DE558011C

DE558011C - Verbrennungsheizmaschine

Info

Publication number: DE558011C
Application number: DEJ40619D
Authority: DE
Original assignee: ERICH JUNGE DR
Current assignee: ERICH JUNGE DR
Priority date: 1931-02-07
Filing date: 1931-02-07
Publication date: 1932-08-31

Description

Bei den heute gebräuchlichen Brennkraftmaschinen werden von 100 im Brennstoff eingeführten Wärmeeinheiten etwa 30 o/_o in Kraft umgesetzt, etwa 60 o/₀ gehen durch Kühlwasser und Auspuffgase verloren, der Rest wird durch Reibungsarbeit aufgezehrt.

Versuche, die 60 o/_o Abwärme nutzbar zu machen, haben bisher wenig zufriedenstellende Ergebnisse gezeitigt. Der Wirkungsgrad der Abwärmeverwertung war, außer in einigen Fällen der Industrietrocknung, zu gering, um die Kapitalsanlage lohnend zu gestalten.

Erfahrungsgemäß beruht das Versagen der Abwärmeverwertung vornehmlich auf der geringen spezifischen Wärme der Abgase, die nach Abscheidung von Kohlensäure und Wasser nicht mehr imstande sind, die Strömungsverluste zu decken, so daß nur ein kleiner Teil als Abwärme nutzbar wird.

ao Vorliegende Erfindung dient dem Zweck, die Wärmeverwertung von außen nach innen, also in die Zylinderwandungen, zu verlegen und die Bilanz des WärmefLusses innerhalb der Maschine derart zu verändern, daß der größte Teil der entwickelten Wärmeenergie für Heizzwecke und nur der Rest für Kraftzwecke verfügbar wird.

Die Erfindung besteht darin, daß der Zylinderdurchmesser gegenüber dem Hub derart vergrößert wird (z.B. auf das Verhältnis 5: D = 1:4), bis die Heizwirkung der Verbrennungsgase auf das im Kühlmantel umlaufende Mittel die Kraftwirkung der Verbrennungsgase auf das Kurbelgetriebe übersteigt.

Die Abbildungen zeigen eine Verbrennungsheizmaschine, der ein Hubverhältnis 5: D = ι: 4 zugrunde liegt, wobei also der Zylinderdurchmesser das Vierfache des Hubes beträgt. Abb. 1 zeigt den Schnitt A-B nach Abb. 2. Zum Verständnis der thermodynamischen Vorgänge ist es nötig, ein anderes Hubverhältnis, S: D= 2:1, gegenüberzustellen, wie es beispielsweise bei Doppelkolbenmaschinen besteht.

Ändert sich nämlich das Hubverhältnis von 2: ι in ι: 4, so wachsen bei derselben Füllung und dem gleichen Verdichtungsverhältnis die Zylinderdeckel- und Kolbenbodenflächen, die den Totraum umschließen, im Verhältnis von ι: 4, während die Laufflächen des Zylinders sich im Verhältnis 2: r, also auf die Hälfte, verkleinern.

Da infolge der Verkürzung des Hubes von 4 auf ι die Drehzahl bei derselben Kolbengeschwindigkeit auf das Vierfache steigt, so ergibt sich bei der Anordnung S: D = 1: 4, daß in der Zeiteinheit die vierfache Wärmemenge auf eine viermal größere Heizfläche zur Einwirkung gelangt.

Betrachtet man nun die Vorgänge in der Nähe der inneren Totpunktlage, also während der Verbrennung, so ergibt sich, daß jede Vergrößerung der wärmeabführenden Zylin-

derfiäche eine Vermehrung der Heizwirkung, also der- Wärmeübertragung an das Kühlmittel, aber auch eine entsprechende Verminderung der Kraftwirkung zur Folge hat, weil immer mehr Wärme nach außen abgeleitet wird und immer weniger für Ausdehnungszwecke im Innern übrigbleibt, bis schließlich, wenn man z. B. ein Hubverhältnis S:D= ι uz ins Auge faßt, die erzeugte ίο Verbrennungswärme von den Wandungen so völlig aufgenommen wird, daß die übrigbleibende Kraft sich in der Pumpenarbeit erschöpft.

Es ergibt sich weiter, da bei fortschreitender Umgestaltung des Hubverhältnisses die Laufflächen immer kürzer werden, also weniger Wärme und Schmiermittel annehmen, der größte Teil der entwickelten Wärme den Flächen zufließt, die den Totraum begrenzen. Die dem Verschleiß nicht unterworfenen Zylinderdeckel- und Kolbenflächen dienen somit als Wärmespeicher für den Heizraum, von dem aus die Wärmeübertragung an das im Mantel umlaufende Mittel erfolgt. Bei richtiger Wahl des Hubverhältnisses ergibt sich mit dieser Bauart die Möglichkeit, bei geringster Raumbeanspruchung eine starke Erwärmung oder Verdampfung zu erzielen und den größten Teil der im Brennstoff eingeführten Wärmeenergie für Heizzwecke nutzbar zu machen.

Sinkt der Wärmebedarf der Heizanlage, so kann ein vom Vorratskessel beeinflußter Regler auf die Brennstoffzuführung der Maschine einwirken und dieselbe absperren, worauf durch die in den Schwungmassen aufgespeicherte Energie so lange Luft durch die heißen Zylinder gepumpt wird, bis ein Temperatur- bzw. Druckabfall eintritt, worauf durch den Regler die Brennstoffzuführung wieder eingestellt wird, und die Verbrennungen aufs neue beginnen. Zu diesem Zweck ist die Maschine mit besonders schweren Schwungmassen ausgestattet, die den Pumpenbetrieb auch bei abgestellter Brennstoffzuführung längere Zeit aufrechterhalten und eine vollkommene Ausnutzung der durch vorhergehende Verbrennungen in Kolben und Zylinder aufgespeicherten Wärme für Heizzwecke gewährleisten.

Bei Brennkraftmaschinen mit normalem Hubverhältnis wird ein großer Teil der entwickelten Wärme, soweit sie nicht durch die Ausdehnung verbraucht wird, von den Zylinderlaufflächen abgeführt, die aber, wenn die Verbrennung erfolgt, vom Kolben abgedeckt sind.

Erst wenn der Durchmesser das Vielfache des Hubes beträgt, wird von der Verbrennungswärme unmittelbar mehr abgeleitet als in Kraft umgesetzt.

Die Arbeitsweise der Verbrennungsheizmaschine ist aus Abb. 1 und 2 der Zeichnung ersichtlich. Die gegenläufig arbeitenden Kolben K. saugen durch Ansaugleitung A ein brennbares Gemisch in Zylinderraum Z zwischen den Kolben, drücken dasselbe durch Überströmkanäle U in den Verbrennungsraum V, wo es verdichtet und durch Kerzen elektrisch gezündet wird, falls das Dieselverfahren nicht zur Anwendung gelangt. Die Verbrennungsgase geben den größten Teil der entwickelten Wärme an die Wandungen des Zylinderdeckels W ab, die dieselbe an das im Mantel umlaufende Kühlmittel M übertragen. Letzteres steigt in den Vorratskessel H auf, wo es von den nach der Entspannung durch Auspuff/» entweichenden Abgasen weiterbeheizt wird, um schließlich durch Rohrleitung L den Verwendungsstellen zugeführt zu werden.

Regler oder Thermostat T wirkt durch Gestänge 5 auf Brennstoffschieber B ein, sobald Temperatur oder Druck im Behälter// den einstellbaren Höhepunkt überschritten haben, worauf die Schwungräder/? den Betrieb fortführen, also Luft durch die heißen Zylinder pumpen, bis der Regler die Brennstoffzufuhr öffnet und die Verbrennung wieder einsetzt. Somit wird die in den Wan- go düngen der Maschine aufgespeicherte Wärme durch die von den Schwungrädern durch die Zylinder gepumpte Luft der Verwendung für Heizzwecke zugeführt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbrennungsheizmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderdurchmesser gegenüber dem Hub so weit vergrößert wird (z. B. auf das Verhältnis S : D = ι: 4), bis die Heizwirkung der Verbrennungsgase auf das im Kühlmantel umlaufende Mittel die Kraftwirkung der Verbrennungsgase auf das Kurbelgetriebe übersteigt.

2. Verbrennungsheizmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß außer der Vergrößerung der Wärme abführenden Fläche auch die Drehzahl der Maschine vergrößert wird.

3. Verbrennungsheizmaschine nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Verbrennungsgasen auf den Kolben übertragene Arbeit nur zur Aufrechterhaltung des Betriebes der Maschine und von Hilfsmaschinen (z. B. Kühlmittelpumpe, Entlüftungsgebläse usw.) dient.

4. Verbrennungsheizmaschine nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

das in einem Vorratsbehälter befindliche aufgeheizte Mittel bei sinkendem Wärmebedarf durch einen Regler die Brennstoffzufuhr abstellt, worauf die Maschine durch die Energie des Schwungrades allein in Gang gehalten wird und Luft durch den Zylinder gepumpt wird, bis im Vorratsbehälter ein Druck- oder Temperaturabfall eintritt, worauf der Regler die Brennstoffzufuhr wieder freigibt.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen