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Arbeitsverfahren für Zwei- oder Viertakt-Explosionskraftmaschinen.
Zur Erhöhung der Leistung von Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, den Zylindern
das Mehrfache ihres Volumens an Brennstoffluftgemisch zuzuführen. um eine möglichst
hohe Verdichtungsspannung zu erzielen. Dieser Zweck wird dadurch errreicht, daß
man die Maschine mit einem Kompressor und Behälter versieht, um das für jeden Arbeitshub
nötige Gemisch durch den Kompressor in den Sammelbehälter zu drücken und dort zu
verdichten. Gemäß der Erfindung soll in der zweiten Hälfte des Verdichtungshubes
ein explosionsfähiges vorverdichtetes Gemisch, dessen Menge bei atmosphärischem
Druck je nach der erwarteten Arbeitsleistung dem mehrfachen Rauminhalt des Zylinders
entspricht, eingeführt werden, worauf das Gemisch im Zylinder weiter verdichtet
wird, die Explosion erfolgt bei der üblichen Kolbenstellung.
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Ein Ausführungsbeispiel für eine nach der Erfindung arbeitende Zweitaktmaschine
ist in der Zeichnung dargestellt. Die Abb. i zeigt schematisch einen Längsschnitt
mit der Kolbenstellung bei der Explosion und beim Beginn der Expansion, Abb.2 die
Kolbenstellung am Ende der Expansion und Abb. 3 dieselbe während des Kolbenaufwärtsganges,
bei dem die Gase auspuffen.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist folgende: Nach der Explosion (Abb.
i) wird der Arbeitskolben f nach unten gedrückt. .Während dieser Kolbenbewegung
sind sämtliche Ventile geschlossen., auch das überströmventil d des Behälters e,
der von der Pumpe b geladen wird. Der von der Hauptwelle in angetriebene Kompressor
b preßt das während des vorangehenden Hubes in den oberen. Raum des Pumpenzylinders
b eingesaugte Gemisch aus diesem Raum in den Behälter c. Wenn der Kolben f den unteren
toten Punkt erreicht hat (Abb. 2), wird das Auspuffventil it durch die Nockenscheibe
g geöffnet und während 3/4 des Auspuffhubes-Aufwärtsganges des Kolbens offen gehalten.
Gleichzeitig wird durch ein zweites Ventil die besonders erzeugte Spülluft eingelassen.
Nach Zurücklegung von 3/4 Auspuffhub werden das Auspuffventil tt und die Spülluftleitung
geschlossen, das überströmventil d des Behälters c dagegen geöffnet (Abb. 3), so
daß das vorverdichtete Gemisch in den Arbeitszylinder strömen kann. Dann wird das
Ventil d geschlossen. Das Ventile schließt sich infolge der Druckerhöhung im Zylinder
selbsttätig, worauf die Nachverdichtung im Zylinderraum erfolgt, nach deren Beendigung
das Gemisch gezündet wird. Während des Auspuffhubes saugt der Kompressorkolben in
den oberen Raum frische Luft ein, verdichtet die im unteren Pumpenraum befindliche
Luft und drückt sie in den Behälter c. Hierauf wiederholt sich das Arbeitsspiel.
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Da die verbrannten Gase mit verhältnismäßig großem Druck auspuffen,
kann man diese Gase zum Antrieb von Turbinen, Pumpen usw. öder für den Antrieb des
Spülluftkompressors benutzen.
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Die Maschine arbeitet als Zweitaktmaschine, die das Saugen und die
Vorverdichtung in einem besonderen Kompressor b und die Nachverdichtung am Ende
des Auspuffhubes vor sich geht, so daß im Zylinder a weder ein Saug- noch ein ganzer
Verdichtungshub stattfindet. Das Auspuffventil muß rechtzeitig geschlossen werden,
damit nicht infolge unzeitigen Ausströmens die zwischen je zwei Explosionen geförderte
Gemischmenge geringer wird als das erforderliche mehrfache Volumen. Außerdem wird
der Arbeitshub nicht kürzer, die Verdichtungsendspannung nicht geringer, und die
Menge der Rückstände wird nicht größer, sondern sogar kleiner als bei Viertaktmaschinen.
Die verbrannten Gase können in bekannter Weise durch Spülluft ausgeblasen werden.
Man kann auch am Deckel des Zylinders zwei Öffnungen mit Rohrleitungen anordnen.
Eine dieser Öffnungen ist mit einem sich nach außen öffnenden Ventil (Abb. i) versehen
und mit dem Auspuffrohr verbunden. Durch dieses Rohr wird der größte Teil der verbrannten
Gase schon beim letzten Teil des Arbeitshubes auspuffen, während der übrige Teil
durch die durch die andere Öffnung einströmende Spülluft entfernt wird. Die Spülluft
wird in einem besonderen
Behälter gepreßt, aus welchem sie durch
ein besonders gesteuertes Ventil während des letzten Teiles des Arbeitshubes in
den Zylinder strömt. Zweckmäßig wird das im Behälter c befindliche Gemisch gekühlt,
um Selbstzündung zu vermeiden.
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Durch diese Kühlung wird erreicht, daß die Temperatur am Ende der
Vorverdichtung bzw. während des Einströmens des Gemisches in den Zylinder 127 bis
i77° nicht übersteigt, so daß bei einer weiteren. Verdichtung des Gemisches auf
den halben Rauminhalt immer noch keine Selbstentzündung eintreten kann. Man kann
so eine beliebig hohe Verdichtungsspannung erreichen und durch entsprechende Bemessung
des Kompressors eine beliebige Menge Gemisch in den Zylinder befördern.
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Um zu erreichen, daß der Druck während der Verbrennung, wie dies bei
Dieselmotoren der Fall ist, fast auf gleicher Höhe gehalten wird, muß man eine große
Menge vorverdichteten Gemisches aus dem Behälter c in den Zylinder durch die in
denselben mündende Rohrleitung i einführen. Das Gemisch tritt durch das Ventile
in den Zylinder, worauf es sich entzündet und -so den Druck erhöht. Da man die Dauer
der Gemischeinströmung beliebig ändern kann, somit auch die eingeführte Gemischmenge
zur Steigerung der Verdichtung, so kann dadurch die Leistung der Maschine geregelt
werden. Man kann auch die Leistung des Kompressors b zeitweise unter Änderung seines
Antriebes erhöhen oder verkleinern.
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Es ist erwünscht, den Zeitpunkt der Einströmung, die Menge des zu
verdichtenden Gemisches und somit auch den Verdichtungsgrad während des Betriebes
durch einen Regulator ändern zu können. Hierzu dienen die bekannten Einrichtungen
für Steuerung und Regulator, um die Leistung der Maschine anpassen zu können.
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Die Maschine arbeitet bei Verdichtung von reiner Luft bei entsprechender
Umgestaltung und Ausrüstung und besonders bei Anwendung von Einblaseluft nach dem
Dieselprinzip.
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Beim Anlassen der Maschine wird das Überströmventil d des Behälters
c zu Beginn des Expansionshubes geöffnet und bis Hubende ohne Zündung offen gehalten,
wodurch der Kolben angetrieben wird. Die Zündung erfolgt später nach einigen Umdrehungen,
und zwar erst nach Schluß des Ventils d und nur während des Arbeitshubes. Wenn genügend
Gemisch im Behälter c vorhanden ist, dann genügt der Antrieb des Kolbens durch das
verdichtete Gemisch. Eine besondere Anlaßeinrichtung ist in diesem Falle nicht erforderlich,
und ein Umbau der Maschine ist nicht nötig.
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Wenn man keinen besonderen Kompressor verwenden will, dann kann man
das untere Ende des Zylinders bei einer Viertaktmaschine in einen Kompressor in
bekannter Weise dadurch umwandeln, daß man diesen Zylinderteil mit einem Deckel
abschließt und die Kolbenstange dicht führt. Ferner werden an diesem Zylinderteil
zwei Ventile angeordnet, die nach innen und außen öffnen. Diese Ventile stehen durch
Rohrleitungen mit dem Karburator und dem Gemischbehälter in Verbindung. Während
des Verdichtungs- und Auspuffhubes wird das Gemisch durch den Kolben in den als
Kompressor wirkenden Zylinderraum in bekannter Weise eingesaugt, während des folgenden
Hubes verdichtet und in den Behälter übergedrückt, aus dem es am Ende des Verdichtungshubes
dem Zylinder zugeführt wird. Auf diese Weise wird die Maschine während der vier
Takte mit dem dreifachen Gemischvolumen arbeiten. Das vom Karburator zum Sammelbehälter
führende Rohr ist mit einem sich nach innen öffnenden Klappventil verschlossen,
um zu verhindern, daß der Inhalt des Behälters beim Einströmen des Gemisches in
den Zylinder etwa in den Karburator und aus diesem ins Freie entweichen kann.
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Bei Verwendung des Erfindungsgegenstandes wird ermöglicht, die Maschine
durch Leistungssteigerung wirtschaftlich auszunutzen und die Leistung während des
Betriebes zu ändern. Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß diese Explosionskraftmaschine
in eine Dieselmaschine umgewandelt werden kann. Dieselmotoren können nach der Erfindung
als Zweitaktmotoren betrieben werden, auch kann man das Verdichtungsverfahren bei
Dieselmotoren anwenden.