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Mit innerer Gemischbildung arbeitende Kolbenverbrennungskraftmaschine
mit Frischgasaufheizung durch das Abgas Die Erfindung bezieht sich auf Iiolb@enverbrennungskraftmaschinen,
bei denen ,bei jeder Arbeitsperiode eine Ladung Brennstoff und: eine frische Ladung
eines Gases, das fähig .ist, die Verbrennung zu unterhalten, wie beispielsweise
Luft oder das Zersetzungsgemisch von Wasserstoffsuperoxyd, in den Zylinder der Maschine
eingeführt, verbrannt und zur Erzeugung von Nutzleistung expandiert werden, wobei
die Verbrennungsgase ausgestoßen oder, falls erwünscht, weiterexpandiert werden.
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Bei solchen Maschinen ist der Wirkungsgrad in großem Maße durch das
Expansionsverhältnis der Ladung bestimmt und steigt in dem Maße, wie -dieses Verhältnis
ansteigt, wobei @die in (dem Abgas verbleibende Wärme nach der Expansion normalerweise
verloren ist. Aus verschiedenen Gründen, beispielsweise um die Größe oder das Gewicht
der Maschine hei einer gegebenen Nutzleistung niedrig zu halten oder um den auftretenden
Maximaldruck zu begrenzen, ist es jedoch erwünscht, @daß das Expansionsverhältnis
so niedrig wie möglich gehalten wird.
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Es wurde vorgeschlagen, die der Maschine zugeführte Luft zu verdichten
und -diese verdichtete Luft zuerst über einen außerhalb des Zylinders angeordneten
und durch die Abgase des Zylinders aufgeheizten Wärmetauscher und dann über einen
innerhalb der Verbrennungskammer angeordneten Regenerator zu, leiten, durch .den
das Abgas auf
seinem Werg zu der Auslaßöffnung hindurchgeht. D,ie
vorgeschlagene Anordnung war derart, daß im wesentlichen das gesamte Abgas durch
den einen Teil des Regenerators und :die gesamte frische Ladung durch einen anderen
Teildes Regenerators hindurchgeht.
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Die Erfindung fußt auf der Beobachtung, daß es möglich ist, eine Steigerung
des thermischen Wirkungsgr.ades einer Maschine mit einem gegebenen Expansionsverhältnis
einfach dadurch zu verwirkhchen, daß ein Regenerator innerhalb des Zylinders bz.w.
Zylinderkopfes angewendet wird. Gemäß der Erfindung wird die Frischladung durch
das Abgas einzig und allein mittels eines Regenerators vorgewärmt, der innerhalb
dels Maschinenzyliniders oder Zylinderkopfes so angeordnet ist, daß :das Abgas beim
Ausströmen aus dem Zylinder durch den ganzen Regenerator hindurchgeht und die frische
Ladung durch den ganzen bzw. aus dem ganzen Regenerator im Gegenstrom zu ,dem Abgasstrom
und bei einem Druck, der angenähert gleich dem Verdichtungsdruck ist, in den Verbrennungsraum
strömt, wobei Mittel vorgesehen sind, um am oberen Totpunkt unmittelbar vor dem
Arbeitshub oder innerhalb°eines Intervalls von etwa 3o° Kurbelwinkel nach dem oberen
Totpunkt Kraftstoff in den Verbrennungsraum einzuspritzen und wobei die Konstruktion
und Anordnung des Regenerators so getroffen ist, daß die durch diesen aufgeheizte
Frischladung am oberen Totpunkt oder genügend bald danach in .den Verbrennungsraum
einzutreten beginnt, um zu ermöglichen, daß ;die Zündung in dem genannten Intervall
stattfindet.
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Der Ausdruck Regenerator ist so zu verstehen, daß damit eine Einrichtung
gemeint ist, die mindestens eine Füllmasse aufweist, welche, wenn über ihre Oberfläche
heiße Gase geleitet werden, Wärme absorbieren und zurückhalten kann und an die kalten
Gase, die nachfolgend über dieselbe Oberfläche geleitet werden, Wärme abgeben kann,
und der Ausdruck Verdichtungsdruck ist so zu verstehen, daß damit ,der Höchstdruck
gemeint ist, den die, frische Ladung vor der Zündung, d. h. vor dem Beginn der Verbrennung
erreicht.
