DE147474C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

KLASSE

Bei den meisten Explosionskraftmaschinen tritt der größte Druck ganz in der Nähe des toten Punktes auf oder im Totpunkt selber. Da in diesem Punkte eigentlich noch kein Drehmoment vorhanden ist, setzt sich der größte Teil der in der Nähe des Totpunktes geleisteten Arbeit in Lagerreibungsarbeit um, welcher Umstand den Wirkungsgrad dieser Maschinen ungünstig beeinflußt.

ίο Je höher der Verdichtungsdruck und mithin auch der Explosionsdruck wird, desto ungünstiger werden diese Verhältnisse.

Kühlung während der Verdichtung kann bei den meisten dieser Maschinen überhaupt nicht verwendet werden; in den Verdichtungsräumen bleiben Verbrennungsrückstände zurück, welche die neue Mischung verschlechtern. Bei geringen Belastungen also geringem Brennstoffverbrauch wird der Wirkungsgrad noch bedeutend verringert.

Den Gegenstand der Erfindung bildet nun eine Maschine, bei welcher den Übelständen dadurch abgeholfen werden soll, daß der Kolben oder eine denselben verlängernde Flüssigkeit bis dicht an das Zylinderende reicht, so daß ein möglichst kleiner schädlicher Raum bleibt. Die Verdichtung der Ladung oder ihrer Bestandteile erfolgt außerhalb des Arbeitszylinders.

Fig. ι zeigt eine solche Maschine.

In dem Arbeitszylinder 1 bewegt sich der Kolben 2, welcher seine Bewegung in gewöhnlicher Weise auf eine Kurbel überträgt. Dieser Zylinder ist mit einer normalen Dampfmaschinensteuerung versehen; 3,4 sind die Auspuffventile, 5, 6 die Einlaßventile, welche von einem Regler beeinflußt werden, welcher annähernd von ο bis ¹J₅ Füllung zuläßt. 7 ist ein Hauptabsperrventil. An die verlängerte Kolbenstange des Kolbens 2 ist die Pumpe 8 angekuppelt, welche mit Saugventilen 9, 10 und Druckventilen 11, 12 ausgerüstet ist. Die Maschine soll mit Gas betrieben werden. 13 ist ein Mischventil, 14 ein einstellbares Ventil für den Gaseinlaß, 15 ein solches für den Lufteinlaß. 16 ist ein Behälter, in welchen die Pumpe 8 das Gemisch befördert. Der Druck in diesem Behälter entspricht dem Verdichtungsdrucke. Direkt mit den Einströmventilen ist eine Zündvorrichtung (gesteuertes Glührohr oder elektrischer Zünder) in der Weise verbunden, daß beim Schluß des Einströmventils die Zündung herbeigeführt wird. Zünder und Einströmventil sind deshalb gekuppelt.

Wenn sich die Kurbel in der gezeichneten Stellung befindet und Ventil 7 geöffnet wird, wird sich die Maschine sofort in Bewegung setzen, und zwar zuerst durch den Druck des Gemisches und dann durch den Explosionsdruck, da beim Schlüsse des Ventils 6 sofort Zündung erfolgt. Kurz vor Hubende wird das Auspuffventil 4 geöffnet, welches nach Hubwechsel fast den ganzen Rückhub offen bleibt und sich kurz vor der Wieder-Öffnung des Ventils 6 schließt. Derselbe Vorgang spielt sich auf der anderen Seite ab.

Die Maschine läuft nun mit .der größten Füllung, welche der Regler gestattet, so lange weiter, bis sie ihre volle Geschwindigkeit erreicht hat. Der Regler stellt dann den Füllungsgrad entsprechend der Belastung der

Maschine ein. Wenn die Maschine nicht bis zur Grenze belastet ist, wird der Druck im Behälter 16 ansteigen, da die Pumpe mehr fördert, als die Maschine braucht. Behälter 16 muß daher mit einer Regelungsvorrichtung versehen sein, welche die Pumpenleistung in den richtigen Grenzen hält.

Während des Auspuffes wird bei dieser Maschine so viel Wasser zugeführt, als zur

ίο Kühlung erforderlich ist. Das überflüssige Wasser wird beim Auspuff durch das Auspuffventil ausgestoßen. Sobald sich das Auspuffventil schließt, öffnet sich das Einströmventil. Das neu zugeführte Wasser kann gegen das Einströmventil gesprizt werden und schleierförmig an der Wand herunterfließen.

Durch richtige Aufeinanderfolge in der Zeit und entsprechender Voreinströmung ist man in der Lage, den schädlichen Raum vollkommen zu vermeiden und auch die hinter dem Einströmventil liegenden Räume (hauptsächlich den Ventilsitz) für eine kurze Zeit unter Wasser zu setzen.

Diese Anordnung ermöglicht es, selbst bei der geringsten Füllung ohne Druckverlust erst dann zünden zu müssen, wenn die Kurbel bereits einen viel größeren Weg zurückgelegt hat, als der Füllung entsprechen würde.

Aus Diagramm Fig. 2 ist dieser Vorgang genauer ersichtlich.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, wie es die Maschine bei annähernd Vollbelastung liefert. Die punktierten Linien stellen das theoretische Diagramm unter Annahme unendlich schneller Verbrennung dar. Das mit vollen Linien gezeichnete Diagramm ist das von der Maschine gewonnene, welches nicht in eine Spitze ausläuft, da die Kolbengeschwindigkeit zurzeit der Zündung schon eine ganz erhebliche ist und die Verbrennung nicht augenblicklich erfolgt.

