DE155758C - - Google Patents

Description

uxeriial·

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Explosionskraftmaschinen, deren Wesen darin besteht, daß Gas oder Gasgemische, auch Luft in höchstverdichtetem Zustand in den Explosionsraum einer Explosionskraftmaschine unmittelbar am Schlüsse der Explosion, also in jenem Augenblick eingespritzt wird, in welchem die durch

ίο die Explosion bedingte höchste Druck- bezw. Temperatursteigerung erfolgt ist. Hierdurch wird die sonst an die Außenkühlung (meist Kühlwasser) abgegebene Wärme an das eingespritzte Mittel abgegeben, welches durch Druck bezw. Volumenvergrößerung die aufgenommene Wärme in Arbeit umsetzt.

Es wurde schon versucht, durch Einspritzen von Wasser die Explosionstemperatur herunterzudrücken. Auch ist bei Verbrennungskraftmaschinen Preßluft verwendet worden, welcher, mit dem Brennstoff gemischt, entweder vor oder nach dem Entflammungspunkt allmählich immer mehr Luft zugeführt wurde. Endlich ist noch ein Verfahren bekannt geworden, bei welchem die verdichtete erhitzte Luft zu ähnlichem Zwecke wie bei diesem Verfahren mit dem explosiven. Gasluftgemisch, aber schon im Augenblick der Zündung gemengt wird, so daß erstere die Zündung selbst beeinflußt.,, Diesen Verfahren gegenüber wird bei dem den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahren verdichtetes oder verflüssigtes Gas oder Gasgemisch oder Luft unmittelbar nach erfolgter Zündung und während einer kurzen Zeitdauer in den Explosionsraum gespritzt.

In den Zeichnungen ist eine Explosionskraftmaschine, welche nach diesem Verfahren arbeitet, veranschaulicht und es zeigt:

Fig. 1 die Maschine in Längsansicht, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 eine Vorderansicht der Maschine, Explosionskammer und Einspritzventil im Schnitt,

Fig. 3 schematisch die Anordnung eines mit der Maschine verbundenen Kompressors mit Druckbehälter,

Fig. 4 das schematische Diagramm der Maschine,

Fig. 5 das Diagramm des Kompressors; der Einfachheit halber ist hierbei der schädliche Raum vernachlässigt.

Die Explosionskraftmaschine besitzt einen Arbeitszylinder α, in welchem sich der Kolben b bewegt und eine Explosionskammer c. Durch die Leitung d gelangt das Luftgasgemisch aus der Mischkammer e, in welcher das Gas durch das Rohr f und das Ventil ν und die Luft durch Rohr g eintreten, in die Explosionskammer c. Außerdem ist ein Ventil h, das Einspritzventil für die verdichteten oder verflüssigten, nicht explosiblen Gase und dergl., angeordnet, dessen Leitung d in die Explosionskammer c mündet und dessen Ventilkegel selbsttätig von der Steuerwelle i geöffnet wird, um diesen Gasen den Eintritt in die Explosionskammer zu gestatten.

Das Einspritzmittel wird entweder einem

Behälter ο entnommen, wie es Fig. ι zeigt, oder die Explosionskraftmaschine ist mit einem Kompressor zur Erzeugung bezw. Verflüssigung der Einspritzmittel ausgestattet, wie es die schematische Skizze in Fig. 3 zeigt. In dieser bedeutet α den Arbeitszylinder, h das Einspritzventil, η den Druckbehälter und i den von der Kurbelwelle m angetriebenen Kompressor. Der Behälter n, in welchem das Einspritzmittel gefördert wird, dient sowohl als Aufspeicherungsorgan als auch als Druckregler.

Ist die Explosionskraftmaschine mit dem Kompressor beispielsweise direkt gekuppelt und arbeitet die Maschine beispielsweise im Viertakt, wie es Fig. 3 zeigt, so ist der Arbeitsvorgang folgender:

Denkt man sich die Maschine im Beharrungszustand , also den Behälter η mit verdichtetem Gas oder dergl. von der Spannung p_s (Fig. 5) versehen, welche durch den Kompressor auf gleicher Höhe gehalten werden kann, so werden, da das Einspritzen der verdichteten Gase erst am Ende der Explosion erfolgt, die ersten zwei Kolbenhübe mit denen einer Viertaktmaschine übereinstimmen. Bewegt sich also der Kolben in der Pfeilrichtung ι (Fig. ι und 4), so werden die explosiblen Gase (Leuchtgas, Generatorgas, Sauggas, Benzin, Petroleum, Spiritus, Dampf usw.) durch Rohr f und Ventil ν angesaugt und gelangen von hier in die Mischkammer e, wo sie sich mit der durch die Leitung g einströmenden Luft mischen und als explosibles Gemisch in den Explosionsraum und bei der Weiterbewegung des Kolbens auch in den Arbeitszylinder α der Maschine gelangen. Im Diagramm (Fig. 4), in welchem C D den ganzen Kolbenhub vorstellt, wird dieser Vorgang (von allen Widerständen abgesehen) als eine zur Abszissenachse O X parallele Gerade ρ q r dargestellt. Die Temperatur sei am Ende des Kolbenhubes T₀ und die Spannung gleich der äußeren Atmosphäre p₀.

