DE265333C

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Publication number: DE265333C
Application number: DENDAT265333D
Authority: DE

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Erfindung besteht in einem Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß bei normaler Maschinenleistung eine brennstoffarme Gemischmenge durch den Kolben angesaugt wird, und daß das am Ende des Saughubes eingeführte Antriebsmittel, das entweder aus Brennstoff allein oder aus Brennstoff gemischt mit Luft besteht, auf eine

ίο Temperatur abgekühlt wird, die etwa der Kühlmitteltemperatur gleichkommt.

Das Kühlen kann dadurch bewirkt werden, daß man das Wasser oder sonstige Kühlmittel direkt mit der erhitzten Gemischmenge in Berührung bringt, oder indem man die er- ^ hitzte Gemischmenge mit durch Wasser ge-P kühlte Flächen in Berührung bringt. Esempfiehlt sich, das zusätzlich eingeführte gasförmige Antriebsmittel so nahe als möglich auf die Temperatur des Kühlwassers abzukühlen; bevor sie in den Arbeitszylinder eingeleitet wird.

Gemäß der Erfindung ist eine beträchtliche Kühlung erforderlich, und um dies zu erreichen, sind größere Flächen notwendig. Es ist sehr wesentlich, daß das zusätzlich eingeführte Antriebsmittel bis auf eine wesentlich unter der Temperatur der angesaugten Ladung liegende Temperatur abgekühlt und bei Beendigung oder kurz vor Beendigung des Saughubes eingelassen wird. Maschinen, bei denen nur eine geringe Kühlung der zusätzlichen Ladung stattfindet, bilden keinen Teil der Erfindung.

Die Temperatur der Arbeitsladung in dem Zylinder einer gewöhnlichen Verbrennungskraftmaschine vor Beginn der Kompression hat einen großen Einfluß auf die Arbeitstemperaturen sowohl während der Kompression als während des ganzen Verbrennungs- oder Krafthubes. Z. B. ist bei einer gewöhnlichen Viertaktmaschine die Saugtemperatur bei Beendigung des Saughubes selten geringer als 80 ° C. und steigt oft bis über 100⁰C.

Besitzt die zusätzliche Gemischmenge ungefähr die Temperatur des Kühlmittels, so wird die Temperatur der angesaugten Ladung durch die Einführung des zusätzlichen Antriebsmittels beim Beginn des Kompressionshubes erheblich vermindert.

Infolge dieser Temperaturverringerung wird trotz der Drucksteigerung vor Beginn des Kompressionshubes eine Herabminderung der maximalen Verbrennungstemperatur auf eine viel niedrigere Temperatur, beispielsweise auf 1200 bis 1300 ° C, erreicht. Außerdem wird ein Wärmegewinn bei dem Krafthube erzielt, welcher bedeutend größer ist als der durch die Kühlung des zusätzlich eingeführten Antriebsmittels hervorgerufene Wärmeverlust.

Es leuchtet ein, daß, wenn äußer der angesaugten Ladung kein gekühltes, gasförmiges Antriebsmittel in den Arbeitszylinder einer Maschine der oben angegebenen Gattung eingeleitet wird, die Höchsttemperatur der Verbrennung viel höher liegen wird als die oben angegebene Höchsttemperatur, nämlich etwa 1200 oder 1300° C, und da es nicht wirtschaftlich ist, das zusätzliche, gekühlte, gasförmige Antriebsmittel bei allen Belastungen der Maschine einzuführen, so sind Mittel vorgesehen, um, wenn die Belastung .der Ma-

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schine diejenige Belastungsgrenze, bei welcher das Einlassen des zusätzlichen, gasförmigen Antriebsmittels zuerst· beginnt, nicht übersteigt, die höchste Verbrennungstemperatur herabzumindern.

