DE525025C - Im Zweitakt nach dem Dieselprinzip arbeitender Kraftgaserzeuger mit Verdichter - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN Al
20. MAI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 d GRUPPE ö

Aktiebolaget Götaverken in Göteborg, Schweden

Die Erfindung bezieht sich auf einen im Zweitakt nach dem Dieselprinzip arbeitenden Kraftgaserzeuger mit Verdichter. Die verdichtete Luft wird in den Zylinder des Verbrennungsmotors eingeführt und mit den Gasen vermischt, worauf das Gemisch zum Antrieb von Wärmemotoren verwendet wird, in welchen es, sich ausdehnend, arbeitet.
Theoretisch war man sich darüber klar, daß derartige Kraftgaserzeuger Vorteile gegenüber Brennkraftmaschinen, ζ. ß. Dieselmotoren, z. B. bei ihrer Anwendung auf Schiffe, bieten, weil derartige Maschinenanlagen eine viel bessere Regelungsfähigkeit ergeben. Die Ausführungen für die Praxis scheiterten aber daran, daß insbesondere gegenüber Dieselmaschinen kein genügend guter Wirkungsgrad erzielt wurde. Der Erfinder hat gefunden und durch Versuche festgestellt, daß dies insbesondere daran liegt, daß bei den bekannten Ausführungsformen solcher Kraftgaserzeuger, die Zweitaktbrennkraftmaschinen verwenden, das Ausspülen der Verbrennungsgase durch Schlitze erfolgt, welche in Zylindern angeordnet sind. Diese Schlitze befinden sich gewöhnlich xmten am Zylinder, so daß sie abgedeckt werden, wenn der Kolben beim Auspuffhub etwa 2O^u/₀ seines Weges zurückgelegt hat. Dann ist die verdichtete Luft nur während dieses sehr kurzen Weges des Kolbens eingeströmt; es sind sehr viel Auspuffgase zurückgeblieben, und es ergibt sich infolgedessen eine sehr schlechte Verbrennung beim Explosionshub. Zwar hat man schon den Vorschlag gemacht, diese Schlitze erheblich näher an den Deckel des Zylinders heranzulegen, etwa auf 60%, wobei man vor den Schlitzen noch besondere gesteuerte Ventile für Einlaß und Auslaß anordnete. Diese Auslaß- und Einlaßschlitze legte man aber im Zylinder diametral gegenüber, was zur Folge hatte, daß die unter Druck einströmende Luft radial durch den Zylinder strömte und eine genügende Spülung des oberen Zylinderteils, der gewissermaßen als toter Raum daliegt, nicht vornahm. Ferner zeigt sich aber auch folgender Nachteil: Beim Arbeitshub des Kolbens treten diese Schlitzräume, sobald der Kolben über sie hinweggefahren ist, als schädliche Räume auf, so daß die Ausdehnungskurve des Arbeitsdiagramms eine Einbuchtung erhält. Hierdurch können Arbeitsverluste von 10 bis 2O°/₀ auftreten, so daß also auch diese Ausführungsform für die Praxis nicht günstig ist.

Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, daß sowohl das Einlaßventil für die Luft als das Auslaßventil für die Luft-Gas-Mischung im Deckel des Zylinders der Zweitaktbrennkraftmaschine angeordnet ist. Hierdurch tritt folgender Vorteil auf: Die verdichtete Luft wird so geleitet, daß sie in der Längsrichtung des Zylinders strömt, so daß sie sich mit den

Gasen sofort innigst vermischt. Man sperrt das Einlaß- und das Auslaßventil erst ab, wenn der Weg des Kolbens beim Auspuff etwa 60 bis 65% des Hubes beträgt. Die während dieses Auspuffhubes mit unverminderter Heftigkeit einströmende Luft trifft also, je weiter der Kolben sich dem Deckel nähert, auf den immer geringer werdenden Gasinhalt, der auf diese Weise so weit ausgespült wird, daß für ίο die endgültige Verdichtung Luft von genügender Reinheit vorhanden ist, um eine gute Explosionsund Verbrennungswirkung zu ergeben.

Es hat sich gezeigt, daß man auf diese Weise einen thermischen Wirkungsgrad der Gesamtig anlage erreicht — also gemessen an der Kurbelwelle des Wärmemotors, die ja die eigentliche Arbeit (z. B. Antrieb der Schiffsschraube) zu verrichten hat —, welcher dem thermischen Wirkungsgrad einer gewöhnlichen Dieselmaschine gleichkommt. Daneben hat man dann die großen Vorteile der besseren Manövrierfähigkeit, welche insbesondere für Schleppdampfer und Torpedoboote, aber auch für sonstige Schiffe in Frage kommt. Die Anordnung dieser Ventile gegenüber Schlitzen bringt ferner den Vorteil, daß die Leistungsverluste erheblich vermindert werden, und zwar infolge geringerer Drosselung beim Durchströmen der Luft und des Gases. Die Ventile können nämlich während längerer Zeit offengehalten werden, wodurch auch der Überdruck, mit welchem die Reinspülung erfolgt und der wesentlich von der Öffnungszeit der Ventile abhängig ist, erheblich niedriger wird. Wenn die Reinspülungsperiode in die spätere Stufe der Ausströmperiode verlegt wird oder mit dieser Periode im wesentlichen zusammenfällt, so wird es möglich, die Verbrennung im Zylinder mit einem verhältnismäßig großen Luftüberschuß erfolgen zu lassen. Die Temperaturverhältnisse im Zylinder können deshalb während der Verbrennungs- und Ausdehnungsperiode derart beeinflußt werden, daß die Mitteltemperatur hierbei sinkt. Die Wärmebeanspruchungen im Kolben und im Zylinder und vor allem die Kühlverluste werden hierbei vermindert, was weiterhin einen günstigen Wärmeaustausch in der Maschine zur Folge hat.

An sich ist es bei Viertaktbrennkraftmaschinen bekannt geworden, daß die Einlaß- und Auslaßventile im Zylinderdeckel angeordnet sind. Hier sind aber nicht die Verhältnisse maßgebend, welche bei Zweitaktbrennmaschinen auftreten, weil die Vermischung der verdichteten Luft mit den Abgasen außerhalb des Zylinders der Brennkraftmaschine stattfindet. Auch bei gewöhnlichen Zweitaktbrennkraftmaschinen hat man schon die Ventile im Deckel angeordnet. Auch hier sind die obigen Gesichtspunkte aber nicht maßgebend, denn bei gewöhnlichen Zweitaktbrennkraftmaschinen ist man nicht in der Lage, die Verdichtung erst dann eintreten zu lassen, wenn 60 bis 65% des Kolbenwegs zurückgelegt sind, weil man sonst nicht die für einen guten Wirkungsgrad erforderliche hohe Verdichtung erreichen würde. Dies kann man nicht etwa dadurch ersetzen, daß man besonders hoch verdichtete Spülluft in den Zylinder einbläst, weil auch hierdurch der Wirkungsgrad der Maschine sehr schlecht werden würde. ·

Bei der Erfindung kommt es natürlich nicht darauf an, daß infolge der hohen Verdichtung der Luft durch den Verdichter der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine als solcher ein schlechter ist, sondern nur darauf, daß der Wirkungsgrad der Gesamtanlage — wenn man also die Kraft an der Welle des Wärmemotors abnimmt — ein guter ist.

In Abb. ι ist beispielsweise ein solcher Kraftgaserzeuger im Schnitt dargestellt.

Die Diagramm-Abbildungen 2 und 3 dienen zur näheren Erläuterung,

7 ist der Arbeitszylinder und 8 der Verdichterzylinder, während 38 den Verdichterkolben bezeichnet, welcher nach der einen Seite zu mit dem Kolben der Kraftmaschine und nach der anderen Seite zu mit dem Steuerkolben 39 unmittelbar verbunden ist; dieser trägt die Kurbelstange 40 mittels des Zapfens 41. Der Verdichter ist einfachwirkend, und der ringförmige Verdichtungsraum ist auf der Unterseite des Kolbens vorgesehen. Die Luft wird durch die öffnung 42 eingesaugt und strömt durch das Saugventil 44. Nach vollzogener Verdichtung entweicht die Luft durch das Druckventil 45 und wird durch die Leitung 55 nach dem in dem geschlossenen Ende der Verbrennungskolbenmaschine angeordneten, geregelten Ventil α geführt. Das erzeugte Gas entweicht durch das gesteuerte Ventil b und wird durch die Rohrleitung 15 nach den Verbrauchsstellen fortgeleitet. 14 ist das im Deckel der Maschine vorgesehene Brennstoffventil. Die Vorrichtung zur mechanischen Regelung der Ventile a, b und 14 wurde auf der Zeichnung nicht dargestellt.

