DE320921C - Gleichdruckverbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichdruckverbrennungskraftmaschine und besteht im wesentlichen darin, daß man bei diesen Maschinen zwei für sich bekannte Merkmale miteinander vereinigt, nämlich erstens, daß man in dem Zylinder eine geringere Menge Luft zur Verbrennung gelangen läßt, als dem vom Kolben bei atmosphärischem Druck freigelegten Volumen entspricht, und zweitens,

ίο daß man dem Zylinder einen Kompressionsraum von so geringen Abmessungen gibt, daß auch noch die geringere Luftmenge zu einer dem Entzündungspunkt nahekommenden Temperatur komprimiert wird. Hierdurch erhält

is man nicht nur die für jedes einzelne Element eigentümlichen Vorteile, sondern man erhält eine Gleichdruckverbrennungskraftmaschine, die einen viel höheren thermischen Wirkungsgrad besitzt, als die bekannten Gleichdruckmaschinen. Da nämlich die Luftladung und die Brennstoffladung bei dieser Gleichdruck^ verbrennungskraftmaschine geringer sind, so wird infolgedessen auch die Expansion vollkommener sein als bei einem Dieselmotor.

Ferner wird die Ladung in dem kleinen Kompressionsraum zu einem hohen Druck komprimiert, und man erhält infolgedessen eine hohe Temperatur und eine leichte und sichere Zündung.

Der Erfindung gemäß erhält man nicht nur eine Änderung der Leistungsfähigkeit der Maschine überhaupt, sondern es kann in gewissen Fällen, beispielsweise bei der Verwendung der Maschinen für Luftschiff zwecke oder für Gebirgslokomotiven, .wo die Maschine in einer außerordentlich dünnen Atmosphäre arbeiten muß, der fehlende atmosphärische Druck dadurch ausgeglichen werden, daß man das Lufteinlaßventil länger offen hält. Auf diese Weise ist die Maschine in den Stand gesetzt, ihre volle Kraft auch bei solcher Höhe zu entwickeln, bei der Maschinen der gewöhnlichen Art mit konstantem Volumen nur mit verminderter Leistung arbeiten.

Außerdem ist die Maschine zur Verwendung aller Arten Schweröle geeignet, da die gewöhnlichen Vergasungsvorrichtungen, gewünschtenfalls auch die Zündvorrichtung, Auspuffdämpfer, Andrehvorrichtung entfallen können, da die Temperatur der Kompression für die Zündung hinreicht. Da die Ladung nach der Zündung auf dem Atmosphärendruck expandiert oder wenigstens in der Nähe deselben verbleibt, so kann unter Verwendung von komprimierter Luft in geeigneten Vorratsräumen die Maschine durch Benutzung passender Ventile in Gang gesetzt werden. Da die Maschine sich dem Arbeitsbetrag leicht anpassen kann und die Belastung auch für praktische Grenzen über den normalen Betrag gesteigert werden kann, so empfiehlt es sich, die Maschine für Kraftstationen, beispielsweise elektrische Zentralen, zu verwenden·.

Auf der Zeichnung ist ein praktisches Anwendungsbeispiel der Erfindung dargestellt.

Fig. ι ist ein Querschnitt durch die Maschine und

Fig. 2 und 3 sind Diagramme für eine Zwei- bzw. Viertaktmaschine.

Fig. ι zeigt eine Ausführungsform für eine

Zweitaktmaschine. A bedeutet den Zylinder, B den Kolben und C die Auspuffkanäle, welche etwa in der Hälfte der Hublänge angeordnet sind. Die Lage dieser Öffnungen kann auch veränderlich gemacht werden. D gibt die äußerste Kolbenlage an. E ist ein Schieber zum öffnen und Schließen der Auspuffkanäle in der richtigen Zeit und F ist die Steuerstange, welche beispielsweise von der ίο Kurbel der Maschine angetrieben wird. Dieser Antrieb kann durch Exzenter oder auch sonst durch Kurvenscheiben o. dgl. geschehen. G ist eine Kammer, welche zur Aufnahme der verbrannten Gase dient. Der von dieser Kammer zur Atmosphäre führende Auslaß ist durch punktierte Kreise angegeben. H zeigt den Lufteinlaß und das \~entil für die Fegeluft. Dieses Ventil wird durch eine Feder geschlossen, wenn der Druck auf der Außenseite und der Innenseite des Zylinders angenähert gleich sind. Die Luft kann durch eine Hilfszuleitung H¹ zugeführt werden. Die Stange F geht durch eine kleine Stoffbuchsenpackung / hindurch, während der Brennstoffeinlaß durch das Ventil K erfolgt. Letzteres wird durch geeignete Steuervorrichtungen in bekannter Weise bewegt.

Das zu einer Zweitaktmaschine gehörende Diagramm ist in Fig. 2 dargestellt. Angenommen, daß der Kolben an dem inneren Ende des Kompressionshubes sich befindet, wie in Fig. 1 gezeichnet, so ist die Temperatur der Luft derart, daß der Brennstoff beim Einspritzen in den Kompressionsraum A sofort sich entzünden muß. Nach Fig. 2 wird der Brennstoff je nach der Belastung der Maschine, beispielsweise von dem Punkt A bis zum Punkts eingeführt. Während dieser Zeit findet die Verbrennung statt. Im PunktS wird der Brennstoff abgesperrt und es erfolgt nunmehr die Expansion und die Vervollständigung der Verbrennung. Dieser Arbeitshub des Kolbens erfolgt bis zu dem Punkt C₁ während die Gesamtweglänge des Kolbens von. E bis C reicht. Während der Expansion fällt Druck und Temperatiir. Im Punkt C werden die verbrannten Gase bis ungefähr Atmosphärendruck expandiert sein und eine sehr niedere Temperatur angenommen haben. Während des Arbeitshubes bedeckt der Schieber E die Auslaßkanäle C. Wenn jedoch der Kolben an dem Punkt C angelangt ist, so werden die Auslaßöffnungen durch den Schieber E geöffnet, so daß der Auspuff zur Kammer G (Fig. 1) erfolgen kann. Gleichzeitig ist aber das Luftventil H für eine bestimmte geregelte Zeit geöffnet, so daß ein für die Reinigung bestimmter Luftstrom durch den Zylinder hindurchgejagt wird. Es werden auf diese Weise die verbrannten Gase durch die Auslaßkanäle hindurchgetrieben. Der Kolben, welcher nunmehr rückwärts geht, schiebt die verbrannten Gase heraus, bis er an den Punkt D gelangt. Dann geht er an den Auspdffkanälen C vorbei, schließt diese selbsttätig, worauf auch das Lufteinlaßventil H sich schließt. Es beginnt nun die Kompression, die bis zum Ende des Kompressionshubes andauert, also in Fig. 2 von D bis E. Die Kompressionsarbeit wird also durch den schraffierten Teil F dargestellt (Fig. 2). Der Schieber £ (Fig. 1) schließt in derselben Zeit auch die Auslaßkanäle C. Die Einführung des Brennstoffes und die Verbrennung kann nun beginnen. Die Linie H stellt den hinteren Teil des Kompressionsraumes dar und zeigt das Volumen dieses "Raumes bei den gewöhnlichen Zweitaktdieselmaschinen, wo das ganze in der Konipressionsperiode von dem Kolben durchlaufene Volumen wenigstens angenähert angefüllt wird, und einen Kompressionsraum, beispielsweise A bis H (Fig. 2) erfordert. Da aber nach der Erfindung die Kompression nicht eher beginnt, als der Kolben den Punkt D erreicht hat, so wird der kleine Kompressionsraum, der durch die mit G in Fig. 2 bezeichnete Linie begrenzt ist, denselben Kompressionsdruck ergeben. Da das Volumen des Kompressionsraumes, dessen Fläche der Temperatur der Verbrennung und Kompression ausgesetzt ist, sehr gering ist, so wird die Kühlfläche vermindert und somit der thermische Effekt am Ende des Kompressionshubes erhöht. Dadurch, daß man den Druck der Fegeluft ändert, kann auch der Kompressionsdruck geändert werden; hierdurch wird auch die Leistung der Maschine vergrößert, wenn dies je nach den besonderen Umständen erforderlich ist.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm handelt es sich um eine Viertaktmaschine. Der Kolben läuft von A bis C. Wenn aber ■ der Kolben beispielsweise an dem Punkt B anlangt, so wird das Saugventil geschlossen. Da nun der Kolben weiter bis zum Punkt C sich bewegt, so muß der Druck in dem Zylinder von beispielsweise atmosphärischer Spannung zu einer noch niedrigeren Spannung fallen, wie dies bei D angegeben ist. Der Unterschied in der Spannung innerhalb des Zylinders und der Atmosphärendruck auf die Außenseite des Kolbens haben das Bestreben, der Bewegung des Kolbens und der Stange Widerstand zu leisten. Kehrt aber der Kolben um, beispielsweise von C nach B₁ so muß der Atmosphärendruck auf die Kolbenfläche einwirken und eine Beschleunigung des Kolbens und Gestänges hervorrufen. Es wird auf diese Weise ein Teil der negativen Arbeit, die von B bis C geleistet wurde, wiedergewonnen. Da sämtliche Ventile geschlos-