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Bei normalen Betriebsbedingungen und bei Verwendung der normalerweise
bei Verbrennungskraftmasdhinen verwendeten Kraftstoffe, wie beispielsweise Erdöl,
Brennöl und Gasöl, wird die frische Ladung ,durch den Regenerator auf eine Temperatur
vorgewärmt, ;die ausreicht, um den Kraftstoff zu zünden, so. daß ohne die hohen
Verdichtungsverhältnisse, die für Maschinen mit Verdichtungszündung erforderlich
sind, eine selbsttätige Zündung -erhalten wird. Der Zeitpunkt, an dem .die Zündung
stattfindet, ist,damit bei gegebenen Temperaturverhältnissen, Kraftstoffart und
Krafteinspritzzeitpunkt durch die Verzögerung der Frischladung beim Eintritt in
den Verbrennungsraum bestimmt. Für .das Starten bzw. solche Betriebsbedingungen,
bei :denen ,die Erwärmung der Ladung Zur Hervorrufung der Zündung nicht ausreicht,
kann eine Hilfszündeinrichtung, beispielsweise eine Glüh-, Zündfunken- oder Lichtbogeneinrichtung,
vorgeesehen-sein. Es versteht sich, daß die Tätigkeit .dieser Einrichtung so gesteuert
wer-.den muß, daß sie, vorausgesetzt, daß -eine genügende Menge der frischen Ladung
vorhanden ist, die Zündung innerhalb des vorerwähnten Kurbelwinkelbereichs hervorruft.
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Der durch die Erfindung zu erreichende Anstieg im thermischen Wirkungsgrad
rührt von der Tatsache her, daß ein. beträchtlicher Teil der Abgaswärme, der normalerweise
verloren geht, durch einen Regenerator zurückgewonnen und. an die frischeLadung
abgegeben und somit für:dasArbeitsspiel nutzbar gemacht wird. Uni diese Erhöhung
des Wirkungsgrads zu verwirklichen, ist es jedoch notwendig, daß sichergestellt
wird, daß die Vorwärmung der Ladung nicht einen Verlust des Füllungsgrads der Maschine
bewirkt und daß der Totraum, der v an ,dem Re-generator und irgendein-er zu diesem
hinführenden und von diesem wegführenden Leitrang herrührt, nicht eine zu große
Verzögerung des Eintritts der frischen Ladung in den Verbrennungsraum bewirkt, was
einen zu großen Verzug in der Zündung des Kraftstoffes !bewirken würde, wobei es
sich versteht, daß die Zündung nicht beginnen kann. bevor eine F ri,schladungsmen:ge
in .den Verbrennungsraum eingeströmt ist. Dieser letztgenannte Effekt kann vorkommen,
wenn die frische Ladung, bevor sie in den Zylinder eintreten und die Verbrennung
unterhalten kann, zuerst d :ie in dem Totraum zurückbleibenden Abgase ausspülen
muß.
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Diese schädlichen Wirkungen der Vorwärmung durch Wiedergewinnung der
A.bgaswärme -werden in der Maschine gemäß .der Erfindung vermieden oder gemildert.
Was die erste dieser Wirkungen betrifft, so rührt diese daher, daß bei der Maschine
die durch den Regenerator erwärmte frischeLad@ung mit etwa dem Verdichtungsdruck
in den Maschinen -zylin:der einzutreten beginnt, so,daß die ganze Erwärmung oder
der größte Teil der Erwärmung der Ladung bei etwa diesem Druck stattfindet. Die
Vermeidung oder Milderung .der zweiten dieser schädlichen Wirkungen rührt daher,
daß drei der Maschine gemäß Erfindung die erwärmte frische Ladung am oberen Totpunkt
unmittelbar vor dem Arbeitshub oder ziemlich bald danach in den Zylinder einzutreten
beginnt, um zu ermöglichen, -daß die Zündring vor etwa 30° Kurbelwinkel und vorzugsweise
vor etwa z5° Kurbelwinkel nach dem oberen Totpunkt stattfindet. Eine Verzögerung
der Zündung von nicht mehr als 3o° nach dem oberen Totpunkt ist zulässig, insbesondere,
da die Anwendung eines Regenerators .es ermöglicht, daß niedrige Expansionsverhältnisse
angewendet werden.
