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Verfahren für Verbrennungskraftmaschinen. Gegenstand der Erfindung
ist ein Verfahren zur Nutzbarmachung der bei Verbrennungskraftmaschinen durch die
Wand des Arbeitszylinders verlorengehenden Wärme, in der Weise, äaß nachdem Eintritt
der Explosion Wasser in den Zylinderraum eingespritzt wird, wo es im dampfförmigen
Zustande einen zusätzlichen Antrieb auf den Kolben ausüben soll. Zwar äst es bereits
bekannt, die Arbeitszylinder der Verbrennungskraftmaschinen gegen Wärmeausstrahlung
zu schützen, ebenso wie -es nicht mehr neu ist, Wasser im zerstäubten Zustande in
den Arbeitszylinder einzuführen. Bei .derartigen Maschinen wird die Verdampfung
des in den Arbeitszylinder eingespritzten Wassers größtenteils verhindert, da die
einzelnen Wasserteilchen sich mit einer ihre Verdampfung hindernden Gashülle umgeben,
so daß das eingespritzte Wasser nutzlos im Auspuff wieder abgeführt wird. Die glatten
Zylinderwände vermögen eine Zerstörung der die Wasserteilchen umschließenden Gashüllen
nicht herbeizuführen, weshalb durch dieselben auch keine Wärme der Zylinderwand
entzogen werden kann.
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Dieser Nachteil wird nach der Erfindung dadurch behoben, daß das in
den Zylinderraum einzuspritzende Wasser vorher in einem Vorraum der Einwirkung der
hoch erhitzten Explosionsgase ausgesetzt, in diesem verdampft und in inniger Durchmischung
mit denselben .in den Explosionsraum des Zylinders hineingetrieben wird. Im letzteren
wird es sofort überhitzt, indem es die hierzu erforderliche Wärme der gegen Wärmeausstrahlung
nach außen geschützten Zylinderwand entzieht.
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Nach dem neuen Verfahren wird also das
Wasser vor
seiner Einspritzung in den Explosionsraum des Arbeitszylinders in den dampfförmigen
Zustand übergeführt, wodurch unterVermeidung der Leidenfrost'schen Erscheinung die
Überhitzung des in den Explosionsraum des Zylinders getriebenen Wasserdampfes ermöglicht
wird.
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Dadurch ferner, daß das Wasser mit den hoch erhitzten Explosionsgasen
in einem Vorraum in unmittelbare Berührung gelängt und sich mit denselben innig
mischt, während es durch diese in den Zylinder getrieben wird, wird ein außerordentlich
gleichmäßiges Gemisch von Dampf und Gasen erzielt. Das Wesen der Erfindung liegt
also darin, daß das in dem Vorraum hoch erhitzte Gasdampfgemisch nach seinem Eintritt
in den Arbeitszylinder befähigt wird, der gegen Wärmeausstrahlung geschützten Zylinderwand
Wärme zu seiner Überhitzung zu entziehen.
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Zur Ausführung des die Erfindung bildenden Verfahrens gilt die in
der Zeichnung veranschaulichte Verbrennungskraftmaschine. Der Arbeitszylinder derselben
ist in Abb. i bis 3 der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.
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Abb. i zeigt die Lage der Steuerungsteile während des Ansaugens, während
Abb.2 die Lage derselben während der Kompression und Abb. 3 nach Eintritt der Explosion
veranschaulicht.
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i ist der Arbeitszylinder einer zweckmäßig mehrzylindrischen Maschine,
in dessen Stirnwand 2 die zylindrische Kammer 3 mit ihrem erweiterten Teil 4 eingeschraubt
ist. Diese Kammer 3 besitzt oben die in ihr eingeschraubte Fortsetzung- 5, welche
durch den eingeschraubten deckelförmigen Tei16 verschlossen ist. Der Teil s ist
von dem ringförmigen Teil 7 umgeben, der mit seinem konischen Teil 8 durch den Flansch
9 des Teiles 5 gegen den konischen Teil io der Kammer 3 gepreßt wird, so däß daselbst
ein dichter Abschluß gebildet wird. Der riizgförmige Körper 7 steht mit der Wasserzuflußleitung
i i in Verbindung. Der erweiterte Teil 4 der Kammer 3 besitzt eine Art Ventilsitz
12, gegen welchen sich der in der Kaminer 3 verschiebbar gelagerte Hohlkolben 13
mit seiner Stirnwand 14 legt. Die Stirnwand 14 besitzt die Durchbohrungen 15, welche
beim Anliegen ,der Stirnwand gegen den Sitz 12 durch letzteren verschlossen werden.
Von der Stirn-,vand 14 erstreckt sich der Stutzen 16 ein Stück in den Innenraum
des Kolbens hinein.
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An dem anderen Ende ist der Hohlkolben 13 durch den in ihn eingeschraubten
Deckel 17 verschlossen, .welcher die Ventilöffnung 18 besitzt. An den Teil 17 schließt
sich der verjüngte Teil i9 an, dessen Hohlraum durch die Ventilöffnung 18 mit dem
Hohlraum des Kolbens 13 in Verbindung steht. Der Teil i9 besitzt an dem anderen
Ende eine hülsenförmige Führung 2o, in welcher die Stange 2i geführt ist. Letztere
trägt an dem unteren Ende den Ventilkörper 22, welcher sich gegen die Ventilöffnung
18 legen und dann dieselbe verschließen kann. Oben ist die Stange mit einem deckelförmigen
Widerlager z3 für die Feder 24 versehen, die ihren anderen Stützpunkt bei a5 auf
dem Teil i9 findet. Die Feder 24 hat das Bestreben, den Ventilkörper 22 gegen seinen
Sitz zu drücken und dadurch die Ventilöffnung 18 zu verschließen. Der Hohlraum des.
Teiles i9 besitzt Öffnungen 26, durch welche sein Hohlraum mit dem Raum der Kammer
3 in ununterbrochener Verbindung steht.
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Der von dem Teil 5 umschlossene Raum steht durch Öffnungen 27 mit
dem ringförmigen Raum 7 in Verbindung. Konzentrisch zum Teil s ist der ringförmige
Teil 28 angeordnet, der .durch Rippen 29 (Abb. 3) mit dem Teil s starr verbunden
äst. Zwischen dem deckelförmigen Teil 17 des Kolbens und den Rippen 29 ist die starke
Feder 30 geschaltet. Dieselbe hat das Bestreben, den Kolben 13 stets gegen
seinen Sitz 12 zu drücken, durch den dann die Öffnungen 15 verschlossen werden.
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Vor :dem Sitz 12 ist innerhalb des erweiterten Teiles 4 eine Art Wärmespeicher
und Zerteiler für das in den Arbeitszylinder einzuführende Dampfwasser angeordnet.
Dieser Verteiler besteht aus den zylindrisch gestalteten konzentrisch zueinander
angeordneten Blechen 31, zwischen welchen die sich etwas weiter nach unten erstreckenden,
ebenfalls zylindrisch und konzentrisch dazu angeordneten Bleche 32 vorgesehen sind.
Durch die Bleche 31 und 32 werden ringförmige, enge Durchgänge geschaffen, welche
das in den Arbeitszylinder einzuführende, meist schon verdampfte Wasser zu durchströmen
hat, wobei es durch die zylindrischen Bleche fein verteilt wird und an diesen sowie
an der Wand des Arbeitszylinders eine vollständige Verdampfung und Überhitzung erfährt.
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Die Zuführung des Gasluftgemisches in den Zylinder geschieht in der
üblichen Weise seitlich oben, woselbst auch die Zündung des Verbrennungsgemisches
stattfindet.
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Die die Erfindung bildende Gaskraftmaschine arbeitet in folgender
Weise: Wenn der Kolben .sich nach auswärts bewegt und Lauft oder Gasluftgemisch
entsprechend dem ganzen Zylindervolumen oder nur einem Teil .desselben- ansaugt,
ruht der Kolben 13 mit seiner Stirnfläche 14 auf dem Sitz 12 auf. Dabei -wird in
dem Arbeitszylinder
ein Unterdruck erzeugt, der sich durch Stutzen
16 in den Hohlraum des Kolbens 13 fortpflanzt. Dies hat zur Folge, daß der
die Öffnung 18 verschließende Ventilkörper 22 von .dieser abgehoben wird, so daß
er sich gegen den Stutzen 16, wie Abb. r erkennen läßt, legt. Das durch die Leitung
z z zugeführte Wasser, welches durch die Öffnungen 27 in die Kammer 3 gelangt, wird
nach Freigabe der Öffnung 18 in den Hohlraum des Kolbens 13 niedersinken und den
Boden 14 desselben bedecken.
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Wenn der Kolben wieder zurück, d. h. nach einwärts geht, findet die
Kompression des angesaugten Gemisches statt (Abb. 2): Hierbei wird infolge des im
Arbeitszylinder erzeugten Überdruckes die Spannung der Feder 24 überwunden und die
Öffnung 18 durch den Ventilkörper 22 wieder verschlossen. Der Überdruck im Arbeitszylinder
ist aber nicht groß genug, tun auch die Spannung der Feder 30 zu überwinden und
den Kolben 13 nach auswärts zu verschieben.
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Sobald die Kompression des angesaugten Gemisches bewirkt ist, erfolgt
die Verbrennung und Explosion desselben, die den Arbeitskolben 33 wieder nach auswärts
stößt.
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Die Wirkung des Explosionsdruckes' hat aber auch zur Folge, daß der
Kolben 13 entgegen der Spannung der Feder 30 nach auswärts verschoben wird,
wie -dies Abb. 3 erkennen läßt. In demselben Zeitpunkt pflanzt sich auch der Explosionsdruck
durch den Stutzen 16 in den Hohlraum .des Arbeitskolbens 13 fort und drückt
das daselbst befindliche, zum Teil bereits verdampfte Wasser durch die Öffnungen
15 in den Arbeitszylinder, in dem der Explosionsdruck infolge der Expansion
bereits etwas gesunken ist. Dabei wird das Wasser- und Dampfgemisch gezwungen, die
Zwischenräume zwischen .den hoch erhitzten Ringblechen 3 r, 32 zu durchströmen,
wodurch eine feine Zerteilung des Wassers und Umwandlung desselben in Dampf stattfindet,
welcher durch die in .der Zylinderwand aufgespeicherte Wärme sofort in überhitzten
Dampf von hoher Spannung übergeht und auf den Kolben einen zusätzlichen Antrieb
nach einwärts ausübt.
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Wenn der Kolben seinen Weg vollendet hat und wieder nach einwärts
zu laufen beginnt, werden die verbrannten Gase ausgestoßen, wobei der Kolben
13 durch die Feder 30 wieder gegen den Sitz 12 gepreßt wird.
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Mehrere derartige Arbeitszylinder können miteinander zu einer Verbrennungskraftmaschine
vereinigt sein. Es empfiehlt sich, den Arbeitszylindern, welche mit Wärmeschutzmasse
umkleidet sein müssen, eine derartig starke Wand zu erteilen, daß Wärmeverluste
durch Ausstrahlung fast vollständig vermieden werden.