-
Zweitakt-Druckluftbrennkraf tmaschine Man kennt bereits Zweitakt-Druckluftbrennkraftmaschinen,
bei denen während des Auswärtshubes des Arbeitskolbens nur ein Teil der Abgase ausgestoßen,
der verbleibende Abgaserest dagegen auf einem Endteil dieses Kolbenauswärtshubes
verdichtet und der Brennstoff von der Verbrennungsluft in diesen Ab gaserest
eingeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist eine Zweitakt-Druckluftbrennkraftmaschine
dieser bekannten Gattung, deren Besonderheit darin besteht, daß der Brennstoff in
einer an den Arbeitszylinder unmittelbar anstoßenden, mit ihm in ständig offener
Verbindung stehenden Kammer eingelagert wird, und daß sodann am und kurz vor dem
Ende des Auswärtshubes des Arbeitskolbens beginnend die Verbrennungsluft, den Brennstoff
mitreißend, durch diese Vorlagerungskammer bei einer Temperatur hindurchgetrieben
wird, die so hoch ist, daß der in an sich bekannter Weise durch den verdichteten
Abgaserest vorgewärmte Brennstoff sich an dieser Luft sofort entzündet.
-
Die Erfindung kennzeichnet sich ferner durch eine Reihe von in den
Unteransprüchen angegebenen Einzelheiten, betreffend die besondere Art der Einführung
des Brennstoffes in die Vorlagerungskammer, der Förderung der Kompressorluft in
den Motor und der Druckverhältnisse der im Motor zurückgehaltenen und nachverdichteten
Gase, wenn sich der Arbeitskolben im äußeren Totpunkte befindet.
-
Die Zeichnungen veranschaulichen eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
-
Abb. i ist ein Höhenschnitt durch den: Arbeits- und denKompressorzylinder
derBrennkraftmaschine.
-
Abb. -9 ist ein Schnitt nach Linie II-II, Abb. 3 ein Schnitt nach
Linie III-III in Abb. i.
-
Abb. d. zeigt den oberen Teil der Zylinder nach Abb. i in größerem
Maßstabe.
-
Abb. 5 zeigt im Schnitt nach Linie V-V in Abb. 4. die Einrichtung
der Einspritzkammer für flüssigen Brennstoff.
-
Abb. 6 zeigt im Schnitt dieEinrichtung der Einspritzkammer für pulverförmigen
Brennstoff.
-
Abb. 7 ist ein waagerechter Schnitt nach Linie VII-VII in Abb. 6.
-
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Zweitakt-Druckluftbrennkraftmaschine
aus dem Arbeitszylinder 3 und dem Kompressorzylinder z.
-
Der Arbeitszylinder ist mit Auspufföffnungen 17 versehen, die der
Arbeitskolben 5 vor der unteren Totlage überschreitet. Das Abgaseausströmventil
ist mit 16 bezeichnet.
lm Kompressorzylinder ist i i das Lufteinströmventil.
Unmittelbar an den Arbeitszvlinder anstoßend und mit ihm in ständig offener Verbindung
stehend, ist im Zylinderdeckel eine Kammer z2 angeordnet, in die der durch eine
Düse 24 (Abb. 4, 5) zugeführte Brennstoff eingelagert wird. Diese Brenn-, stoffvorlagerungskammer
22 steht durch einen Kanal 15 mit dem Druckraum des Kompressorzylinders in Verbindung.
Ein Ventil I2 sorgt für rechtzeitige bffnung und Schließung dieses Verbindungskanales
i5.
-
Die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine ist folgende: In der unteren
Totpunktlage des Kraftkolbens 5 sind die Auspufföffnungen 17 freigelegt, so daß
die Gase ihre Expansion vollenden und weiter an Wärme verlieren.
-
In demAugenblicke, in welchem der wieder aufwärts gehende Kolben 5
imBegriff steht, die Auspufföffnungen 17 von neuem abzusperren, öffnet sich das
Ausströmventil 16 und läßt einen weiteren Teil der Gase entweichen.
-
Das Ausströmventil bleibt so lange geöffnet, bis in dem Zylinder nur
noch soviel Gas vorhanden ist, daß dieses durch Kompression in den oberhalb des
Kolbentotpunktes befindlichen Räumen nur einen schwachen Druck von etwa 5 bis 6
kg erreichen kann.
