DE141498C

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Publication number: DE141498C
Application number: DENDAT141498D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Der Gegenstand der Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen, welches darin besteht, daß nach erfolgter Expansion gegen Ende des Arbeitshubes des Kolbens durch Einspritzen hoch überhitzten Wassers eine plötzliche Wärmeentziehung und erhebliche Druckverminderung (unter die Atmosphäre) bewirkt wird, welche in Verbindung mit einer während des Rückhubes durch weitere Einspritzung hocherhitzten Wassers erzielten isothermischen Verdichtung möglichst niederer Temperatur eine Vergrößerung des Arbeitsdiagramms gegenüber gewöhnlichen Verbrennungskraftmaschinen bewirkt. Außerdem wird der thermische Wirkungsgrad dadurch erhöht, daß infolge beträchtlicher Verminderung der mittleren Temperatur des Arbeitsprozesses jene Wärmemengen erheblich vermindert werden, welche während des Arbeitshubes des Kolbens durch die Wandungen (Kühlmantel) den arbeitenden Gasen sonst entzogen werden müssen, um die Ventile und Arbeitsflächen des Zylinders und Kolbens nicht durch zu hohe Temperaturen zu gefährden.

Das Arbeitsverfahren ist auf der Zeichnung durch Diagramme veranschaulicht, und zwar stellt Fig. ι das Diagramm einer Einzylindermaschine und Fig. 3 das Diagramm einer Verbundmaschine der Fig. 2 dar.

Die Arbeitsweise der Einzylindermaschine ist folgende:

Von ι bis 3 findet Verbrennung des Gemisches, und zwar je nach Umständen bei konstantem oder veränderlichem Druck statt.

Ist die Maschine einfachwirkend, so entspricht Punkt ι der inneren Kolbenstellung, bei einer doppeltwirkenden Maschine hingegen stellt dieser Punkt den Beginn des Arbeitshubes für jede Kolbenseite dar.

Von 3 bis 4 findet Expansion der gespannten Gase statt. Im Punkt 4 beginnt die Wassereinspritzung und dauert über den Totpunkt hinaus während des Rückhubes des Kolbens bis kurz vor Punkt 6 an. Im Punkt 4 entsteht eine beträchtliche Druckverminderung, die rechnerisch sich feststellen läßt. Das Auspuffventil wird während des Rückhubes bis Punkt 6 geschlossen gehalten. Vom Punkt 5 bis Punkt 6 des Diagrammes findet eine isothermische Verdichtung des Zylinderinhaltes statt. Im Punkte 6 werden das Auspuffventil und das Einlaßventil geöffnet. Von 6 bis 7 findet Auspuffen der verbrannten Gase und des Wasserdampfes statt und zugleich Einführung neuer Ladung bei Maschinen mit gasförmigen Brennstoffen oder reiner Luft bei Maschinen mit flüssigem Brennstoff.

Von 7 bis ι endlich wird die Ladung bezw. Luft verdichtet.

Die Arbeitsweise der Verbundmaschine (Fig. 2 und 3) ist folgende:

Um das Verfahren für Verbundmaschinen verwenden zu können, arbeitet der Niederdruckzylinder II im Zweitakt, und die beiden mit ihm an dieselbe Kurbelwelle angeschlossenen Hochdruckzylinder \^a und I* im Viertakt. Von ο bis 1 findet im .Hochdruckzylinder \^a Ansaugen von Luft oder Gemisch unter atmosphärischer Spannung statt, von 1 bis 2 Verdichtung, von 2 bis 3 Verbrennung entweder des Gemisches oder des allmählich auf dem Wege 2 bis 3 zugeführten Brennstoffes in der

verdichteten Luft; 3 bis 4 Expansion bis Hübende des Hochdruckkolbens. Von 4 bis ο Übertritt der verbrannten Gase in den Niederdruckzylinder. In diesem Zylinder verläuft während dieser Zeit die Spannung nach der Kurve 4' bis 5. Zu Ende der Gesamtexpansion, d. h. wenn der Niederdruckkolben in seiner untersten Totlage, der Hochdruckkolben \^a in seiner Höchstlage angekommen ist, oder auch

kurz vorher wird das Überströmventil vom Hochdruck- zum Niederdruckzylinder geschlossen und das Luft- bezw. Gemischeinlaßventil des Hochdruckzylinders I" wird geöffnet und in beide Zylinder wird Wasser eingespritzt (dies Wasser ist wie bei der Einzylindermaschine, einerlei, ob es atmosphärische oder höhere Temperatur besitzt, mit Rücksicht auf die Sättigungstemperatur des in den Verbrennungsgasen enthaltenen Wasserdampfes ver-

