> der <SEP> 11a-4 <SEP> -liine <SEP> nach <SEP> Fig-. <SEP> 1 <SEP> und <SEP> ? <SEP> ist <SEP> a
<tb> 411 <SEP> @,@-dichtu <SEP> n@zylinder <SEP> für <SEP> die <SEP> Verbren nun, <SEP> ,.'iift. <SEP> der <SEP> über <SEP> ein <SEP> Druckventil <SEP> d <SEP> mit
<tb> cineii3 <SEP> Anfneliner <SEP> -i <SEP> in <SEP> Verbindung, <SEP> steht. <SEP> b
<tb> Lind <SEP> c- <SEP> sind <SEP> Arbeitszylinder. <SEP> von <SEP> welchen <SEP> je der <SEP> < 1=_i <SEP> gleichen <SEP> Hubraum <SEP> wie <SEP> der <SEP> Verdich tun@- <SEP> .-#. <SEP> --linder <SEP> n <SEP> besitzt. <SEP> Jeder <SEP> Arbeitszylinder
<tb> i,t <SEP> mit-telst <SEP> einer <SEP> durch <SEP> ein <SEP> Ventil <SEP> e <SEP> beherrsch ten <SEP> Vliersirömöffnung <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Aufnehmer <SEP> i
<tb> verl":
_iden. <SEP> g <SEP> bezeichnet <SEP> einen <SEP> Vorratsbehäl ter <SEP> für <SEP> den <SEP> Brennstoff. <SEP> welch <SEP> letzterer <SEP> in <SEP> dem
<tb> Bebilter <SEP> durch <SEP> einen <SEP> nick' <SEP> dar-estellten
<tb> Schwimmer <SEP> oder <SEP> Überlauf <SEP> auf <SEP> gleicher <SEP> Höhe
<tb> gehalten <SEP> wird. <SEP> Der <SEP> Brennstoffbehältc,r <SEP> g <SEP> be sitzt <SEP> eine <SEP> Verbindung <SEP> f, <SEP> durch <SEP> welche <SEP> der
<tb> Trennstoff <SEP> nach <SEP> der <SEP> Überströmöffnun(-), <SEP> ge langen <SEP> kann, <SEP> während <SEP> durch <SEP> die <SEP> Verbin dun2sIc <SEP> itun_" <SEP> dz, <SEP> ein <SEP> Druckaus < ,-leich <SEP> zwischen
<tb> Prennstoffbehälter <SEP> und <SEP> Aufnehmer <SEP> i <SEP> zta.it findet.
<tb>
Dä; <SEP> Arbeitsverfahren <SEP> bei <SEP> der <SEP> vorstehend
<tb> beschriebenen <SEP> Maschine <SEP> ist <SEP> wie <SEP> folgt: <SEP> Alle
<tb> drei <SEP> Kolben <SEP> bewegen <SEP> sich <SEP> gleichsinnig. <SEP> Die
<tb> im <SEP> Verdichtungszylinder <SEP> a <SEP> verdichtete <SEP> Ver lircniiunmsluft <SEP> strömt <SEP> durch <SEP> das <SEP> Druckventil
<tb> d <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Aufnehmer <SEP> i, <SEP> da, <SEP> Druckventil <SEP> <I>ci</I>
<tb> wird <SEP> zweckmä.ssigerweise <SEP> so <SEP> mesteuert, <SEP> dass <SEP> die
<tb> Luft <SEP> aus <SEP> dem <SEP> Verdichtungszylinder <SEP> fast <SEP> wäh rend <SEP> des <SEP> ganzen <SEP> Verdichtungshubes <SEP> in <SEP> den
<tb> Aufnehmer <SEP> i <SEP> überströmt, <SEP> um <SEP> dadurch <SEP> Ener "ievei-luste <SEP> zu <SEP> vermeiden. <SEP> D:
e <SEP> Verd.ichttln.
