DE311438C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Sauerstoffarme Gasgemische von Stickstoff und Kohlensäure finden in der Technik Anwendung bei Anlagen zur feuer- und explosionssicheren Lagerung von feuergefährlichen Flüssigkeiten, wie Benzin, Benzol, Spiritus u. dgl., um die Hohlräume in dem Lagerbehälter über der Flüssigkeit mit diesen Gasen auszufüllen. Mit Vorteil gewinnt man diese Gasgemische bei der arbeitsleistenden Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes in einem Verbrennungsmotor. Die dabei gewonnene Arbeit wird dazu benutzt, um die Abgase in einem verdichteten Zustand in einem Sammelbehälter aufzuspeichern.

Derartige Schutzgaserzeuger sind bekannt und bestehen im wesentlichen aus einem Verbrennungsmotor und damit angetriebenem Gaskompressor. Im Verbrennungszylinder wird Arbeit geleistet, während im Kompressionszylinder die durch Wärme geleistete Arbeit wieder in Kompressionsarbeit umgesetzt wird.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden

Erfindung spielen sich diese Vorgänge in einem einzigen Zylinder ab. Dadurch wird die Maschine einfacher und billiger, aber auch ihr Nutzeffekt wird gesteigert.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht nun darin, daß die Verbrennungsgase nach erfolgter Expansion in demselben Zylinder einer neuerlichen Kompression ausgesetzt werden, worauf die hochverdichteten Gase über ein unter bestimmtem Überdruck stehendes Rückschlagventil und einen Druckregler in einen Sammelbehälter gefördert werden.

Zur Ausführung dieses Verfahrens dient ein Verbrennungsmotor, der sich von der üblichen Bauart dadurch unterscheidet, daß am Arbeitszylinder statt eines Auspuffventils deren zwei vorhanden sind.

Es ist zwar die Verwendung von zwei Auspuffventilen bei Schutzgasmaschinen bereits bekannt, bei dieser bekannten Art von Schutzgasmaschinen wird jedoch in der Weise gearbeitet, daß knapp vor dem Ende der Expansionsperiode die Schutzgase mit höherer Auspuff spannung über einen Kühler in einen besonderen Kompressor abgeblasen und hier verdichtet werden. Am Ende der Expansionsperiode schließt sich das Ventil und öffnet sich gleichzeitig das normale Auspuff ventil. Während der gesamten Auspuffperiode wird in diesem Falle das fast gänzlich entspannte Verbrennungsgas im Verbrennungszylinder in die freie Atmosphäre ausgeschoben.

Im Gegensatze hierzu folgt bei der Einrichtung, die den Gegenstand der Erfindung bildet, der Expansion der Verbrennungsgase unmittelbar deren Kompression, und zwar in ein und demselben Arbeitszylinder.

In den Fig. 1 und 4 der Zeichnung sind

zwei Ausführungsformen der Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die Fig. 2 und 3 bzw. 5 und 6 zeigen die zugehörigen Diagramme. α ist der Zylinder des Verbrennungsmotors, b der Kolben, g die Kurbelwelle, c das Ansaugventil, k das erste Auspuffventil, an das eine Rohrleitung h angeschlossen ist, die zu einer Kühlschlange und von hier zu einem Gassammler führt; i ist ein Rückschlagventil, welches nach dem ersten Auspuffventil k eingeschaltet ist, und d das normale Auspuffventil, das die Auspuffgase in die freie Atmosphäre abströmen läßt.

Bei dem normalen Arbeitsvorgang öffnet sich am Ende des Expansionhubes (genau am unteren Totpunkt) das erste Ausströmventil k. Der nun folgende Auspuff hub des Kolbens wird als Kompressionshub verwendet, so daß der Kolben die beim Expansionshube auf etwa 5 Atm. expandierten Gase wieder verdichtet und über das geöffnete Ventil k nach Überdrücken des Rückschlagventils i und Druckregler f über einen Kühler in den Sammelbehälter fördert.

Am Ende der Maschinenkompressionsperiode, somit vor Beginn der darauffolgenden Ansaugperiode, wird das zuerst geöffnete Auspuffventil k geschlossen und das zweite Auspuffventil d in demselben Augenblick geöffnet, um den Kompressionsraum des Motors vollkommen von Verbrennungsgasen zu befreien und diese zu entspannen, um die Möglichkeit zu geben, bei der nun folgenden Ansaugperiode neue Brennstoffgemische ohne Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades des Ansaughubes anzusaugen.

Da Schutzgasmaschinen der grundsätzlichen Bedingung nachzukommen haben, ein mögliehst sauerstoffarmes Gas zu liefern, und die Eignung haben müssen, daß sie bei irgendeinem Mangel, der die Qualität des Gases gefährdet, außer Betrieb gesetzt werden, so ist eine besondere Sicherheitsvorkehrung zu diesem Zwecke an der Maschine vorgesehen.