Zweckmäßig wird das zusätzlich eingeführte und gekühlte gasförmige Antriebsmittel · nur dann in einen Arbeitszylinder^: eingelassen, wenn eine vorher bestimmte, unterhalb der

ίο Maximalbelastungsgrenze liegende Belastungsgrenze überschritten wird, und wird der Betrag des zugeführten Antriebsmittels entsprechend der Belastung geregelt, so daß bei der Maximalbelastung der Höchstbetrag eingelassen wird. Solange die Belastung der Maschine eine vorher bestimmte Grenze nicht übersteigt; wird kein gasförmiges Antriebsmittel eingelassen.

Die Regelung der Maschine erfolgt zweckmäßig, jedoch nicht notwendigerweise ■ durch Drosseln, und die oben erwähnte Belastungsgrenze liegt gewöhnlich etwas unterhalb der vollen Belastung einer gewöhnlichen Maschine (ohne Zuführung eines gasförmigen Antriebsmittels), so daß die höchste ■Verbrennungstemperatur bei der vorher bestimmten Grenze die höchste Verbrennungstemperatur bei Maximalbelastung mit maximaler Zufuhr eines gekühlten gasförmigen Antriebsmittels nicht übersteigen wird.

In gewissen Fällen entspricht der Punkt, bei welchem ein zusätzliches, gekühltes, gasförmiges Antriebsmittel in den Arbeitszylinder eingelassen wird, der vollen Belastung der Maschine (ohne irgendwelche Zuführung von gasförmigen Antriebsmitteln), wobei während des gewöhnlichen Saughubes eine an Brennstoff arme Mischung in den Arbeitszylinder eingesaugt wird, um eine maximale Verbrennungstemperatur zu erhalten, welche nicht höher ist als die bei voller Belastung mit maximaler Zuführung von gekühltem, gasförmigem Antriebsmittel gewünschte Temperatur.

In einem solchen Falle empfiehlt es sich, daß das zugeführte gekühlte, gasförmige Antriebsmittel (wenn dasselbe eine Mischung aus Gas und Luft ist) mehr Gas als gewöhnlich enthält, so daß die einzelnen Bestandteile der endgültigen Mischung im richtigen Verhältnis zueinander stehen und die Mischung bei maximaler Belastung vor der Zündung die erforderliche Stärke hat. Irgendein geeigneter Mechanismus oder ein Ventil kann benutzt werden, um dies zu erreichen.

Ist das zusätzlich eingeführte gekühlte Antriebsmittel Gas, so entspricht der Punkt, bei welchem es eingelassen wird, zweckmäßig der vollen Belastung der Maschine (ohne Zuführung eines gasförmigen Antriebsmittels), wobei während des gewöhnlichen Saughubes der Maschine eine schwache Mischung von Gas und Luft in den Arbeitszylinder eingesaugt wird. Die gewöhnliche Gaszufuhr wird in einem solchen Falle zweckmäßig selbsttätig entsprechend der Zuführung von gekühltem, gasförmigem Antriebsmittel zu der Arbeitsladung verringert, wodurch die Mischung die' richtige Zusammensetzung erhält.

In gewissen Fällen wird das gasförmige Treibmittel zuerst in einen Behälter oder in mehrere Behälter geleitet, bevor es in den Arbeitszylinder eingelassen wird> und die erforderliche Kühlung kann dann dadurch erzielt werden, daß man geeignete, durch Wasser gekühlte Flächen entweder in den oder um die nach den Zylindern oder Behältern (wenn solche benutzt werden) oder nach beiden führenden Rohre anordnet.

Die Erfindung kann bei jeder Viertaktmaschine benutzt werden, bei welcher die Λ der Verbrennungsseite eines Arbeitskolbens ^ gegenüberliegende Seite dazu benutzt wird, das gasförmige Antriebsmittel in einen oder mehrere Arbeitszylinder zu pumpen. Das gekühlte, gasförmige Antriebsmittel kann. entweder direkt oder durch einen oder mehrere Behälter nach den Arbeitszylindern geleitet werden.

