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Vorrichtung zur Feststellung der Leistung einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Feststellung der Leistung einer
Brennkraftmaschine auf Grund der im Zylinder dieser herrschenden Temperatur des
Betriebsmittels, die aus einem thermoelektrischen Element, das mit seinem die Verbindungsstelle
der beiden verschiedene Metalle aufweisenden Ende in den Zylinder der Maschine eingebaut
ist, und einem mit den freien Enden dieses Elementes verbundenen Zeigerinstrument
besteht.
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Die Erfindung besteht in einer Verbesserung bzw. in der Ausbildung
einer solchen Vorrichtung in der Weise, daß mit ihr die innere Arbeit, d. h. die
effektive Leistung der Maschine, unmittelbar festgestellt werden kann.
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Alle die für diesen Zweck bisher benutzten bzw. bekannten Dynamometer
sind mehr oder weniger kompliziert und können nicht dauernd in den Fällen benutzt
werden, in denen die Maschine, deren Leistung jederzeit festgestellt werden soll,
sich an einer entweder gar nicht oder nur sehr schlecht zugänglichen Stelle befindet,
wie z. B. bei Kraftwagen, Flugzeugen, Motorbooten o. dgl. Außerdem sind dieseDynamometerverhältnism.äßig
teuer und können auch nur von in ihrem Gebrauch erfahrenen Fachleuten benutzt werden.
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Diesem Mangel hilft die Vorrichtung nach der Erfindung ab, indem sie
jederzeit mit der Maschine sich verbinden läßt und in dauernder Verbindung mit dieser
verbleiben kann sowie mit ihr jederzeit-die Leistung von jedermann unmittelbar an
dem Zeigerinstrument angelesen werden kann.
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Für die Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung waren die folgenden
Erwägunren maßgebend: Befindet sich ein Gas in einem geschlossenen Raum, so übt
es auf die Wände dieses einen gewissen Druck aus. Der auf eine Flächeneinheit der
Innenwand ausgeübte Druck ist der Größe dieser Wand proportional. Der Druck kann
sich von einem Augenblick zum andern ändern, ist aber in jedem Augenblick ein ganz
bestimmter. Dieser von einem in einem geschlossenen Raun sich befindenden Gas ausgeübte
Druck erhöht sich mit der Steigerung der Gastemperatur, und uirgekehrt. Drucksteigerung
und Temperaturerhöhung sind einander proportional. Jedem Grad der Temperatursteigerung
entspricht also eine entsprechende Steigerung des Druckes.
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Der Druck des Gases in einem unveränderlichen Volumen, ,aber bei verschiedenen
Temperaturen, ist proportional diesen, gerechnet vom absoluten Nullpunkt ab, d.
h. von z73'' ab. Es genügt also, da jeder Grad den Druck um ein gleiches Maß steigert,
die Zahl der Grade über dem absoluten Nullpunkt zu kennen, um auf Grund des Verhältnisses
den Druck festzustellen.
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Demgemäß besteht die vorliegende Erfindung aus der Vereinigung eines
in Berührung mit dem Betriebsmittel der Maschine stehenden Thermometers mit einer
Anzeigevorrichtung, die eine nach Kilogrammetern oder
nach anderen
Einheiten geteilte Skala. besitzt und entweder an der Maschine selbst oder örtlich
getrennt von dieser angebracht sein kann. Thermometer und Anzeigevorrichtung können
aber auch zu einer einzigen Vorrichtung vereinigt sein.
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Als Thermometer kann man ein thermoelektrisches Element anwenden,
dessen durch die Temperatur der Gase erzeugter Strom ein Galvanometer beeinflußt,
so daß an diese-a die gewünschte Ablesung vorgenommen werden kann. Vorrichtungen
dieser Art zum Messen der Temperatur von Brennkraftmaschinen sind bereits bekannt.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dient aber nicht dazu, die Temperatur
der Maschine schlechtweg zu messen, sondern sie benutzt nur die mittlere Temperatur
der Gase während des Arbeitshubes, um aus dieser die Leistung der Maschine zu bestimmen.