Es sei hier angenommen, die Maschine arbeitet mit '/₄ von der im Diagramm Fig. 3 gezeichneten Füllung; diese Füllung entspricht aber noch immer einer nützlichen Belastung von etwa 30 Prozent, ist also noch lange nicht die Füllung für Leerlauf der Maschine.

Außerdem entspricht diese Füllung etwa 3,2 Prozent des Kolbenweges, ist also genau so groß wie der schädliche Raum einer normalen Dampfmaschine. Bei einer Maschine mit schädlichem Räume müßte man die Fül-

- lung plötzlich zulassen und im toten Punkt entzünden, wenn der Druck im Augenblick der Zündung 8 Atm. betragen sollte. Da bei einer so geringen Füllung der Druck ganz schnell abfällt, würde man eigentlich nur Lagerreibung erzeugen; der mechanische Wirkungsgrad würde ein sehr schlechter sein und die Maschine sehr hart laufen.

Bei dieser Maschine mit einer Flüssigkeitssäule am Kolben wird Auspuffventil 4 in der im Diagramm Fig. 2 mit 21 bezeichneten Kurbelstellung geschlossen; in diesem Augenblick hat der Flüssigkeitsspiegel die Linie 22 (vergl. Fig. 4) erreicht. Bei der Kurbelstellung 23 öffnet sich das Einlaßventil 6. Während dieser Zeit ist der Flüssigkeitsspiegel unmerklich gestiegen und hat die geringe Menge Rückstände, welche sich über denselben befinden, wenig verdichtet, aber nicht so weit, daß nicht sofort beim Öffnen von Ventil 6 entweder frisches Gemisch oder Flüssigkeit in diesen Raum eindringen würde. Jedenfalls werden die Rückstände sofort derart gekühlt, daß Zündung des frischen Gemisches daran nicht erfolgt. Nun bewegt sich der Kolben weiter bis in seine Totpunktlage und drückt einen Teil Flüssigkeit in den Raum über das Ventil 6, etwa bis zur Linie 24. Wenn man die zu ersetzende Flüssigkeit oder einen Teil derselben in den Raum 25 nachfüllt, kann der Winkel χ (Fig. 2) für die Voreröffnung des Ventils 6 und auch der für den Frühschluß des Auspuffventils kleiner werden.

Das Nachfüllen in den Raum 25 geschieht mittels Druck während des Auspuffes und eines Teiles der Expansion. Beim Öffnen des Einlaßventils 6 strömt dann zuerst das Wasser in die Maschine und darauf das Gas. Erst bei der Kurbelstellung 26 erreicht der Flüssigkeitsspiegel wieder die Linie 22 und erst jetzt beginnt die eigentliche Füllung bis zur Kurbelstellung 27, in welcher Stellung Schluß des Ventils 6 und dadurch Zündung erfolgt, wobei der Flüssigkeitsspiegel etwa die Linie 28 erreicht hat.

Infolge der endlichen Verbrennungsdauer des Gemisches und der bei dieser Kurbelstellung bereits verhältnismäßig schnellen Kolbenbewegung wird der höchste Diagrammdruck keinenfalls vor der Stellung 29 eintreten.

Bei noch geringerer Füllung und Schnelllaufen wird sich das Diagramm immer mehr verflachen.

Bei dieser Maschine ist jede beliebige Verdichtungshöhe des Gemisches zulässig und "wird auch bei Füllung unter 1 Prozent (auf verdichtetes Gemisch bezogen) die Steuerung noch ordnungsmäßig wirken, da man für die geringste Ventilhebungsdauer immer noch einen verhältnismäßig großen Kurbelwinkel als minimalen annehmen kann.

Der Winkel zwischen den Kurbelstellungen 23 und 26 entspricht der ο-Füllung. Wenn die Maschine nicht besonders belastet ist, wird der Wirkungsgrad der Ladepumpen sinken.

Für größere Anlagen (Kraftzentralen u. a.) kann es sich daher empfehlen, die Lade-

pumpen unabhängig von den Maschinen anzutreiben.

In einem solchen Falle werden schwach belastete Maschinen mit außerordentlich geringer Füllung laufen können.

Um den Einfluß der schädlichen Räume bei den Ladepumpen zu verringern, kann man' diese gleichfalls mit Flüssigkeitskolben versehen, oder man läßt sie bei geringer Leistung ίο entsprechend langsamer laufen.

Die Umdrehungszahl derselben kann durch einen Druckregler, welcher auf die Steuerung der Antriebsmaschine einwirkt, bestimmt werden. Dieser Druckregler besteht aus einem Kolben, Membran oder dergl., auf welchen der Druck der Gemischbehälter oder getrennte Luft- und Gasbehälter einwirken.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Explosionskraftmaschine mit Flüssigkeitssäule am Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor Hubende des rückwärts sich bewegenden Kolbens das Auspuff ventil geschlossen und gleichzeitig das Einlaßventil geöffnet wird, hinter welches die Rückstände und ein Teil der Flüssigkeit aus dem Explosionsraum gedrängt werden, so daß bei Umkehr des Kolbens die Flüssigkeit zunächst in den Explosionsraum zurückfließt und die Füllung des letzteren mit verdichtetem Gemisch erst bei einem günstigen Kurbelwinkel beginnen kann.
2. 2. Eine" Explosionskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kurz vor Beendigung des Auspuffhubes ein Teil der Flüssigkeit durch das Auspuffventil abfließt und die Flüssigkeit entweder durch Einspritzen in den Explosionsraum während des Auspuffhubes oder durch Einführen in den Raum über dem Einlaßventil erneuert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.