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Arbeitsverfahren für Verbrennungskraftmaschinen. Es ist bereits vorgeschlagen
worden, Wass4dampf oder Druckluft in das Zylinderinnere von Verbrennungsmotoren
einzuführen, um den Wirkungsgraä derselben zu erhöhen. Des weiteren ist es bekannt,
Wasser oder Wasserdampf in die Zylinder solcher Motoren hineinzudrücken zum Zweck
der Innenkühlung dieser Zylinder. Hierbei erfolgt die Zuführung dieser Zusatztreibmittel
nur in einem kurzen Augenblick des Verfahrens, sei es am Ende der Verdichtung oder
im Augenblick .der Explosion oder ummittelbar nach erfolgter Verbrennung.
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Im Gegensatz zu diesen bekannten Verfahren geht die Arbeitsweise gemäß
der Erfindung derart vor sich, daß die Eröffnung des in bekannter Weise gesteuerten
Einlaßventils für das Zusatztreibmittel vom Ende der Verdichtung ab, über den -Zeitraum
der Verbrennung des Gemisches hinaus, aufrechterhalten bleibt. Hierdurch kann, je
nach der Druckhöhe des Zusatztreibmittels, zweierlei erreicht werden: i: Hat das
Zusatztreibmittel, z.'B. der Dampf, einen Druck, der etwa gleich oder geringer ist
als der beabsichtigte Explosionsdruck, so wird verhindert, daß der bei der Explosion
entwickelte Druck eine bestimmte Höchstgrenze überschreitet; die an sich unwirtschaftliche
obere Diagrammspitze des Arbeitsdiagramms ,kommt in Wegfall; die Druckbeanspruchung
der Gestänge wird eine geringere und der Arbeitsgang stoßfreier.
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2. Wird das Zusatztreibmittel mit einem Druck zugeführt, der über
der durch den Kolben herbeigeführten Höchstverdichtung .der Zvli,riderladung liegt,
so wind bei Verwendung von Dampf oder Gasgemisch als Zusatztreibrriittel erreicht,
daß der erhöhte Druck eine selbsttätige Zündung herbeiführt.
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Endzweck dieses Arbeitsverfahrens ist, den Brennstoffverbrauch zu
verringern, den Aufbau .der Maschine zu vereinfachen, einen Anlauf unter Belastung
zu ermöglichen und- die Wirkungsweise des Verbrennungsmotors derjenigen der Dampfmaschine
zu nähern, ohne die Nachteile der letzteren zu übernehmen.
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Auf der Zeichnung ist eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete
Motoranlage schematisch- im Längsschnitt veranschaulicht.
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In dem in bekannter Weise mit einem Kühlmantel versehenen Zylinder
z spielt der Kolben 2. Die Zuführung des Brennstoffluftgemisches in den Zylinder
erfolgt durch das Einlaßventil3, während die Ableitung der Auspuffgase durch die
Kanäle ,4 bewirkt wird.
In den Oberteil des Zylinders ist ein an
seinem Ende 5' offener Rohrkörper 5 eingebaut, welcher mit seinem außerhalb des
Zylinders liegenden Ende an eine Rohrschlange 6 angeschlossen ist, die als Ausgleichhehälter
oder Dampfkessel in der noch zu teschreibenden Weise wirkt. Zwischen dem Rohrkörper
5 und dem Kessel 6 ist ein gesteuertes Ventil? eingebaut.
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Anstatt die Rohrschlange 6 außerhalb des Zylinders anzuordnen, kann
sie oder eine andere geeignete Behälteranordnung, .die dem gleichen Zwecke .dient,
in der Wandung des Zylinders oder im Zylinderkopf untergebracht sein.
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Ebenso kann an Stelle eines Rohrkörpers 5 eine Anzahl von Rohren angeordnet
werden; außerdem kann anstatt der Rohrform eine andere Gestaltung des Zylinderoberteiles
gewählt werden, deren Formgebung den Verlauf des im folgenden zu schildernden Verfahrens
zuläßt.