Beim nächsten Kolbenhub in der Richtung des Pfeiles 2 findet, wie üblich, die Verdichtung statt, wodurch sowohl der Druck p₀ als auch die Temperatur T₀ steigen, bis im Punkt t der Druck den Wert P₁ und die Temperatur T₁ erreicht. Ist der Kolben in diesem Punkte (also an seinem Hubende) angelangt, so wird durch eine beliebige Zündvorrichtung das Gemisch zur Explosion gebracht, wodurch sowohl der Druck als auch die Temperatur des Gemisches steigen. Diese Zustandsänderung des explodierten Gemisches ist durch die im Diagramm (Fig. 4) zur Ordinatenachse OY parallele Gerade tu dargestellt. Die durch die Explosion hervorgerufene Drucksteigerung erreicht im Punkte u (Fig. 4) den Wert p._it und die entsprechende Temperatur sei T₂. In diesem Punkte u findet nun die Einführung der Luft bezw. des Gases statt. Zu diesem Zwecke wird durch Vermittlung der Steuerwelle i (Fig. 1 und 2) und entsprechender Hebelübersetzung das Einspritzventil h geöffnet und das im Behälter η durch den Kompressor auf die Spannung p₃ gebrachte Gas und dergl. plötzlich in den Explosionsraum eingespritzt, wobei vorausgesetzt ist, daß der Kompressor einen entsprechenden Überdruck über den Explosionsdruck im Arbeitszylinder herstellt.

Da die Temperatur T₂ der eingespritzten Gase durch eine etwaige Kühlung auf einer den praktischen Bedürfnissen angepaßten Höhe gehalten werden kann, so findet jetzt ein Wärmeaustausch zwischen den explodierten und den eingespritzten Gasen statt, und zwar derart, daß die ersteren den letzteren einen Teil ihrer Wärme -abgeben. Mit diesem Wärmeaustausch ist aber gleichzeitig eine Druckvermehrung verbunden, da sich das Gewicht der an der Expansion teilnehmenden Arbeitsmittel bei gleichem Volumen vermehrt hat. Bei der relativen Kürze der Einspritzperiode kann dieser Vorgang, von allen Widerständen abgesehen, durch eine zur Ordinatenachse O Y parallele Gerade u χ (Fig. 4) dargestellt werden. Im Punkte χ hat sich also einerseits die Temperatur T₂ auf den Wert T₃ erniedrigt, anderseits der Druck ρ auf den Wert p₃ erhöht. Diese Werte können durch Veränderung der Einspritzmenge in praktisch genügend weiten Grenzen verändert werden. Der größte Teil jener Wärme, die bei anderen Maschinen ins Kühlwasser geht, wird bei der nun folgenden Expansion der Gase durch den Hingang des Kolbens in der Richtung des Pfeiles 1 (Fig. 1 und 4) infolge der Druckvergrößerung zur Arbeitsleistung verwendet. Im Diagramm (Fig. 4) ist die Expansionskurve durch die Linie xy \ dargestellt. Ist der Kolben an seinem Hubende angelangt, so öffnet sich das Auslaßventil k, wodurch bei dem nun folgenden Kolbenrückgang in der Richtung des Pfeiles 2 die verbrannten und eingespritzten Gase zum größten Teile ausgeblasen werden, welcher Vorgang im Diagramm durch die zur Abszissenachse parallele Gerade r qp dargestellt erscheint.

Mit dem nächsten Kolbenhub beginnt dieser Kreisprozeß von neuem.

In Fig. 5 ist das Kompressordiagramm ohne Berücksichtigung des schädlichen Raumes dargestellt. Dabei bedeutet O F den Kolbenweg des Kompressors, \_λΥχΧ_χ die Verdichtungskurve und X₁ Ii₁ die Förderperiode des verdichteten Gases oder dergl. in den Explosionsraum. Die Einrichtung kann aber auch so getroffen werden, daß das einzuspritzende

verdichtete oder verflüssigte Gas bezw. Gas-

- gemisch oder dergl., wie es Fig. ι zeigt, einem Behälter 0 entnommen werden kann, oder daß ein von der Explosionskraftmaschine unabhängig betriebener Kompressor die Verdichtung bezw. Verflüssigung des Gases auf die Spannung p_s besorgt. In den beiden letzten Fällen entfällt das in Fig. 5 gezeichnete Diagramm für den Kreisprozeß.

Schließlich ist im Diagramm (Fig. 4) noch die Expansionslinie u w einer Viertaktmaschine gewöhnlicher Art dargestellt. Würde die Einspritzung in irgend einem anderen als in dem bezeichneten Zeitpunkt erfolgen, so wäre, abgesehen von der geringeren Mitarbeit des eingespritzten Mittels, aus praktischen Rücksichten eine anderweitige Kühlung (Wasser) bis zu dem Punkte der Einspritzung (M oder A) erforderlich, wodurch der angegebene Zweck unerfüllt bliebe.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades von Explosionsmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar am Ende der Explosion komprimierte oder verflüssigte Luft, bezw. komprimierter oder verflüssigte, nicht explosible Gase oder Gasgemische mit niedriger Temperatur in den Explosionsraum eingespritzt werden, so daß einerseits die explodierten Gase abgekühlt werden, anderseits die von ihnen an die eingespritzte Luft oder dergl. übertragene Wärme durch Expansion der Luft oder dergl. in Arbeit umgesetzt wird.
2. 2. Zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 eine Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Explosionsraume (c) ein von der Steuerwelle (i) des Motors gesteuertes Ventil (h) in Verbindung steht, durch welches die verflüssigte oder komprimierte Luft oder dergl. in den Explosionsraum eingespritzt wird, wobei diese entweder einem Behälter (o) entnommen oder durch einen mit dem Motor gekuppelten oder anderweitig betriebenen Kompressor komprimiert bezw. verflüssigt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.