-
Im Augenblick des Schließens des Ausströmventils (oder kurz vor diesem
Augenblicke) beginnt die Einspritzung des Brennstoffes in die Kammer 22. Diese Einspritzung
erfolgt in passender Weise durch die Düse 24 (Abb. 4, 5), und zwar in der Weise,
daß in dem Augenblicke, in welchem der Kolben 5 die Nähe des äu13eren Totpunktes
erreicht, die Einspritzung vollendet ist. Oberhalb des Kolbens 5 hat dann der zurückgehaltene
Abgaserest einen Druck von 5 bis 6 kg und eine Temperatur von etwa 6oo°. Zufolge
des Winkels, um den die beiden Kurbeln versetzt sind, beträgt der Druck im Kompressor
2o bis 25 kg und die Temperatur ungefähr q.50°. Nunmehr öffnet sich das Verbindungsventil
12 des Kompressors. Die auf 45o° stehende Luft, welche in den Kanal 15 gelangt und
am Ende dieses Kanals mit den Dämpfen des Brennstoffes in einer Atmosphäre von 6oo°
zusammentrifft, bewirkt eine Explosion, welche auf der Motorseite den Druck augenblicklich
von 6 auf 25 kg hinaufbringt. Auf beiden Seiten des Ventils r2 gleichen sich nun
die Drucke aus, so daß am Totpunkt des Kraftkolbens (einerseits durch gelinde Kompression
der Explosionsgase, andererseits infolge der Erhöhung-des Druckes im Kompressor,
dessen Kolben seinen Hub fortsetzt) der Druckausgleich bei 35 kg stattfindet, wobei
im Kompressor eine Temperatur von 55o° und im Kraftzylinder eine solche von iooo
bis i ioo° herrscht, welch letztere herrührt von der durch die Explosion bewirkten
Steigerung der ursprünglichen Temperatur von 6oo°.
-
Diese Explosion kann aufgesetzt werden als der Zündfunke des Brennstoffrestes,
welcher durch die Kompressorluft aus der Kammer 22 in den Kraftzylinder mitgerissen
wird.
-
Währenddem der Kompressorkolben .4 sich nach dem Totpunkt hinbewegt
und der Kraftkolben 5 gleichzeitig um den gleichen Betrag auswärts geht, erhält
sich der Druck auf 35 kg. Indem nämlich die Luft in den Kraftzylinder übertritt,
nimmt ihr Volumen infolge der durch Verbrennung erfolgten Steigerung ihrer Temperatur
von 55o° auf iooo° um etwa 2,5 zu. Da aber diese Luft in dem Motorzylinder einen
Raum vorfindet, der 2, 5mal größer ist als ihr Ursprungvolumen im Kompressor, so
bleibt der Druck auf gleicher Höhe, d. h. er erhält sich während der ganzen Dauer
des Überströmens auf 36 kg, bei einer mittleren Temperatur von 9oo bis iooo° im
Motorzylinder.
-
Sobald der Kompressorkolben seinen Totpunkt um ein weniges überschritten
hat, schließt sich das Verbindungsventil 12, und der Druck im Motor nimmt nach Maßgabe
des Fortschreitens der Gasentspannung ab, bis schließlich die Auspufföffnungen i-7
von neuem freigelegt werden.
-
Die mit dieser Arbeitsweise erzielbaren Vorteile sind folgende: i.
Günstiger Wirkungsgrad auch bei geringer Brennstoffzufuhr, weil infolge der nach
und nach dem Brennstoff sich zumischenden Luft der Brennstoff stets genau in der
Luftmenge verbrennt, die er benötigt, und weil die nachträglich zuströmende Luft
lediglich einen Zusatz darstellt, der nur fakultativ verbraucht wird bei starleer
Brennstoffzufuhr, der aber bei schwacher Brennstoffzufuhr keinen schädlichen Einfluß
ausübt. Im Gegensatz hierzu trifft bei den bekannten Arbeitsverfahren gleich bei
Beginn der Verbrennung der Brennstoff stets auf ein gleiches Luftvolumen, wie groß
auch die eingespritzte Brennstoffmenge immer sein möge.
-
2. Die Brennkraftmaschine vermag schneller zu laufen als die ähnlichen
Motoren Dieselseher Bauart, weil der in der Einspritzkannner in abwartender Haltung
verharrende, noch außer Berührung mit der Verbrennungsluft stehende Brennstoff dortselbst
seine Temperatur steigern und, in Dampfform übergehend, Entflammbarkeit erlangen
kann, währenddem die zu seiner Verbrennung bestimmte Luft komprimiert wird.
Da
beim Anlassen der Maschine an Stelle von Abgasen Luft im Kraftzylinder verwendet
werden muß und das Verdichten dieser Luft bis auf etwa 6 kg einer Temperatur
von nur 25o° entspräche, die zur Entflammung des Gemisches unzulänglich wäre, so
ist für den Zeitpunkt des Schließens des Ausströmventils i6 eine besondere Regelung
vorgesehen, zufolge welcher beim Anlassen im Arbeitszylinder so viel Luft bzw. Abgas
zurückgeliaIten wird, daß beim Anlangen des Kolbens in die Totpunktlage im Arbeitszvlinder
ein Druck von ungefähr 35 kg erzielt wird, dem eine zur Selbstzündung ausreichende
Temperatur entspricht.
-
Da die Zündexplosion durch die Eröffnung des Verbindungsventils 12
hervorgerufen wird, so ist auch ein Mittel zur Regelung des Zeitpunktes der Eröffnung
dieses Ventils in bezug auf den Totpunkt des Kraftkolbens torgesehen.
-
Wird die Maschine mit flüssigem Brennstoff gespeist, so kann die Brennstoffvorlagerungskammer
in der aus Abb. i, 4. und 5 ersichtlichen Weise ausgebildet werden. Für pulverförmigen
Brennstoff dagegen (Torf, Kohle usw.) eignet sich die Vorkammeranordnung nach Abb.