Claims (2)

1. sen sind, so muß, wenn der Kolben an dem PunkteB angelangt ist, die Kompression beginnen, die dann bei A ihr Maximum erreicht. Die Kompressionsarbeit ist durch das Diagramm G dargestellt. Kommt der Kolben an das Ende des Kompressionshubes, so wird von E bis F Brennstoff eingeführt und verbrannt. Der Kolben geht ■ dann weiter, der Brennstoff wird bei F. abgesperrt und die Expansion verläuft bis zu dem Punkte C. Dann wird das Auspuffventil geöffnet und der Auspuff dauert nun von C bis A, worauf der Kreislauf von neuem beginnt. Die Rückseite des Kompressionsraumes wird durch die Linie I begrenzt, wenn es sich um eine gewöhnliche Maschine handelt, die mit konstanter Preßdruckverbrennung arbeitet, und wenn eine Luftladung von A bis C aufgenommen wird. Für denselben Kompressionsdruck kann, der Erfindung gemäß, somit der Kompressionsraum bis zu der mit H bezeichneten Linie vermindert werden, so daß also die Wandungen des Kompressionsraumes kleiner werden. Hierdurch wird der Verlust an Wärme, der andernfalls ^-an das Kühlwasser oder ein sonstiges Medium abgegeben würde, verringert. Es wird also, relativ gesprochen, der mittlere Druck während des ersten Teiles des Arbeite- oder Expansionshubes vergrößert. Bei den bekannten Maschinen wird, wenn sie mit voller Belastung laufen, das-Auslaßventil infolge der Begrenzung des Kolbenhubes bei einem verhältnismäßig höheren Druck und Temperatur geöffnet, was einen Verlust an mechanischem und thermischem Wirkungsgrad zur Folge hat.

   Paten τ-Ansprüche:

   ι . Gleichdruckverbrennungskraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zylinder eine geringere Menge Luft zur Verbrennung gelangt, als dem vom Kolben bei atmosphärischem Druck freigelegten Volumen entspricht, der Zylinder aber gleichzeitig einen Kompressionsraum von so geringen Abmessungen besitzt, daß auch noch die geringere Luftmenge zu einer dem Entzündungspunkt nahe kommenden Temperatur komprimiert wird.
2. 2. Maschine nach Anspruch 1, insbesondere zum Antreiben von Luftschiffen oder Bergbahnlokomotiven, dadurch gekennzeichnet, daß beim Atmosphärendruck der Außenluft der Kolben nur während eines Teiles des Hubes Luft ansaugt, wogegen bei großen Höhenlagen während des ganzen Kolbenhubes Luft angesaugt wird.

   Hierzu 1 Himi Zeichnungen.