hältnismäßig hoch überhitzt, und diese Überhitzung hat zur Folge, daß ein Teil des eingespritzten Wassers explosionsartig verdampft, dabei den Rest fein zerstäubend); es findet im Niederdruckzylinder eine erhebliche Druckverminderung 5 bis 6 unter entsprechender Temperaturerniedrigung statt, im Hochdruckzylinder \^a lebhafte Abkühlung der Wandungen und dadurch Vergrößerung der angesaugten Luft bezw. Gemischmenge. Nachdem nun im Niederdruckzylinder während des Rückhubes die Einspritzung zwecks isothermischer Verdichtung andauert, wird im Punkte 7, der sich fast mit 1 deckt, die atmosphärische Linie erreicht, das Auspuffventil geöffnet und der Auspuff bewirkt.

Im Hochdruckzylinder dauert ebenfalls die Einspritzung während des Saughubes an, um die Wandungen möglichst zu kühlen.

In den Hochdruckzylindern \^a und I* wird abwechselnd, und zwar in dem einen Zylinder Luft bezw. Gemisch angesaugt und im anderen Zylinder das verdichtete Gemisch verbrannt und es findet die gemeinsame Expansion einmal in den Zylindern \^a und II, das andere Mal in den Zylindern I* und II statt.

Bei dieser Maschine wird direkt Wasser in den Zylinder gespritzt, welches beim Beginn der Einspritzung nur so weit verdampft, als den Sättigungsverhältnissen selbst entspricht; hierdurch wird, da die Einspritzung zu Ende des Arbeitshubes und während des Kolbenrückganges erfolgt, die untere Temperalurgrenze bis zu der praktisch möglichen Tiefe heruntergezogen, ferner aber wird die mittlere Temperatur der Zylinderwandungen gegenüber den gewöhnlichen Verbrennungskraftmaschinen derart heruntergezogen, daß der Kühlmantel weniger in Wirksamkeit treten bezw. vollkommen fortfallen kann.

Von bekannten Maschinen, bei denen die Einspritzung von Wasser in die entzündeten Gase während des Arbeitshubes erfolgt, unterscheidet sich die den Gegenstand der Erfindung bildende Maschine dadurch, daß bei dieser die Einspritzung von Wasser am Ende des Arbeitshubes und während des Auspuffes bezw. wäh- rend der Ansaugperiode geschieht.

Der arbeitende Körper muß, um bei Verbrennungsmaschinen das angestrebte Ziel höchster Ökonomie zn erreichen, während des eigentlichen Arbeitshubes möglichst vor Wärmeentziehung bewahrt werden; soll die mittlere Temperatur der Wandungen heruntergezogen werden, so muß die notwendige Wärmeentziehung zu einer Zeit geschehen, zu der sie nicht nur nichts schadet, sondern eher noch die Leistung des arbeitenden Körpers unterstützt (d. i. zu Ende der Expansion bei Einzylinder- und Verbundmaschinen und ferner während des Ansaugens im Hochdruckzylinder bei Verbundmaschinen, denn hierdurch wird das angesaugte Arbeitsgemisch vergrößert.

Claims

Patent-An Sprüche:

1. Ein Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen, gekennzeichnet durch eine zum Zwecke einer Steigerung des thermischen Wirkungsgrades bewirkte Wärmeentziehung bei annähernd konstantem Volumen durch Einspritzung von verhältnismäßig hoch überhitztem Wasser gegen Ende der Expansion mit darauf folgender isothermischer Verdichtung während des Kolbenrückhubes, wobei durch den beim Beginn der Einspritzung infolge der Überhitzung explosionsartig sich bildenden Dampf eine feine Zerstäubung des Wassers bewirkt wird.

2. Ein Arbeitsverfahren für Verbundmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Hochdruckzylinder Wasser am Ende des Überströmens eingespritzt wird, und diese Einspritzung während des ersten Teiles des Saughubes andauert, während in den Niederdruckzylinder Wasser am Ende der Expansion eingespritzt wird, und diese Einspritzung wahrend des Kolbenrückhubes so lange andauert, bis die Gase auf Atmosphärendruck verdichtet sind, worauf erst dann der Auspuff der Gase beginnt. ·

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.