<tb> -wird <SEP> so <SEP> weit <SEP> getrieben, <SEP> dass <SEP> die <SEP> Luft <SEP> die <SEP> zur
<tb> Verdampfung <SEP> des <SEP> Brennstoffes <SEP> innerhalb <SEP> der
<tb> von <SEP> cler <SEP> Einführung <SEP> des <SEP> Brennstoffes <SEP> in <SEP> die
<tb> Verbrennungsluft <SEP> bis <SEP> zur <SEP> Beencligunir <SEP> der
<tb> Verdichtung <SEP> df@s <SEP> Brennstoff-Luft.,remisehes
<tb> verfii,#lia.ren <SEP> Zeit <SEP> notwendige <SEP> Temperatur <SEP> er reicht. <SEP> Beim <SEP> N <SEP> ledergang <SEP> der <SEP> Kolben <SEP> s+römt
<tb> die <SEP> ei-ljitzte <SEP> Luft <SEP> atis <SEP> dem <SEP> Aufnehmer <SEP> i <SEP> durch
<tb> (Ios <SEP> Ventil <SEP> e. <SEP> unter <SEP> Drosselung <SEP> in <SEP> einen <SEP> der
<tb> ,1Nrlteit;
#zylinder, <SEP> wobei <SEP> Druckerniedri < @unur
<tb> lind <SEP> TTn@vrandlun@ <SEP> der <SEP> beim <SEP> Drosseln <SEP> entste @en:li,iitrömun@,'senergie <SEP> in <SEP> Wärme <SEP> statt findo.
<tb>
der <SEP> Bn@iin..toffbehälter <SEP> g <SEP> durch <SEP> die
<tb> Verl>iiidun@:aeifun@' <SEP> <I>h.</I> <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Aufnehmer <SEP> <I>i</I> unter '#,leicbem Druck gehalten wird, so ist der Druck an der Einmündung der Verbin dung f in den Überströmkanal kleiner, weil sich dort berEIts ein Teil des Druckes in Strö- inungsenergie umgesetzt hat; infolgedessen wird Brennstoff von dem Vorratsbehälter in den Überströmkanal gefördert.
Der Brenn stoff 'ritt also nicht in einen schnellfliessen den, kalten, sondern erhitzten Luftstrom ein, so dass vom Beginn des Brennstoffeintrittes ab nicht nur Zerstäubung, sondern auch schon Verdampfung eintritt.
Beim Niedergang des Kolbens wird also der Arbeitszylinder mit Luft gefüllt, die mit dem Brennstoff zum Teil in feinster Ver- ieilung, zum Teil bereits in Dampfform ver mengt ist, und die eine für die Verdampfung des Brennstoffes während des Kolben-Nie- der- und Aufwärtsganges, d. h. während der von der Einführung des Brennstoffes in die Verbrennungsluft bis zur Beendigung der Verdichtung des Brennstoff-Luft_gemisches verfüg=baren Zeit. ausreichende Temperatur hat; nach der Verdichtung des Ladegemisches im Arbeitszylinder durch den Aufwärtshub wird das explosive Gemisch entzündet.
Der Arbeitsvorgang in dem Arbeitszylin der c ist gegenüber dem im Arbeitszylinder b verschoben, so dass in ihm Expansion statt findet, wenn im Arbeitszylinder b das An saugen vor sich geht. Da der Verdichtungs kolben bei jedem Aufwärtshub fördert, kann er beide Arbeitszylinder versorgen. Wenn der Kompressor doppelwirkend wäre, könnte er vier Arbeitszylinder versorgen.
Die Leistungsregelung \geschieht zweck- mä.ssigerweise durch Änderung des zuzufüh renden Luftgewichtes, mittelst Drosselung des nicht: gezeichneten @augventiles im Ver- cliclitungszylinder a.. Auf diese Art bleibt die zur Versorgung des Brennstoffes nötige Tem peratur der verdichteten Verbrennungsluft bei allen Belastun@,en dieselbe.
Da der Drosselvorgang beim Einströmen der verdichteten Verbrennungsluft in den Ar beitszylinder von der Kolbengeschwindigkeit im Arbeitszylinder abhängt. wird zweck- mä.ssigerweise der Querschnitt der Durch- strömöffnug bei verschiedenen Umdre- hun2sz_ahlen der Maschine geändert, so dass bei allen Umdrehungszahlen die dein Arbeits zylinder zuströmende Luft im Arbeitszylin der gleiche Temperatur aufweist.
Da die Verdiclitun-@ im Verdichtungs zylinder natürlich zwecli#mä.ssigerweise ohne Wärmeverlust vor sich gehen soll, wird der Zylinder vorteilhaft entweder isoliert, oder, da si.cli die Höchsttemperaturen der verdich teten Verbrennungsluft nicht wesentlich über die Kühlwassertemperaturen erheben, so kön nen Verdieliter und Aufnehmer vor nennens werten Wärmeverlusten in einfacher Weise dadurch geschützt werden, dass sie von dem Kühlwasser aus den Kühlmänteln der Ar beitszylinder umspült werden.