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Die Arbeitsweise geht folgendermaßen vor sich: Der sich dem Zylinderkopf
nähernde Kolben 2 verdichtet die Ladung, die in bekannter Weise aus einem brennbaren
Gemisch, gegebenenfalls auch aus reiner Luft beseht. Gegen Ende dieser Verdichtung
wird unter Benutzung ides gesteuerten Ventils 7 und des Rohres 5 eine Verbindung
zwischen dem Kessel 6 und dem Motorzylinder i hergestellt. Diese Verbindung hält
nach der Entzündung längere oder kürzere Zeit an. Der sich hierbei abspielende Vorgang
ist verschieden je nach der Einstellung des Steuerventils 7. Es kann sein, daß,
j e nach der Steuerung .dieses Ventils, am Ende der Verdichtung in dem Rohr 5 sich
eine Gemischladung befindet oder von dem vorherigen Arbeitsgang her eine Dampfmenge,
gegebenenfalls auch ein Gemisch von Dampf und Ladung.
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Der Dampf wird in dem Kesse16 erzeugt, entweder durch die Auspuffgase
oder durch die Abwärme der Zylinderwand oder durch beliebig andere Heizung.
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Der Betrieb ist hierbei davon abhängig, ob der Druck im Kessel A.
gleich oder geringer ist als der Explosionsdruck oder B. höher ist als die durch
den Kolben 2 herbeigeführte Höchstverdichtung der Ladung.
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Bei der in A angegebenen Ausführungsform bewirkt die zur Explosion
gebrachte Ladung, daß die in dem Rohr 5 befindliche Dampfmenge gegen das Ventil
? zu bzw. durch das geöffnete Venti17 gegen den Kessel6 zurückgedrückt wird.
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(Querschnitt und Form des Rohres 5 sind so gewählt, daß bei normaler
Explosion die Explosionsgase selbst nicht in den Kessc16 eindringen können, sondern
lediglich den in dem Rohr 5 befindlichen Dampf vor sich herschieben. Der Durchmesser
des Rohres wird hierbei zweckmäßig so berechnet, daß vor dem Ventil 7 auch während
der Explosion noch eine gewisse Dampfmenge verbleibt, so daß das Ventil hierdurch
vor der Berührung mit den heißen Explosionsgasen geschützt bleibt. Eine geeignete
Wahl des Durchmessers bewirkt weiterhin, daß eine vorzeitige Mischung der Explosionsgase
mit dein Wasserdampf innerhalb des Rohres 5 bei der Explosion vermieden wird, daß
also in dem Rohr 5 eine gewisse Schichtung des Wasserdampfes und der Gase erfolgt.
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Erst wenn, unter Zurückgang des Kolbens 2, die Expansion !derl,adung
erfolgt, tritt der Dampf durch die Öffnung 5' aus dein Rohr 5 in den Zylinder i
und nimmt an der Expansion teil, wobei er durch die Berührung mit den verbrannten
Gasen in der Regel sich überhitzt.
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Die Steuentng ,des Ventils 7 regelt .die Dampfmenge, welche an der
Expansion teilnimmt.
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Durch Regelung der Dampftemperatur im Kessel 6 hat man es in der Hand,
das Verhältnis des Kesseldruckes zum Explosionsdruck zu regeln.
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In dem Falle B, wobei der Kesseldruck höher ist als der Verdichtungsenddruck
im Zylinder i, drückt der bei geöffnetem Ventil 7 aus dem Kessel 6 kommende Dampf
den Inhalt des Rohres 5 in den Zylinder i, und Dampf strömt aus dem Kessel 6 nach.
Hierdurch wird der durch den Kolbenhub bewirkte Verdichtungsdruck im Zylinder noch
gesteigert, und zwar gegebenenfalls bis zu einer solchen Höhe, daß eine Selbstentzündung
des Gemisches erfolgen kann, ohne daß es einer besonderen Zündvorrichtung bedarf.
