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Arbeitserfahren für Explosionskraftmaschinen: Bei größeren Leistungen
und bei ortsfesten Anlagen hat sich das Gleichdruckverfahren (Dieselverfahren) zur
Verwendung schwer verdampfbarer Brennstoffe allgemein eingeführt. In Motoren jedoch,
die infolge kleiner Leistung oder wegen der Forderung geringsten Gewichts verhältnismäßig
kleine Abmessungen haben müssen, hat sich das Gleichdruckverfahren bis: jetzt nicht
so verwirklichen lassen, daß die Motoren den praktischen Anforderungen genügen.
Die Hauptschwierigkeit' besteht darin, daß, die beim Gleichdruckverfahren üblichen
Brennstoffpumpen bei derartigen Motoren, z. B. bei Automobil-und Flugzeugmotoren,
außerordentlich kleine Abmessungen erhalten müssen. Die Versuche,
das
Gleichdruckverfahren ohne Luftpumpe durchzuführen, z. B. die Erzeugung der Einspritzluft
durch sogenannte Verdrängerkolben, haben bisher ebenfalls nicht zu` praktisch brauchbaren
Ergebnissen geführt.
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Auch die Konstruktionen, durch die schwer verdampfl#are Brennstoffe
in Motoren, die das sogenannte Explosionsverfahren verwirklichen, verbrannt werden
sollen, haben sich infolge ihrer Mängel in der Praxis nicht bewährt. Die Konstruktionen
kranken meist daran, daß entweder .die Verdampfung und Verbrennung unvollkommen
sind, oder idaß zur Verdampfung besondere Apparate unter Verwendung äußerer Wärmequellen
nötig sind, worunter die Übersichtlichkeit und Betriebsbereitschaft der Maschinen
derart Leib den, daß sie beispielsweise zur Verwendung in Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen
nicht in Betracht kommen können. Bis heute ist kein Verfahren bekannt, durch das
schwer verdampfbare Brennstoffein Motoren mit kleinen Abmessungen (z. B. Automobil-
und Flugzeugmotoren) in praktisch brauchbarer Weise verarbeitet werden können. Die
Verwertung dieser Brennstoffe zum Betrieb von Motoren hat bei der gegenwärtigen
Brennstofflage je-
doch erhöhte Bedeutung gewonnen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, durch das schwer verdampfbare
Brennstoffe, ohne äußere Verdampfungseinrichtung und Wärmequellen, in Motoren, die
nach dem Viertakt-oder - Zweitaktexplosionsverfahren arbeiten, verbrannt werden
können.
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Die bis jetzt als die zweckmäßigste erkannte Ausführungsform der Maschine
zur Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. a
ist ein Verdichtungszylinder, der die zum Arbeitsvorgang eines Arbeitszylinders
notwendige Luftmenge ansaugt und verdichtet. Die verdichtete Luft strömt in einen
Aufnehmer i, wobei die Pumpe d so bemessen wird, daß die Verdichtung möglichst kurz
nach Beginn des-Verdichtungshubes an in den Aufnehmer i erfolgt, um Verschiebearbeit,
also Energieverluste zu vermeiden. Die Verdichtung wird so weit getrieben, daß die
Luft die zur Verdampfung des Brennstoffes innerhalb der verfügbaren Zeit notwendige
Temperatur erreicht. Aufnehmer i -ist durch ein Ventil e mit dem Arbeitszylinder
b verbunden, der den gleichen Rauminhalt hat, wie der Verdichtungszylinder a. -
Die Kolben bewegen sich bei dieser - Ausführungsform im Verdichtungs-und Arbeitszylinder
in derselben Richtung. Beim Niedergang des Kolbens im Arbeitszylinder b strömt die.
erhitzte Luft aus dem Aufnehmer i durch das Ventil e unter- Drosselung in den Arbeitszylinder,
wobei die Durch-. flußöffnung .durch -das Ventil e im Verhältnis zu der Kolbenbewegung
des Arbeitszylinders so bemessen wird, daß die Luft in diesem keine Arbeit leistet,
daß also dort keine Drucksteigerung stattfindet. Die ganze beim Durchströmen durch
das Drosselventil e vorhandene Strömungsenergie wird deshalb im Arbeitszylinder
durch Wirbelung in Wärme umgesetzt, weshalb die Temperatur der Luft nach dem Einströmen
in den Arl:eitszylinder dieselbe ist wie im Aufnehmer i. Am Ende des Abwärtshubes
ist der Arbeitszylinder also mit Luft gefüllt, deren Temperatur so hoch ist, wie
es die Verdampfung des Brennstoffes in der zur Verfügung stehenden Zeit erfordert,
deren Druck jedoch nicht wesentlich über dem Atmosphärendruck liegt. Bei der bisherigen
Durchführung der Erfindung halben sich Drücke von zwei biss drei Zehntel über der
Atmosphäre ergeben. Der Kern der Erfindung besteht in der Verdichtung der Arbeitsluft
auf einen Druck, dem eine Temperatur entspricht, die zur Verdampfung des Brennstoffes
innerhalb der verfügbaren Zeit ausreicht und im Ausströmen der Luft aus dem Aufnehmer
in den Arbeitszylinder ohne Arbeitsleistung, so daß der Druck auf die für den Arbeitsvorgang
im Arbeitszylinder notwendige Höhe sinkt, die Temperatur aber nach dem Ausströmen
dieselbe ist wie vorher. Zur Verwirklichung des Verfahrens ist es nicht notwendig,
daß das Abdrosseln der erhitzten Luft vom Aufnehmer in den Arbeitszylinder stattfindet;
es kann z. B. auch vom Verdichtungszylinder in den Aufnehmer- vor sich gehen.
