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Arbeitsverfahren für Kolbenkraftmaschinen In dem Patent 671976
wird eine Kolbenbrennkraftmaschine mit äußerer Verbrennung beschrieben, die gekennzeichnet
ist durch ZufÜhrung der gespannten Verbrennungsgase über eine an ihrer Einmündung
in den Zylinderraum vorzugsweise düsenförmig ausgebildete und parallel zur Zylinderachse
angeordnete Leitung in den durch eine nach außen mulden- bzw. schaufelförmige Wölbung
des Bodens des Kolbens und des Zylinderdeckels gebildeten Arbeitsraum des Maschinenzylinders
im Sinne einer Umlenkung und mehrfachen auf den Kolben wirkenden Beaufschlagung
der Verbrennungsgase unter Ausnutzung von deren Bewegungsenergie.
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Die durch diese Kennzeichnung gegebene Anordnung -kann vorteilhaft
nicht nur bei Kolbenbrennkraftmaschinen mit äußerer Verbrennung angewendet werden,
sondern auch bei allen mit Kolben arbeitenden Kraftmaschinen mit Zuführung gespannter
Gase (Gasgemisch, Dämpfe, Luft) oder unter Druck stehender Flüssigkeiten. Hierher
gehören also z. B. auch Kc>Ibendampfmaschinen.
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DieAnwendung der Anordnung, wie sie. im Patent 671976 beschrieben
wurde, geht wie-. folgt vor sich: In den Zylinder Z der auf der Zeichnung dargestellten
Kolbenkraftmaschine tritt das g(#spannte Gas bzw. die unter Druck stehende Flüssigkeit
durch das Einlaßorgan E mit Geschwindigkeit ein, und zwar wird es durch entsprechende
Ausbildung des Zylinders Z oder durch Einbauten so gelenkt, daß es auf den Kolben
K auftrifft. Der Strahl des Mediums wird durch den schaufelförrnigen Kolbenboden
B uffigelenkt ' und verläßt den Boden B an der entgegengesetzten Seite, in
der Abbildung rechts nach oben. Am oberen Zvlinderteil und am Zylinderdeckel
D wird der Strahl so umgeleitet, daß er wiederum auf den Kolbenboden B trifft.
Dadurch wird der Kolbenboden B wiederholt vom Strahl beaufschlagt, wodurch dieser
seine Geschwindigkeitsenergie an den Kolben K und damit an das Triebwerk abgibt.
Gleichzeitig drückt auch der Druck des ein-eführten Mittels den Kolben K nach unten,
wobei sich das Gas ausdehnt bzw. die Flüssigkeit sich entspannt. Bei theoretisch
bester Durchführung würde, wenn der Kolben K die untere Totlage erreicht hat, das-
zugeführte Mittel keine Geschwindizkeit mehr haben, da es seine ganze Geschwindigkeitsenergie
an den Kolben K abgegeben
hätte. Dann öffnet das Auslaßorgan
A
und das zugeführte Mittel wird durch seinen restlichen Überdruck bzw. seine
restliche Strömung bzw. durch den aufwärts gehenden Kolben K ausgeschoben. Es könnte
auch nur durch seinen Überdruck, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines Spülmittels,
durch ein z. B. am unteren Teil des Zylinders Z befindliches Auslaßorgan hinausgebracht
werden.
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Die Anwendung dieses Verfahrens hat fol-,-ende Vorteile: Man kann
das zugeführte Mittel durdli einen Verdichter oder eine sonstige Vorrichtung oder
durch teilweise Dehnung bzw. bei Flüssigkeit durch teilweise Entspannung im Einlußorgan
E oder mittels einer vorgeschalteten Düse d oder durch Saugkolben
K auf beträchtliche Geschwindigkeit bringen, ohne daß die dafür aufgewendete Energie
im Zylinder Z verl « orengeht. Die nunmehr zulässige höhere Eintritts- oder
Füllungs-Geschwindigkeit fuhrt zu kleineren Ventilquerschnitten und daher leichterer
Unterbringung der Ventile, zu Id-eiiteren Ventilmassen und daher kleineren Massenkräften
zu einer schnelleren Füllung, wodurch höhere Drehzahlen ermöglicht werden, zu kleineren
Drückenund Temperaturen von der Entspannungsstelle an bis in den Füllraum und damit
zu leichterer Gestaltung und geringerer albzuführender Kühlwärme. Denn durch die
Entspannung nimmt der Druck des zugeführten Mittels und bei Gasen damit auch die
Dichte ab, es erniedrig t sich die Temperatur und ferner wird die zu kühlende Fläche
kleiner. Diese drei Umstände vermindern die Wärmeabgabe, während die erhöhte Geschwindigkeit
die Wärmeabfuhr steigert. jedoch ist insgesamt -weniger Kühlwärme abzuführen, so
daß sich auch die thermische Schwierigkeit bei hocherhitzten Mitteln verringert.
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Da bei gegebenem Anfangsdruck und -temperatur im Zylinder nunmehr
ein um die umgesetzte Geschwindigkeitsenergie größeres Gefälle ausgenutzt werden
kann, so erhöht sich der thermische Wirkungsgrad der Anlage und die Gesamtleistung
in der gleichen Maschine. Da zudem jeweiligen Druck des zugeführten Mittels in irgendeiner
Kolbenstel-Itin- noch der Beaufschlagungsdruck des umlaufenden Strahls hinzukommt,
so wird das Drehmoment der Maschine günstiger. Man kann des weiteren auch für das
Entleeren des Zylinders eine Restströmung übriglassen und so führen, daß nach dem
Öffnen des Auslaßorgans die Strömung das Entleeren fördert.
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Es ist bereits bekannt, die Geschwindigkeit des eintretenden Mittels
zu erhöhen und dadurch kleinere Ventile und höhere Drehzahlen zu erreichen. Es ist
auch schon vorgeschlagen worden, die erhöhte Eintrittsgeschwindigkeit wieder dadurch
zurückzugewinnen, daß man durch geeignete Gestaltung von Deckel und Kolben den Dampf
wieder aufstaut, so daß man nun im Zylinder wieder im wesentlichen den gleichen
Druck und die gleiche Temperatur hat wie vor dem Eintrittsorgan. Durch diesen Aufstau
aber nimmt der Druckunterschied vor und hinter dem Einlaßorgan ständig ab und damit
nimmt auch die Durchströtugeschwindigkeit durch das Einlaßorgan ab, so daß der beabsichtigte
Erfolg beeinträchtigt wird. Da sich bei dem Aufstau-Nerfahren im Gegensatz zum vorliegenden
Verfahren Druck und Temperatur wieder erhöhen, so bringt das Aufstau-Verfahren nicht
die Vorteile der kleineren Wärmeverluste, der leichteren Gestaltung bzw. des höheren
thermischen Wirkungsgrades und der höheren Maschinenleistung, der Verminderung der
thermischen Schwierigkeiten am Einlaßventil, des günstigeren Drehrnomentes und der
besseren Entleerung mittels Ausnützung einer Restströmung.
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Die Ausbildung des zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens verwendeten
Kolbens läßt sich konstruktiv verändern. Außer dem abgebildeten Schaufelkolben lassen
sich auch Schaufelkolben mit mehreren Schaufeln oder Mulden anwenden. Die Führung
im Eintrittsorgan. läßt sich mit bekannten Mitteln verbessern, z. B. durch teilweise
Abschirmung des Ventils oder bei Schlitzen durch die besondere Richtung der Schlitze
und ihre gegenseitige Zuordnung.