Es ist nicht notwendig, dass das Abdrosseln der erhitzten Luft vom Aufnehmer in den Arbeitszylinder stattfindet; es kann zum Beispiel auch vom Verdielitungszylinder in den Aufnehmer vor sich geben. Das Erhitzen der @'erbrennungs- luft kann auch teilweise durch Verdichten und teilweise durch äussere Wärmeqi!ellen erfolgen.
Das in Fig. 4 dargestellte Diagramm ver- a.nsehaulicht die Wirkung des Aufnehmers, wobei angenommen ist, dass der Verdieliter während des Überströmens nicht fördert.
Im Diagramm sind als Abszissen die Kolben hübe und als Ordinaten die Drücke aufge- zeiclinc,t. Es sei zunächst angenommen. dass ein grosser Aufnehmer vorhanden sei, durch den der Unterschied zwischen dem Druck p bei Beginn und dem Druck p, am Ende des Lufteinströmens in den Aufnehmer gering nähalten wird. Um den verhältnism;i,ssig ho hen Druck p bei Beginn des Lufteintritte; in den Aufnehmer züi erzielen. muss der bei dieser Verdichtung zurückzulegende Teil 1 des Kolbenhubes verhältnismässig gross sein.
Wenn der Verdichtungskolben den Weg 1 zurückgelegt hat, öffnet sich das Druckventil und die Luft wird während des übrigen Tei les des Hubes in den Aufnehmer gedrückt. unter Erhöhung des Druckes auf p,. Ein grosser Aufnehmer bewirkt, dass infolge der ,geringen Druckunterschiede im Aufnehmer der Drosselvorgang während der Luftein- strömung in den Arbeitszylinder wenig ver ändert wird. Da, jedoch die Erfahrung ge zeigt hat, dass dies im allgemeinen nicht von wesentlicher Bedeutung ist, erscheint. oft ein verhältnismässig kleiner Aufnehmer als gün stiger.
Hierbei ist der im Diagramm mit p= bezeichnete Druck bei Beginn des Eintritte der Luft. vom Verdichter in den Aufnehmer verhältnismässig gering, so dass der für die Verdichtung auf diesen niedrigen Druck not wendige Teil 1-, des Kolbenhubes verhältnis mässig klein ist.
Nach Zurücklesung diese Weges wird das Druckventil geöffnet, und w iihreiid der Kolben den Rest 1..; des Hubes zurücklegt, wird die Luft im Verdichtungs zylinder und im Aufnehmer weiter auf den Enddruck p::
verdichtet, der jedoch wegen des kleinen Aufnehmers höher ist, als der End- druck p1. Im ersten Fall stellt der Linienzug 1, 2, 3, 4, 1 die für die Verdichtung aufzu wendende Arbeitsleistuny dar. während sie im zweiten Verdichtungsfall durch den Li nienzug 1. 5, 6, 4, 1 dargestellt ist.
Wenn die beiden in Fig. 4 schraffierten Arbeitsflächen gleicligross sind, so sind die Verdichtungs arbeiten in beiden Fällen dieselben; im zwei ten Falle wird also mit der gleichen Arbeit ein höherer Verdichtungsdruck (p3) erreicht, als im ersten (p,), was für die Verdampfung vorteilhaft ist.
DaVerfahren kann auch in der Weise durchgeführt werden. dass nur ein Teil der Verbrennungsluft vor der Einführung in den Arbeitszylinder verdichtet wird, wodurch die Abmessungen des Luftverdichters verkleinert werden. Wenn zur Verdampfung des Brenn stoffes trotzdem die gleiche Wärmemenge zur Verfü#-,ung stehen soll wie bei der Verdich tung der gesamten Verbrennungsluft, so wird der zur Verdichtung herangezogene Teil der Verbrennungsluft um so stärker verdichtet. Begniint man sich mit einer etwas weniger starken Verdampfung des Brennstoffes, so kann von der stärkeren Verdichtung abgese hen werden.
In FiY). 3 ist eine Maschine zur Durchführung dieses Verfahrens veranschau licht. a ist der Luftverdichter. e ist die Pros- selstelle, in die die Brennstoffzuführung i einmündet, k ist das Luftansau-rohr, durch das der nicht der Verdichtung unterworfen(:
Teil der Verbrennungsluft angesaugt wird, c ist ein normaler Explosionsmotorenzylinder. Dieses Verfahren ermöglicht eine besonders gedrängte und billige Bauart der Maschine, und bietet die Möglichkeit, schon vorhandene normale Explos:onskraftmaschinen mittelst schwer verdampfbarer Brennstoffe zu betrei ben, es ist dazu nur nötig, am Ansau,rohr der Maschine eine Vorrichtung zum V erdich ten und Drosseln der Verbrennungsluft anzu bringen.