6 und-.
-
Die Brennstoffvorlagerungskaintner hat die Form eines Ringraumes 22
(Abb. d) bzw. 32 ;Abb.6), und sie steht mit ihrem oberen Ende ständig in offener
Verbindung mit dem Arbeitszylinder. Bei der Vorkammer nach Abb..I ist auch noch
der Boden des Ringraumes .22 durch schmale Schlitze 35 mit dem Arbeitszylinder verbunden.
Bei der Vorkammer nach Abb. 5 dagegen ist der Boden 36 des Ringraumes 32 der Vorkammer
vollwandig.
-
Beim Arbeiten mit flüssigem Brennstoff wird dieser während des Auswärtshubes
des Arbeitskolbens in dieVorlagerungskammer22 nach Abb. .1 durch die Düse 24 tangential
eingeführt, und zwar so zeitig, daß eine Ausnutzung des geringen Druckes, der während
dieses Hubes noch in der Kammer herrscht, sowie der während des Kolbenauswärtshubes
verfließenden Zeit zum Erwärmen und Verdampfen des Brennstoffes ermöglicht wird.
-
Die durch das Ventil z-2 aus dem Kompressor kommende Luft fließt durch
die Leitung 15 und zerlegt sich am Ende dieser Leitung in zwei Teilströme. Von diesen
Teilströmen dringt der stärkere in den MotorzvIinder durch die oberen Öffnungen
23 der Kammerhaube 18, wobei er sich mit den verflüchtigten Bestandteilen des Brennstoffes
innig vermischt, so daß Zündung stattfindet. Der andere, schwächere Teilstrom dagegen
geht durch die Bodenschlitze 35 des nach unten sich verjüngenden Ringraumes 22,
hierbei die Brennstoffteilchen mitreißend, die sich dem Verdampfungsvorgange entzogen
haben. Die eben beschriebene Förderung des Kompressors in den Motor beginnt erst
in dem Augenblicke, wenn der Arbeitskolben den äußeren Totpunkt verläßt, und sie
erstreckt sich nur auf einen Bruchteil des Einwärtshubes. Zu diesem Zwecke hat der
Kompressorkolben für die Druckluft dem3,Iotorlzolben gegenüber Nacheilung.
-
Wird mit pulverförmigem Brennstoff gearbeitet, so preßt man diesen
in passender Weise durch den Kanal 33 in die Kammer 32 ein (Abb. 6 und 7). Die durch
die Leitung 15
zugeführte Verbrennungsluft wird durch eine Kuppel 3o auf den
Umfang der Ringkammer 32 verteilt, in der sie sich mit dem zerstäubten Brennstoff
vermischt. Dieses Vermischen kann z. B. durch in den Weg der Luft und des Brennstoffes
eingeschaltete Rippen 34., 39 gefördert werden, die Wirbelbewegungen hervorrufen.
Das entstandene Luft- und Brennstoffgemisch strömt sodann in den Arbeitszylinder,
wobei die Vorgänge sich in ähnlicher Weise, wie für den flüssigen Brennstoff beschrieben,
abspielen.
-
Damit die Arbeitsvorgänge sich unter den oben geschilderten Druckverhältnissen
abspielen, sind die Inhalte der Einlagerungskammer, des Arbeitsraumes und des Kompressorliubraumes,
ferner der Winkel, um den die beiden Kurbeln versetzt sind, und die Steuerzeiten
der Ventile so aufeinander abgestimmt, daß, wenn sich der Arbeitskolben im äußeren
Totpunkt befindet, der Druck der im Motor zurückgehaltenen und nachverdichteten
Gase entweder gleich dem Drucke der Luft im Kompressor oder geringer als dieser
Druck ist, in letzterem Falle aber nach der beim ersten Zustrom von Luft aus dem
Kompressor stattfindenden Verbrennung diesem Drucke gleich wird.
-
Der Kraftkolben 5 ist mit einer Platte 25 aus unoxvdierbarem Metall
bekleidet. Diese Platte ist durch feuerfestes Material 4.o, wie Asbest, Graphit
usw., vom eigentlichen Kolbenkörper isoliert. Diese Platte ist so befestigt, daß
sie unter den Einwirkungen der Wärme ihre Form frei verändern kann. Ihr Hauptzweck
ist die Schaffung einer sehr warinen Fläche, an der die Selbstzündung erfolgen kann.
Sie trägt aber auch bei zu der Erzielung eines hohen Wirkungsgrades, und sie schützt
zugleich den Kolbenkörper gegen schädliche, durch die Hitze verursachbare Formveränderungen.
-
Aus dem gleichen Grunde wie für den Kolben ist die Decke des Kraftzylinders
mit einem Belag aus unoxydierbarem Material versehen. Außerdem ist sie durch feuerfestes
Material 28 vom Zylinderdeckel isoliert.
Bei Benutzung gasförmigen
Brennstoffs wird dieses Gas gleichzeitig mit der vom Kompressor kommenden Luft in
die Einlagerungskammer 22 eingeführt.