Der Zweck der Erfindung ist, eine einfach wirkende Viertaktmaschine ohne irgendwelche wesentliche Gewichtssteigerung in den Stand zu setzen, daß sie eine Überlastung von etwa 50 Prozent der vollen normalen Belastung überwinden kann. Hierbei entspricht die volle ■Belastung einer gewöhnlichen Maschine ²J₃ der höchsten Belastung der die Erfindung bildenden Maschine, während der Brennstoffverbrauch und der mechanische Wirkungsgrad bei ²/₃ Belastung gleich sind denen der vollen Belastung einer gewöhnlichen Maschine.

Die die Erfindung bildende Maschine ist als Λ vertikale Tandemmaschine ausgeführt, bei wel- ™ eher der Raum zwischen dem oberen Kolben und dem Deckel des unteren Zylinders geschlossen ist, so daß der obere Kolben das zusätzliche, gasförmige Antriebsmittel in den Arbeitszylinder pressen kann. Bei nach dem einfach wirkenden, im Viertakt arbeitenden Tandemmaschinen findet bei jeder Umdrehung eine Explosion statt, und da der obere Kolben bei jeder Umdrehung sich einmal abwärts bewegt, wird das zusätzliche, gasförmige Antriebsmittel abwechselnd bei jeder Umdrehung einmal nach jedem Zylinder gepumpt. Gewünschtenfalls kann der obere Kolben dazu benutzt werden, bei allen Belastungen das zusätzliche, gasförmige Antriebsmittel nach dem Arbeitszylinder zu leiten, aber im allgemeinen empfiehlt es sich, wenn eben möglich, der Ladung kein zusätzliches Antriebsmittel zu- , zuführen, wenn die Belastung der Maschine

geringer ist als die normale Vollbelastung, da hierdurch der beste und wirtschaftlichste Erfolg erzielt wird.

Das zusätzliche, gasförmige Antriebsmittel wird vermöge irgendeines geeigneten Ventils in den Arbeitszylinder eingelassen. Das Ventil reguliert den Betrag des der Arbeitsladung zugeführten zusätzlichen, gasförmigen Antriebsmittels derart, daß der zur Verfügung stehende

ίο mittlere Druck in dem Zylinder vergrößert wird.

Es erhellt, daß der Raum zwischen der Unterseite des oberen Kolbens und dem Deckel des unteren Zylinders so gewählt werden kann, daß der Arbeitsladung zusätzliches, gasförmiges Antriebsmittel bis zu 50 oder 60 Prozent oder sogar mehr zugeführt werden kann.

Auf der Zeichnung, welche einen vertikalen Schnitt der Maschine darstellt, sind die tandemartig angeordneten Arbeitszylinder mit α und b bezeichnet. Die beiden Kolben c und c¹ sind an einer gemeinsamen Kolbenstange d angeordnet. Die Stange j>- verbindet die Kolben mit einer nicht veranschaulichten Kurbelwelle. Der Kompressionsraum a¹ wird dadurch gebildet, daß das Ende des Zylinders a durch den Deckel des Zylinders b geschlossen wird, e und e¹ sind die gewöhnlichen Einlaßventile der Maschine und f, f¹ die Auspuff ventile der beiden Arbeitszylinder. Die Seitenwelle q ist mit zwei Daumen q¹ ausgerüstet, welche durch Verbindungsstangen k² und Gelenke die Überströmventile k und k¹ steuern. Letztere sind so ausgebildet, daß sie immer zu einer bestimmten Zeit und um einen bestimmten Betrag geöffnet werden, gleichgültig, ob in den Arbeitszylinder eine zusätzliche . Ladung eingelassen wird oder nicht. Auf der Daumenwelle q befinden sich ebenfalls die Auspuff ventile f, f¹ steuernde Daumen q².

• Die gewöhnlichen Einlaßventile e und e¹ werden in ähnlicher Weise durch einen nicht veranschaulichten, ebenfalls auf der Daumenwelle q angeordneten zweiten Daumen gesteuert. Das Ventil g¹ ist ein Rückschlagventil. Es öffnet sich selbsttätig während des Aufwärtshubes des oberen Kolbens, wobei die zusätzliche Ladung in den Pumpenraum gesaugt wird. Bei dem Abwärtshub des KoI-bens schließt sich das Ventil g¹ selbsttätig. Das Ventil η ist ebenfalls ein selbsttätiges Rückschlagventil, welches von einem Regulator beherrscht wird.