Um diese Leistung zu bestimmen, muß man zunächst den mittleren Druck einer Zylinderfüllung
und ferner die Zahl der Zylinderfüllungen in der Sekunde kennen.
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Da sich der Druck eines Gases mit seüier Temperatur erhöht, so wird
dieser Druck um so größer sein, je höher die Temperatur steigt. Um die mittlere
Temperatur einer Zylinderfüllung festzustellen, wird es genügen, den Drähten des
thermoelektrischen Elementes einen solchen Querschnitt zu geben, daß alle von den
Temperaturänderungen herrührenden Schwankungen verhindert werden. Es ist klar, daß,
je größer die Zahl der Zylinderfüllungen ist, um so größer die durch das thermoelektrische
Element aufgespeicherte Wärme und somit auch der erzeugte und von dem Galvanometer
angezeigte Strom sein wird. Indessen ergibt die wirkliche Temperatur der Gase nur
den wirklichen Druck, aber nicht die Leistung, da Arbeit nur während der Expansion
der Gase geleistet ,wird, d. h. also von dem Augenblick der Explosion an bis zum
Ende der Expansion. Soll die wirkliche Leistung ermittelt werden, so darf das thermoelektrische
Element nur durch die Temperatur während der Expanslon beeinfiußt werden. Um dies
zu erreichen, muß bei der Ausbildung des thermoelektris.chen Elementes das Folgende
beachtet werden: Bekanntlich ist bei einem solchen Element der von ihm erzeugte
Strom proportional dem Unterschied der Temperatur an der Verbindungsstelle der beiden
verschiedenen Metall, die im Feuer liegt, einerseits und an den freien Enden der
beiden Metalle, die einer anderen Temperatur ausgesetzt sind, anderseits. Um nun
die mittlere Expansionstemperatur festzustellen, genügt es, je nach Bedarf die freien
Enden der beiden Metalle mehr oder weniger der Verbindungsstelle dieser zu nähern
oder zu entfernen, derart, daß ein Teil der Strahlungstemperatur benutzt oder vermieden
wird, damit die freien Enden des Elementes sich auf einer Temperatur befinden, die
gleich oder benachbart der am Ende der Expansion herrschenden Temperatur ist.
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Beträgt die Temperatur in einem Falllee, für den das in Abb. i der
Zeichnung dargestellte Diagramm gilt, aoo° an dem Punkt A, der dem Endpunkt der
Expansion entspricht, so wird es nötig sein, daß die beiden freien Enden der beiden
Metalle sich an einer Stelle befinden, wo sie diese Temperatur besitzen können,
so daß, wenn die maximale Explosionstemperatur bei Punkt-B izoo° beträgt, die mittlere
Temperatur zwischen A und B,
die durch das Thermoelement angezeigt
wird, betragen wird:
Abb. a der Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Vorrichtung nach
der Erfindung. Bei dieser dient als Thermometer ein elektrothermisches Element mit
den beiden aus verschiedenen Metallen, z. B. Nickel und Eisen, bestehenden, bei
F miteinander verlöteten Drähten D und E.
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Dieses Element ist in dem aus Porzellan oder einem anderen geeigneten
isolierenden Stoff bestehenden Träger A eingebaut. Dieser ruht seinerseits in einer
Büchse B, die an ihrem unteren Ende mit Gewinde C versehen ist, um sie mit denn
Zylinder der betreffenden Maschine verbinden zu können. Das Element D, E,
F reicht mit den miteinander verlöteten Drahtenden in den Zylinder und ist mit
seinen freien Drahtenden K mit einem Galvanometer G verbunden.
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Die Verbindung der Vorrichtung mit dem Zylinder kann natürlich auch
in einer anderen geeigneten Weise erfolgen. Die Ausbildung der Vorrichtung kann
je nach Bedarf auch eine andere sein, ebenso auch die Form des Thermometers und
dessen Länge. An Stelle eines Elementes für jeden Zylinder können auch mehrere solcher
zur Anwendung kommen. Diese können auch in Reihe oder parallel zueinander _auf dem
gleichen Träger angeordnet werden.