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Das die Erfindung bildende Arbeitsverfahren spielt sich weiterhin
folgendermaßen ab: Die beim Durchströmen der Luft durch das Drosselventil e auftretende
Strömungsenergie wird zur Zerstäubung des Brennstoffes henutzt, der aus dem Vorratsbehälter
g, wo er durch Schwimmer oder Überlauf auf gleicher Höhe gehalten wird, durch die
Öffnung f in den Überströmkanal eintritt und in bekannter Weise beim Austritt aus
der Durchströmöffnung zerstäubt wird. Ähnlichen Einrichtungen gegenüber unterscheidet
sich dieser Vorgäng dadurch, daß` der Brennstoff: nicht in einen schnell fließenden
kalten, sondern erhitzten Luftstrom. eintritt, so daß vom Beginn des Brennstoffeintrittes
ab nicht nur Zerstäubung, sondern auch schon Verdampfung eintritt. Beim Niedergang
des Kolbens wird also der Arbeitszylinder mit Luft gefüllt, die mit dem für den
Arbeitshub notwendigen Brennstoff, zum Teil in feinster Verteilung, zurr, Teil 'bereits
inDampfform, vermengt ist; -und die eine für die Verdampfung des Brennstoffes während
des Kolbennieder- und -aufwärtsganges ausreichende Temperatur hat; nach der Verdichtung
der Ladung im Arbeitszylinder durch den Aufwärtshub wird das explosive
Gemisch
in bekannter Weise entzündet. Der Brennstoffbehälter g wird .durch Verbindung, z.
B. durch die Öffnung la, mit dem-Aufnehmer i auf gleichem Druck mit diesem gehalten;
da der Druck an der Stelle des Überströmkanals, an der die Öffnung f eintritt, kleiner
ist, da sich bereits ein Teil des Druckes in Strömungsenergie umgesetzt hat, wird
der Brennstoff durch diesen Druckunterschied von dem Vorratsbehälter g in den Gberströnikanal
gefördert.
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Ein weiterer wesentlicher zusätzlicher Teil der, Erfindung besteht
also in der Einführung des Brennstoffes in den beim Überströmen entstehenden rasch
fließenden erhitzten Luftstrom, wodurch der Brennstoff vom Beginn seines Eintrittes
in die Luft nicht nur in bekannter Weise zerstäubt, sondern auch während der Zerstäubung
schon verdampft wird.
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Eine zur Ausführung des Verfahrens dienende Maschine ist in der Zeichnung
dargestellt. Es bedeutet c einen .weiteren Arbeitszylinder, dessen Kolben die gleiche
Bewegung macht wie die Kolben des Verdichtungszylinders a und des Arbeitszylinders
b; jedoch ist der Arbeitsvorgang in diesem Zylinder gegenüber den im Arbeitszylinder
b verschoben, da in ihm der Verbrennungshub stattfindet, wenn im Arbeitszylinder
b der »Ansaughub« vor sich geht. Da der Verdichtungszylinder im Zweitakt arbeitet,
kann er auf diese Art die beiden Arbeitszylinder versorgen; wenn er doppel wirkend
ist, ,kann er vier Arbeitszylinder versorgen.
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Die Leistungsregelung geschieht durch Bemessung des durch den Verdichtungszylinder
a zuzuführenGlen Luftgewichtes, z. B. durch Drosselung ,des Saugventils in diesem
Zylinder. Auf diese Art bleibt die zur Vergasung des Brennstoffes nötige Temperatur
der verdichteten Arbeitsluft bei allenBelastungen dieselbe.
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Da der Strömungsvorgang beim Ausströmen der verdichteten und erhitzten
Arbeitsluft von der Kolbengeschwindigkeit im Arbeitszylinder abhängt, muß der Querschnitt
der Durchströmöffnung bei verschiedenen Umdrehungszahlen der Maschine geändert werden,
um bei allen Umdrehungszahlen den Zuströmvorgang so regeln zu können, daß die dem
Arbeitszylinder zuströmende Luft im Arbeitszylinder keine Arbeit leistet und keinen
Temperaturabfall gegenüber der Luft im Aufnehmer aufweist. Eine Arbeitsleistung
der einströmenden Luft im Arbeitszylinder kann bei gleichbleibender Durchströmöffnung
auch dadurch vermieden werden, daß die Durchströmung erst beginnt, wenn der Kolben
des Arbeitszylinders einen Teil des Abwärtshubes bereits vollzogen hat. Bei Maschinen,
die mit stark wechselnder Umdrehungszahl laufen müssen, z. B. Bootsmotoren, wird
der Beginn des Durchströmens gegenüber der Kolbenbewegung so gelegt, daß die in
dem Arbeitszylinder einströmende Luft auch f -ei langsamster -Umdrehungszahl keine
Arbeit leistet; der Arbeitsvorgang wird also so eingestellt, d'aß während des ganzen
-Überströmens der Druck im Zylinder nicht größer ist als am Ende des Kolbenhubes.
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Da die Verdichtung im Verdichtungszylinder ohne Wärmeverlust vor sich
gehen soll, wind: ,der Zylinder entweder isoliert, oder, da sich die Höchsttemperaturen
der verdichteten Arbeitsluft nicht wesentlich über die höchst zulässigen Kühlwassertemperaturen
erheben werden, so können Verdichter und Aufnehmer vor nennenswerten Wärmeverlusten
in einfacher Weise dadurch geschützt werden, daß sie mit den Arbeitszylindern vom
gleichen Kühlwasserstrom umspült werden.