Hinter dem Auspuffventil k oder in dessen Ableitung h wird stets ein Druck erhalten, der größer ist als die Kompressionsspannungen der verdichteten brennbaren Betriebsgase, und zwar wird dieser Druck durch einen Regler f immer auf einer Spannung erhalten, die um ι Atm. höher ist als die höchste Kompressionsspannung des verdichteten brennbaren Gasgemisches.

Tritt nun eine Fehlzündung ein, so kann niemals ein brennbares Gasgemisch, also ein sauerstoffreiches Gasgemisch, in den Sammelbehälter gedrückt werden, weil das Rückschlagventil i nicht überdrückt werden kann.

Die Fig. 2 zeigt das Diagramm des Motors bei normalem Betriebe, d. h. Lieferung von sauerstoffarmen Abgasen, und Fig. 3 das Diagramm einer Fehlzündung.

Bei ι beginnt die Ansaugperiode, bei 2 die Verdichtung des Ladegemisches; bei 3 wird die höchste Verdichtungsspannung, etwa 5 Atm., erreicht und erfolgt Zündung des Gasgemisches; bei 4 ist Beginn des Expansionshubes bei einem Druck von etwa 18 Atm., Expansion und Arbeitsleistung, während bei 5 das Ende der Expansion erreicht wird und Beginn der Verdichtuug der Verbrennungsgase erfolgt. Bei 6 öffnet sich nunmehr das erste Auspuffventil k, und werden die Verbrennungsgase über das Rückschlagventil i durch das Rohr h zu einer Kühlschlange in den Gassammler geleitet.

Nach Abströmung der verdichteten Gase schließt sich das Ventil k und öffnet sich auch das normale Auspuffventil c, und werden hier die Abgase des Motors vollkommen expandiert und ausgeblasen, so daß bei Beginn des Saughubes bei ι wieder Ladegemisch angesaugt werden kann.

Im Diagramm nach Fig. 3 wird gezeigt, daß bei einer Fehlzündung die nachfolgende Verdichtung beim Ausschubhube nicht imstande ist, den auf dem Rückschlagventil i lastenden Druck zu überwinden; die verdichteten unverbrannten Gase können nun durch das zweite Auspuffventil c ins Freie entweichen.

Die Ausführungsform des Motors nach Fig. 4 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Ausführungsform nur dadurch, daß der Arbeitsvorgang im Arbeitszylinder derartig erfolgt, daß während der Explosionsperiode ein federbelastetes Auspuffventil k sich öffnet und eine derartige Schutzgasmenge in einen Behälter abströmen läßt, bis eine gewollte Menge der Abgase entsprechend der jeweiligen Federspannung des Ventiles k abgeblasen ist.

Der Motor besitzt ebenfalls zwei Auspuff ventile, und zwar ein normales Auspuff ventil und das schon erwähnte federbelastete Auspuffventil k. Es können jedoch auch die beiden Ventile k als auch d entsprechend gesteuert werden.

Gegenüber der Schutzgasmaschine nach Fig. ι ist bei diesem Motor nach Fig. 4 selbstverständlich die Arbeitsleistung gemäß den niedrigeren Drücken während der Expansionsperiode eine geringere, und wird die Arbeitsleistung der Maschine durch Regelung der Federspannung des Ventiles k derart geregelt, daß die Arbeitsleistung noch ausreicht, um die angesaugten brennbaren Gasgemische zu verdichten. Die beiden Diagramme nach Fig. 5 und 6 veranschaulichen den Vorgang.

Bei einer Fehlzündung ist es nicht möglich, die Federspannung des Ventiles k zu überwinden, da der Wert der Verdichtung des Brennstoffgemisches niedriger ist, als zur Überdriickung der Federspannung nötig.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Verfahren zur Erzeugung von sauerstoffarmen Gasgemischen von Stickstoff und Kohlensäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase eines Verbrennungsmotors nach erfolgter Expansion in demselben Arbeitszylinder einer neuerlichen Verdichtung ausgesetzt werden, worauf die hoch verdichteten Gase in einen Sammelbehälter gefördert werden.
2. 2. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitszylinder («) der Verbrennungskraftmaschine als Verdichter zur neuerlichen Verdichtung der Verbrennungsgase nach erfolgter Expansion herangezogen wird und außer dem normalen Auspuffventil (d) mit einem zweiten als Druckventil dienenden Auspuffventil (k) für den Austritt der hoch verdichteten Verbrennungsgase versehen ist.
3. 3. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem als Druckventil bei der Verdichtung der Verbrennungsgase dienenden Auspuffventil (k) ein Rückschlagventil (i) und ein Druckregler (f) nachgeschaltet sind, die unter einem höheren Drucke als der Verdichtungsspännung des Arbeitszylinders sich befinden, so daß die bei einer Fehlzündung beim Ausschubhube unverbrannten verdichteten Gase nur durch das am Totpunkte öffnende normale Auspuffventil (d) entweichen können.
4. 4. Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das als Druckventil dienende Auspuffventil (k) selbst als federbelastetes Ventil ausgebildet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.