Zur Kühlung der zusätzlichen Ladung ist der Behälter * mit Vorrichtungen i¹, i¹ ausgerüstet, welche aus Rohren I bestehen, durch welche das gasförmige Antriebsmittel strömt. Diese Rohre reichen in eine Kammer 2, durch welche Wasser zirkuliert. Die Rohre i² Und i³ dienen zur Zu- und Ableitung des Kühlwassers. ....■·

Das Rohr h befördert das zusätzliche, gasförmige Antriebsmittel aus dem Pumpenraum in den Behälter i, welcher durch die Rohre j und j¹ mit den gesteuerten Ventilen k und k¹ verbunden ist. Die Rohre m und m¹ veranschaulichen die Verbindungen nach der das Regulierventil η enthaltenden Ventilkammer. Das Ventil η wird vermittels einer Stange n¹ von dem nicht veranschaulichten Regulator beeinflußt. Die Rohre m und m¹ sind derart angeordnet, daß das Gas und die Luft bis in den oberen Teil des Ventilgehäuses hinauf voneinander getrennt werden. Wird dagegen nur Luft oder nur Gas allein als zusatzliehe Ladung verwendet, so kann die die Rohre m und m¹ voneinander trennende Scheidewand w² fortgelassen werden, da sie in diesem Falle nicht erforderlich ist.

Die Menge der nach jedem Arbeitszylinder geleiteten zusätzlichen Ladung wird entsprechend der Überlastung der Maschine dadurch bestimmt, daß während des Saughubes mehr oder weniger Gemisch in den zwischen der Unterseite des oberen Kolbens c und dem Deckel des unteren Zylinders b befindlichen Raum a¹ gesaugt und in diesem verdichtet wird.

Folglich wird, sobald die Belastung der Maschine geringer ist als die normale und das Ventil η durch den Regulator vollständig geschlossen gehalten wird, überhaupt kein gasförmiges Antriebsmittel nach dem Raum a¹ geleitet, wobei etwa in dem letzteren sich befindendes Antriebsmittel komprimiert wird, welches ein Kissen für die sich abwärts bewegenden Kolben bildet. Sobald jedoch die normale Belastungsgrenze überschritten wird, wird das Ventil η durch den Regulator und die Verbindungsstange fi¹ entsprechend dem erf orderliehen Betrag von zusätzlichem, gasförmigem Antriebsmittel geöffnet, wodurch ein der Öffnung des Ventils η entsprechender Betrag von zusätzlichem Antriebsmittel durch eins der Ventile k oder k¹ (je nachdem, welches von beiden sich gerade öffnen muß) geleitet und somit am Ende des gewöhnlichen Saughubes eine zusätzliche Ladung eingelassen wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Arbeitsverfahren für Viertaktverbrennungskraftmaschinen, bei denen bei normaler Maschinenleistung eine brennstoffarme Gemischmenge durch den Kolben angesaugt und durch den Regler eine geringere oder größere brennstoffreiche Gemischmenge bei oder kurz vor Beendigung des Saughubes zum Zweck vorübergehender Erhöhung der Maschinenleistung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzlich eingeführte Antriebsmittel, das aus Brennstoff allein oder aus Brennstoff

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mit wenig Luft besteht, auf eine Temperatur abgekühlt wird, die etwa der Kühlmitteltemperatur gleichkömmt.
2. Tandemverbrennungskraftmaschine zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Kolben (c) Brennstoff bzw. ein Gemisch von Brennstoff und Luft am Ende jedes Saughubes durch ein Rohr (h), einen Behälter (i) mit großen Wässerkühlern (i¹) und Rohre (j, j¹) abwechselnd zu den Zylindern (a, b) drückt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.