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Sobald die Explosion eintritt, pflanzt sich der Explosionsdruck, der
auch im Falle B naturgemäß höher ist als der Kesseldruck, durch das Rohr 5 nach
dem Kessel 6 zu fort, ähnlich wie dies bei A beschrieben worden ist. Bei beginnender
Expansion tritt der Inhalt des Rohres 5 wieder in den Zylinder i zurück und Dampf
strömt aus dem Kessel 6 nach.
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Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann durch den
Dampf Brennstoff in den Zylinder eingeführt werden, welcher an einer geeigneten
Stelle des Rohres 5, z. B. nahe dem Austrittsende 5', eingespritzt wird. Diese Ausführungsform
kommt insbesondere in Betracht, wenn beabsichtigt ist, den Zylinder nur mit Luft
zu laden. Wenn bei dieser Ausführungsform der Brennstoff
am Ende
der Verdichtung in das Rohr 5 eingeführt wird; so wird die in dieses Rohr eindringende
Luft mit dem Brennstoff die erfonderlichen Mischung ,bilden, während der von dem
vorherigen Arbeitsgang in dem Rohr 5 zurückbleibende Dampf von der verdichteten
Luft zurückgedrückt wird.
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Bei beiden Verfahren A und B ermöglicht also das Zwischenrohr 5 eine
wirksame Schichtung zwischen der Ladung des Zylinders i und dem aus dem Kessel 6
kommenden Dampf.
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Unter Änderung der Bedingungen kann man weiterhin erreichen, den eingespritzten
Brennstoff mit der im( Zylinder komprimierten Luft oder mit dem Dampf zu vermischen
oder durch diese zu erhitzen, und zwar in veränderlichem Verhältnis.
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Ferner kann man das Rohr 5 und den Kessel 6 derart anordnen, daß einige
ihrer Teile überhitzt oder abgekühlt werden, um einen örtlich mehr gesättigten oder
mehr überhitzten Dampf zu erhalten.
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Anstatt den Kessel 6 als Dampfkessel auszubilden, kann derselbe durch
den Betrieb des Motors selbst allmählich mit Verbrennungsprodukten angefüllt werden,
die sich im Kessel bis zu einem bestimmten Höchstmaß zusammendrücken und dann die
gleiche Aufgabe erfüllen, wie bei dem oben besprochenen Ausführungsbeispiel der
Dampf.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an Stelle
des Kessels 6 ein Druckluftbehälter- Verwendung finden, der mit dem Verdichtungsraum
des Zylinders i, ,unter Verwendung der gleichen Steuerunix 7, verbünden wind, wie
dies oben ,hinsichtlich des Kessels 6 beschrieben worden ist. Der Anschluß eines
Druckluftbehälters hat in diesem Falle insbesondere Bedeutung für das Anlassen des
Motors. Sobald ,derselbe in Gang gesetzt ist, wird der Druckluftbehälter abgeschaltet
und der Kessel 6 allmählich mit Verbrennungsgasen aus dem Zylinder i angereichert,
so daß für den weiteren Verlauf nicht mehr reine Druckluft, sondern ein Gasluftgemisch
an dein Arbeitsprozeß teilnimmt, wie es oben für den Dampf beschrieben worden ist.
Statt dessen kann nach dem Anlassen mittels Druckluft auch der Dampfkessel eingeschaltet
werden. Die Erfindung kann in einer weiteren Ausführungsform auch derart Anwendung
finden, daß überhaupt von einem Dampfkessel Abstand genommen wird. In diesem Falle
würde in das entsprechend zu bemessende Rohr 5 Wasser einzuführen sein, und zwar
etwa von dem Zeitpunkt des Zylinderauspuffes an. Während der Dauer der Verdichtung
wird hierbei das Wasser durch die Verdichtungswärme verdampft. Die Explosion verdichtet
den auf diese Weise in dem Rohr 5 erzeugten Dampf. Bei der Explosion treten die
oben gekennzeichneten Wirkungen auf, indem die Explosionsgase in das freie Rohrende
5' eintreten und den Dampf vor sich herschidben. Bei der idarauffblgeniden Expansion
tritt, wie oben beschrieben, der Dampf hinter den Gasen aus dem Rohr 5 in den Zylinder
i.