Gemäß Abb. 2 und 3 nehmen die Kolben 37 und 38 im Punkt 36 die in Abb. 1 gezeigte Lage ein, wobei verdichtete Luft durch das Ventil a in den Verbrennungsmotor strömt und das Gas unter Vermischung mit Luft zum Rohr 15 durch die vom Ventil b freigelegte Öffnung herausgeschoben wird. Wenn der Kolben 37 beim Aufwärtsgellen unter fortwährender Einströmung von Luft durch das Ventil α und Hinausschieben von Luft und Abgasen durch das Ventil δ den Punkt 30 erreicht hat, wird das Luftventil α und sogleich darauf im Punkt 31 das Ausströmungsventil b geschlossen, wobei die Einströmung von Luft und Ausströmung

vmi ι iiisfii unterbrochen wird. Danach erfolgt während der Perioden ji bis _)2 eine Verdichtung des in den Zylinder eingeführten, hauptsächlich au* Luft bestehenden Fnhalts. Während der daraufhin beginnenden niedergehenden Bewegung des Kolbens erfolgt Verbrennung unter Zufuhr vn Brennstoff durch das Brennstoffventil 14 während eier Periode J2, -;j, wonach Auxli-linunii im Zylinder 7 während der Periode )_). ,',4 .-nittrindet. welche im letztgenannten Aiiu'i'iiniick unterbrochen wird, indem das Aus- -tnimun^sventil 5 geöffnet wird. Zu dieser Zeit i.-ri"l^t der Druckausgleich, indem die Verlinnnuiiyssase durch das genannte Ventil zur i.rit'iii',' 15 zu entweichen beginnen,, was im f'üükt .',5 \'ollendet sein muß, wo das Luftzu öffnen hat und verdichtete durch das Rohr 55 in den Zy

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linder zum Zwecke des Reinblasens zu strömen, wnbei \'erbrennungsgase und Luft durch das uii'ene Ausblaseventil b entweichen. Das Reinblasen rlurch riiese Öffnungen geschieht so lange, bis der Kolben, wie vorher erwähnt wurde, !»•im Aufwärtsgehen den Punkt 31 erreicht hat. worauf der Kreislauf wiederholt wird. Gemäß Abb. 3 müssen somit das Luftventil α und das Ausströmventil b derart eingeregelt sein, daß das erste während der Periode Λ und das letzte während der Periode B offensteht. Bei der Anwendung der Erfindung gibt es Möglichkeiten, das Arbeitsdiagramm in günstiuvr Richtung· zu beeinflussen, entweder insoiVrn. als die Länge des Kolbenhubes nicht unbeträchtlich gekürzt werden kann, oder auch insofern, als die Ausdehnung weitergetrieben werden kann als in einer gewöhnlichen, mit Durchbrechung versehenen, im Zweitakt arbeitenden Verbrcnnungsmaschinc. In beiden !•"allen wird nämlich ein höherer Mitteldruck im Verbrennung.szvlinder erhalten, ohne <laf3 die zugeführte Wärmemenge erhöht worden ist.

Die Einrcgclung der Ventilbewegung an einer gemäß der Erfindung hergestellten Maschine wird in hohem Grade vereinfacht, da man weder bezüglich der Ausström- noch bezüglich der Reinspülungsperiode an irgendeine Durchbrechung gebunden ist. Die zur Regelung der Ventilbewegung für gewöhnlich gebräuchlichen Kurven gestatten nämlich bei Bedarf eine verhältnismäßig einfach auszuführende Einstellung in erwünschter Hinsicht. Die übrigen Übelstände und Schwierigkeiten rein baulicher Xatur, welche immer die Anwendung von Durchbrechungsöffnungen begleiten, verschwinden auch in der Hauptsache bei der Anwendung der Erfindung.

Die in der Zeichnung gezeigte Ausführungsform kann in mancherlei Weise geändert werden. Die Verdichtung von Luft kann auch in einem besonderen Verdichter stattfinden, welcher an die Verbrennungskolbenmaschine mittels der Kurbelwelle oder auf andere Weise gekuppelt ist. Die Ventile α und /; können, um reichliche Flächen zu erzielen, je aus zwei oder mehreren Ventilen bestehen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Im Zweitakt nach dem Dieselprinzip arbeitender Kraftgaserzeuger mit Verdichter, dessen verdichtete Luft im Zylinder des Verbrennungsmotors mit den Gasen vermischt wird, worauf das Gemisch zum Antrieb von Wärmemotoren verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Zuführung der verdichteten Luft zu den Zylindern als auch die Ableitung der Gase aus den Zylindern durch im Zylinderdeckel angeordnete Ventile erfolgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen