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Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen Bei der motorischen Verbrennung
von Brenngas- bzw. Brennstoffnebel-Luft-Mischungen in Explosionsmaschinen und Dieselmotoren
bleibt ein wesentlicher Teil des Brennstoffes als unvollständig verbrannte Produkte
unausgenuzt in den Abgasen. Das Maximum an Arbeitsleistung liegt sogar bei den motorischen
Brennstoffen im Brennstoffnberschußgebiet der Brennstoff-Luft-Mischungen, wobei
dann immer in mehr oder weniger großem Maße unvollständige Verbrennung stattfindet.
In der Motorentechnik legt man in der Regel einer unvollständigen Verbrennung im
Zylinder keine besondere Bedeutung bei, weil dem mehr oder weniger großen Verlust
an Verbrennungswärme in den Abgasen ein Mehrgewinn an Arbeitsleistung gegenübersteht,
der diese Arbeitsweise bei den derzeitigen Verfahren der motorischen Verbrennung
wirtschaftlich rechtfertigt.
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Versuche über die Ausnutzung der Brennstoffwärme bei der motorischen
Verbrennung im Luftmangelgebiet haben gezeigt, daß für die meisten Brennstoffe ein
Maximum an Arbeitsleistung erhalten wird bei nur 8o bis o °1o des theoretischen
Luftbedarfs in der Brennstoff-Luft-Mischung, und zwar beträgt dann, bezogen auf
die tatsächlich in der Maschine entwickelte Wärmemenge, d. h. abzüglich des in den
Abgasen in Form unvollständig verbrannter Produkte enthaltenen Anteils der Verbrennungswärme
des Brennstoffs, das Maximum an Arbeitsleistung zwischen 28 und 47 °/o. Es können
dabei Abgase erhalten werden mit einer Verbrennungswärme bis zu 7oo bis 86o kcal/cbm,
derart, daß das Abgas selbst in seiner.Zusammensetzung einem Kraftgase entspricht.
Man kann durch entsprechende Herstellung des Brennstoff-Luft-Gemisches sogar so
weit gehen, daß die Verbrennung im Rußgebiet stattfindet; so gelingt es z. B. noch
ein Benzin-Luft-Gemisch zur Explosion zu bringen, das nur 15. bis 2o °% des
theoretischen Luftbedarfs entspricht. Bei so brennstoffreichen Mischungen findet
die Rußabscheidung nicht an den Wänden des Explosionszylinders statt, sondern die
Rußwolke erfüllt in äußerst feiner Verteilung den ganzen Raum. Messungen der Verbrennungsgeschwindigkeit
an komprimierten Brennstoff-Luft-Mischungen haben ergeben, daß in dieseln äußersten
Luftmangelgebiet noch außerordentlich heftige. Explosionen stattfinden, bei denen
die Verbrennungsgeschwindigkeit noch Werte erreichen kann von über Zoo m,ISek. Ähnliche
Erscheinungen zeigen Luftmischungen mit Benzol, mit Leichtölen des Schwelereibetriebes
und auch mit Schweröl.
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Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren für Brennkraftmaschinen,
bei dem der Verbrennungsvorgang geteilt wird. Es wird zunächst durch Zündung von
Brennstoff-Luft-Mischungen im Luftmangelgebiet unter Arbeitsleistung ein Kraftgas
bzw. ein Gemisch von fein verteiltem Kohlenstoff und Kraftgas erzeugt, das dann,
mit Sekundärluft ebenfalls unter gleichzeitiger Arbeitsleistung zu Ende
verbrannt
wird. Der Vorgang kann entweder in zwei Arbeitszylindern oder in ein und demselben
Arbeitszylinder durch Vollziehung der Erst- und Zweitverbrennung hintereinander
durchgeführt werden.
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Im ersten Falle sind die Kolbenbewegungen in den beiden Zylindern
derart gegeneinander versetzt, daß der erste Zylinder im vierten Takt die Verbrennungsgase
der ersten Verbrennung in den zweiten Zylinder, der gerade im Ansaugetakt ist, hinüberdruckt,
wo sie dann mit Zweitluft, die während der Kompression zugeführt wird, im dritten
Takt des zweiten Zylinders unter Arbeitsleistung verbrannt werden, ohne daß bei
der Überführung der Verbrennungsprodukte aus dem ersten Zylinder in den zweiten
eine größere Abkühlung stattfindet, als durch die Berührung mit den gekühlten Zylinderwandungen
und durch Leitung und Strahlung verursacht wird.
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Die Teilung des Verbrennungsprozesses bei der motorischen Verbrennung
und die stufenweise Ausnutzung in getrennten Räumen, wobei aber nur auf Kohlenoxyd
und Wasser= stoff gearbeitet wird, ist bereits vorgeschlagen worden. Man hat auch
vorgeschlagen, erst ein brennstoffreiches Luftgemisch zu zünden und durch Eindrücken
von Zweitluft im Expansionshub eine zur vollständigen Verbrennung ausreichende Luftmenge
zugegeben. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Erfindung der Brennstoffgehalt
der Erstluftmischung so getroffen, daß die Zweiteilung nicht auf die Bildung von
gasförmigen, unvollständig verbrannten Produkten der Erstverbrennung allein eingeschränkt
wird, sondern die Erstmischung kann so brennstoffreich hergestellt werden, daß es
mit Absicht zu einer Rußabscheidung in äußerst feiner Form, sozusagen molekularer
Verteilung, bei derErstv erbrennung kommt, der, dann gemeinsam mit den unverbrannten
Gasen mit Sekundärluft unter Arbeitsleistung zu Ende verbrannt wird. Dadurch erst
ist man weitgehend unabhängig von der Verteilung des Verbrennungsprozesses auf Erstverbrennung
und Zweitverbrennung, so daß die wirtschaftliche Ausnutzung der Zweiteilung ermöglicht
ist.
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Im zweiten Falle, bei Anwendung von nur einem Arbeitszylinder, vollzieht
sich der Gesamtvorgang während dreier Umdrehungen, wobei im Sechstakt mit zwei Arbeitstakten
gearbeitet wird. Es sind dann sechs Abschnitte: i. Ansaugen und Herstellen des luftarmen
Brennstoffgemisches, 2. Kornpression und Zündung, 3. unvollständige Verbrennung
und Expansion, q.. Kompression und Zumischen komprimierter Zweitluft und Zündung,
5. zweite Verbrennung und Expansion und 6. Ausdrücken der Verbrennungsprodukte.
Die Zusammensetzung' des luftarmen Brennstoffgemisches der ersten Verbrennung kann
so gewählt werden, daß nur ein Kraftgas, bestehend in der Hauptsache aus Kohlensäure,
Kohlenoxyd, Wasserstoff, Wasserdampf und Reststickstoff, entsteht, oder daß gleichzeitig
eine mehr oder weniger große Menge des Kohlenstoffgehaltes des Brennstoffes als
Ruß zur Abscheidung kommt, der dann gemeinsam mit den brennbaren Gasen im fünften
Takt unter Arbeitsleistung verbrannt wird. Die Zündung kann sowohl durch Fremdzündung
als auch durch eine entsprechend hohe Kompression hervorgerufen werden; bei sehr
luftarmen Brennstoff-Luft-Mischungen der Erstverbrennung oder brenngasarmen Mischungen
der Zweitverbrennung hat sich Fremdzündung bisher am besten bewährt. Besonders vorteilhaft
hat sich erwiesen, die Maschine so einzustellen, da.B die Erstverbrennung durch
Fremdzündung eingeleitet wird, während die Produkte der Erstverbrennung nach der
zweiten Kompression so hohe Temperaturen haben, daß bei Zufuhr von Zweitluft die
Zweitverbrennung ohne Zündung erfolgt. Die Verbrennung kann so ausgeführt werden,
daß die Verbrennungsgase der Zweitverbrennung den Zylinder noch mit einer Spannung
von vier und mehr Atmosphären 'Überdruck verlassen, wobei dann in bekannter Weise
diese Energie zur Arbeitsleistung, in dem vorliegenden Falle z. B. zur Kompression
der Zweitluft, ausgenutzt wird.
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Praktische Versuche an einer entsprechend eingerichteten Versuchsmaschine
haben ergeben, daß die Zweiteilung des Verbrennungsvorganges gegenüber der bisherigen
Arbeitsweise im Viertakt einen wesentlichen Mehrgewinn an Arbeit erzielen ließ.
Die Leistung der Versuchsmaschine, die beim Arbeiten im Viertaktmaximal 10,4 PSe
leistete, ergab bei der Zweiteilung des Verbrennungsvorganges eine Leistung von
15,2 PSe. Der Wirkungsgrad betrug maximal beim Arbeiten im Viertakt 29 °/o, während
die Zweiteilung der Verbrennung, vorzugsweise im Sechstakt, bis zu qo bis 43 °/o
stieg.