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Zwei Hilfsmittel werden bevorzugt, um sicherzustellen, daß die frische
Ladung ausreichend bald in den Zylinder einzutreten beginnt und damit zu ermöglichen,
daß die Zündung vor etwa 30° nach dem oberen Totpunkt stattfindet. Das erste dieser
bevorzugten Hilfsmittel ist die Verwendung eine:. Regenerators von so kleinem Volumen
und einer solchen Lage, daß das Volumen ,des Totraums den erforderlichen so geringen
Wert hat, -daß, obgleich die in den Zylinder eintretende frische Ladung zu
erst
den Regenerator auszuspülen hat, ihr Eintritt in den Zylinder nichtsdestoweniger
nicht über das zulässige Maß verzögert wird. Das zweite bevorzugte Hilfsmittel ist,
den Regenerator und das Arbeitsspiel in solch einer Weise anzuordnen, daß die frische
Ladung zuerst durch den Arbeitskolben in derselben Richtung wie der Abgasstrom von
dem Zylinder in den Regenerator hinein verdichtet wird und d-aß man dann ihre Strömungsrichtung
sich umkehren und beginnend am oder unmittelbar nach dem oberen Totpunkt wieder
in den Zylinder eintreten läßt, womit tatsächlich die Notwendigkeit, daß die erwärmte
Ladung den Regenerator ausspülen muß, bevor sie in den Zylinder eintreten kann,
entfällt.
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In dem Fall, wo bei einer Maschine das erste der genannten Hilfsmittel
benutzt wird, -sollte die frische Ladung dem Regenerator auf angenähert Iden Kompressionsdruck
verdichtet zugeführt werden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, @diese Verdichtung
mittels eines außenliegenden Kompressors zu bewirken und die Maschine selbst nach
dem Zweitaktprinzip zu betreiben.
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Für den Fall, daß :der Zylinder einer =Maschine mit einem Verbrennungsraum
versehen ist, versteht es sich, daß, wenn -dier Zusammenhang es erlaubt, das Wort
Zylinder, wie es hier benutzt wird, :den V erbrennungsraum des Zylinders bedeutet
oder einschließt. Wo z. B. .auf den Eintritt oder die Einführung von Kraftstoff
und Verbrennungsgas in den Zylinder Bezug genommen wird, hat somit der Ausdruck
in den Zylinder in den Fällen, wo ein Verbrennungsraum vorgesehen ist, die Bedeutung
in den Verbrennungraum des Zylinders.
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Bei normalen Betriebsbedingungen und bei Verwendung der normalerweise
bei Verbrennungskraftm:aschinen benutzten Kraftstoffe wird die frische Ladung durch
den Regenerator au .f eine Temperatur vorgewärmt, .die ausreicht, um den Kraftstoff
zu zünden, so da.ß ohne die für Maschinen mit Verdichtungszürndung erforderlichen
hohen Verdichtungsverhältnisse eine selbsttätige Zündung erhalten wird. Für das
Anlassen .der Maschine bzw. solche Betriebsbedingungen, bei denen die Erwärmung
der Ladung nicht zum Hervorrufen .der Zündung ausreicht, kann jedoch in Aden Zylinder
oder unmittelbar vor diesen eine Hilfszün:deinrichtun@g, bei:spi:elsweise eine Glüh-,
Zündfunken- oder Lichtbo:gen.-einrichtung, eingesetzt werden.
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Infolge der relativ hohen Anfangstemperatur und des geringen Verdichtungsdrucks
ist ;die Verbrennung ,bei einer Maschine gemäß :der Erfindung weicher als in einer
vergleichbaren Maschine der üblichen Bauart. Es ist daher möglich, wirksamen Gebrauch
von Brennstoffen zu machen, die für die Verbrennung in üblichen Maschinen eine zu
geringe Verbrennungsgeschwindigkeit liaben. Unter (den Kraftstoffen, die verwendet
werden können, wären z. B. Destillate, wie Benzin, Leuchtöl oder Gasöl und in gewissen
Fällen Rückstandsöle, wie beispielsweise Heizöle, zu erwähnen.
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Die Leistung oder Maschine kann durch Änderung des Schlusses der Zuführung
von frischem Verbrennungsgas in :den Zylinder oder besser durch Änderu.n:g der eingespritzten
Brennstoffmenge reguliert werden. Die letztere Alternative h:at jedoch d en Nachteil,
.daß die Temperatur des Abgases bei geringen Belastungen verringert wird und ungenügend
«-erden kann, um .die ankommende Ladung auf die Zündtemperatur zu erwärmen. Es ist
-daher vorzuziehen, sowohl die Zuführung von Brennstoff als auch die Zuführung von
Verbrennungsgas zu ändern, und zwar so, daß :das Verhältnis dieser beiden konstant
;gehalten wird:. In ,diesem Fall bleibt die Temperatur des Abgases angenähert konstant,
wäihrend die Verringerung :der Masse des durch den Re:generator strömenden Abgases
durch die Verringerung der Masse der eintretenden Ladung ausgeglichen wird, so daß
die Temperatur der letzteren beibehalten wird. Wo ein außenliegender Verdichter
verwendet wird, um die Ladung auf den Kompressions:d,'ruck zu verdichten, kann :der
Maximaldruck dieses Verdichters dazu benutzt werden, die Liefermenge der Brennstoffpumpe
zu steuern, @da dieser Maximaldruck der Leistung der Maschine etwa proportional
ist.
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Es wurde oben erläutert, daß es bei einer Maschine, bei der die frische
Ladung vor dem Eintritt in denZylinder dieAbgaseaus derRegeneratorfüll,masse auszuspülen
hat, wesentlich ist, daß Idas Volumen des von dem Regenerator herrührenden Totraums
nicht :groß genug ist, um einen übermäßigen Zündverzug, d. h. ein Verzug von mehr
als 30° Kurbelwink :e1, zu bewirken. Es ist jedoch auch für den Fall, daß die Ladung
in der Füllmasse des Regenerators ihre Strömungsrichtung umkehrt, wünschenswert,
.aß der Totraum so klein ist, wie es mit dem gewünschten Wärmeverhältnis des Regenerators
vereinbar ist, d. h. dem Verhältnisdes Temperaturanstiegs der eintretenden Ladung
beim Durchtritt durch die Füllmasse zu der maximalen Temperaturdifferenz zwischen
:dem heißen Abgas und der kalten Ladung bei ihrem jeweiligen Eintritt in die Füllmasse.
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Bei einer gegebenen Art von Füllmasse ist das Volumen des Regenerators
eine Funktion des Wärmeverhältnisses, wobei das Volumen mit dem Anstieg,des Wärmeverhältnisses
rasch ansteigt. Es scheint außerdem, daß es bei einer gegebenen Maschine ein optimales
Wärmeverhä ltni.s, gibt, das einen maximalen thermischen Wirkungsgrad ergabt, wobei
:dieses Optimum im weiten. Maße dfurch das Expansionsverhältnis der in Frage stehenden
Maschine bestimmt ist. Da ein hoher thermischer Wirkungsgrad erwünscht ist, ist
dah :er das optimale Wärmeverhältnis für jeden einzelnen Maschinenentwurf eine feste
Größe und kann nicht ohne einen Verlust im thermischen Wirkungsgrad verändert werden,
um Idas Regeneratorvolumen zu verringern. Die Wahl einer Art von Füllmasse, die
für ein gegebenes Wärmeverhältnis ein geringstes Volumen erfordert, ist daher wichtig,
und dementsprechend besteht die für die Verwendung bei der Erfindung ,bevorzugte
Füllmasse aus einem Metall in :einer Form, die eine große Oberfläche je Volumeneinheit
aufweist und zu einer Füllmasse aggregiert ist, die
.den Durchgang
von Gas zuläßt. Somit kann die Füllmasse beispielsweise aus einerAnzahlvon übereinandergelegtenGazen
oder einer Masse von locker gepacktem Draht bestehen, wobei :es sich versteht, daß,
falls eine solch:-. Füllung nicht genügende mechanische Festigkeit hat, um unter
Betriebsbedingungen ihre Form zu erhalten, eine Stützeinrichtung vorgesehen ist,
:die den Durchlaß von Gas durch d.ie Füllmasse zuläßt.
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Wenn eine Füllmasse der oben. beschriebenen Art verwendet wird, ist
es jedoch notwendig, bei der Festlegung des Wärmeverhältnisses, das angewendet werden
soll, eine andere Erwägung einzuführen, nämlich :die Widerstandsfähigkeit des Metalls
in bezug auf Wärme und Oxydation. Dieses rührt von der Tatsache her, daß die von,dem
heißen Ende'des Regenerators- erreichte Temperatur in dem Maße ansteigt, wie :das
Wärmeverhältnis ansteigt und leicht zu hoch sein kann, als d@aß :die Füllmasse dieser
Temperatur standhält. Es werden deshalb hitze- und oxydationsbeständige Legierungen,
wie beispielsweise die .bekannten rostfreien Stähle, Nickel-Chrom- und Nickel-Chrom-Ei.sen-Le@gierungen,
verwendet, obgleich es sogar bei :diesen Stoffen in einigen Fällen notwendig sein
mag, ein Wärmeverhältnis anzuwenden, :das etwas geringer ist als das Optimum. Da
je@dbch .der thermische Wirkungsgrad- der Maschine sich mit dem Wärmeverhältnis
.des Regenerators, insbesondere in der Nähe des optimalen Wertes, nicht rasch ändert,
ist eine durch das für die Füllmasse verwendete Material bedingte Verringerung des
Wärmeverhältnisses normalerweise unbedenklich. Währepd sich :das Obige auf einen
gegebenen Maschinenentwurf bezieht, kann es überdies oftmals möglich sein, den.
Entwurf so abzuändern, daß,das Expansionsverhältnis sich dem ausführbaren Wärmeverhältnis
des Regenerators anpaßt.
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Im Hinblick auf :die vorhergehenden Betrachtungen ist bei jeder einzelnen
Maschine das optimale Volumen :des Regenerators durch eine Anzahl von Veränderlichen
bestimmt; es wurde jedbch gefunden, daß es, wenn eine Füllmasse der oben beschriebenen
Art verwendet wird, möglich ist, ein optimales Regeneratorvolumen anzuordnen, das
geringer als 2o 1/o und in einigen Fällen. geringer als io °/o des Hubvolumens des
Zylinders ist. Es versteht sich natürlich, daß das Regeneratorvolumen, das bei einer
Maschine, :bei der die frische Ladung den Regenerator auszuspülen hat, tatsächlich
verwendet werden kann, nicht größer sein darf, als es im Hinblick auf die Zündung
zulässig ist, damit diese vor :etwa J0° nach dem oberen Totpunkt beginnt, wobei
das Volumen, auf das bei diesen Betrachtungen Bezug genommen wird, das Volumen des
Totraums,,d. h. :das Volumen der gasenthaltenden Zwischenräume .des Regenerators
ist.
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Bei einer Maschine, bei ;der :die frische Ladung durch einen außenliegenden
Verdichter auf den Kompressionsdruck gebracht wird, kann jede bekannte Art von Verdichtern
verwendet und durch die Kurbelwelle :der Maschine angetrieben werden. Eine alternative
Anordnung, :die in gewissen Fällen günstig sein kann, ist, den Verdichter durch
:eine Gasturbinenanlage anzutreiben, die einen Verdichter umfaßt, der durch die
Kutb:eluvelle Ader Maschine angetrieben wird unyd Luft zu einer Brennkammer liefert,
in der Brennstoff verbrannt wird, wobei die entstehenden Gase den Schaufeln der
Turbine zugeführt werden.
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Weiterhin kann :es. bei Maschinen, bei denen die gesamte oder ein
Teil :der Verdichtung :durch Eden Arbeitskolrben bewirkt wird, wünschenswert sein.
einen außenliegenden Verdichter mit ein7ubegreifen, um idie Maschine aufzuladen
oder, im Fall einer nach dem Zweitaktverfahren -arbeitenden Maschine, :den Zylinder
zu spülen. Ein solcher außenliegender Verdichter kann entweder nach :dem indem vorhergehenden
Absatz beschriebenen Verfahren oder, falls erwünscht, durch eine Abgasturbine angetrieben
werden. Ebenso kann bei jeder Ausführungsform -der Maschine gemäß :der Erfindung
das Arbeitsspiel auch so sein, daß ein :beträchtlicher Teil :der Expansion des heißen
Gases in einer Turbine stattfindet, die so angeordnet ist, daß sie zu der Nutzleistung
der Maschine beiträgt.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
Einzylindermascihi.nen darstellenden Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. i zeigt einen Längsschnitt durch eine Maschine, bei dier die
frische Ladung den Regenerator auszuspülen hat, bevor sie in den Zylinder eintritt;
Fig. 2 ist eine Aufsicht auf eine Viertaktmaschine, bei der die Ladung von dem Zylinder
in den Regenerator hinein verdichtet wird unddann ihre Strömungsrichtung umkehrt
und wieder in den Zylinder eintritt; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der
Fig. :2; Fig. q. ist ein Schnitt nach :der Linie B-B der Fig. 2; Fig. 5 zeigt einen
Längsschnitt einer Zweitaktm,aschine, bei der,die Ladung von, :dem Zylinder in den
Regenerator verdichtet wird und dann ihre Strömungsrichtung umkehrt und wieder in
den Zylinder eintritt.
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In den einzelnen Figuren sind gleiche Teile durch die gleichen Bezugszeichen
bezeichnet.
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Die in Fig. i gezeigte Maschine umfaßt eineu Zylinder io,, einen Kolben
i r, eine Lufteinlaßöffnung i?>, ein Einl.aßventil 13, eine Auslaßöffnung 14 und
ein Auslaßventil15. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen und -ventile sind in dem Zylinderkopf
16 angeordnet. In einer zylindrischen Vertiefung 17 in dem Zylinderkopf ist eine
R@egeneratorfüllmasse i8 befestigt, die mit den Einlaß- und. Au.slaßöffnungen in
Verbindung steht, im wesentlichen, zylindrische Form aufweist und aus einer Anzahl
übereinandergelegter Lagen von Drahtgaze -bestehen. kann. Dicht an :der dem Zylinder
i zugekehrten Seite der Füllmasse 18 befindet sich eine Kraftstoffeinspritzdüse
ig.
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Im Betrieb wird Luft, .nachdem sie durch einen in der Zeichnung nicht
:dargestellten außenliegenden Kompressor auf einen etwas oberhalb des Kompressionsdrucks
liegenden
Druck verdichtet ist, der Ein:laßöffnung zugeführt. Die Maschine arbeitet nach einem
Zweitaktverfehren, bei dem das Einlaßventilkurz vor dem oberen Totpunkt öffnet,
um die frische Ladung zuzuführen, die ,dann :durch den Regenerator hindurchgeht
und diesen reinigt, Wenn diese Reinigung im wesentlichen abgeschlossen ist, tritt
die Luft, die auf eine Temperatur erwärmt ist, welche ausreicht, um den Kraftstoff
zu zünden, in den Zylinder ein.. Die Kraftstoffeinspritzung beginnt kurz nachdem
oberen, Totpunkt. Dann folgt der Expansion-s- oder Arbeitshub des Zylinders, und
das Einlaßventil wird zu einer während dieses Hubs veränderlichen Zeit geschlossen.
Das Auslaßventil öffnet kurz vor dem unteren Totpunkt, und während ödes, Aufwärtshubs
:des Kolbens wird das Abgas ausgestoßen, wobei es auf seinem Weg zu der Auslaß:öffnung
durch die Füllmasse 18 hindurchgeht. Das Auslaßventil wird kurz bevor das Einlaßventil
geöffnet wird geschlossen, und das Arbeitsspiel beginnt dann von neuem.
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Um die Maschine aus diem kalten Zustand heraus zu starten, ist es
notwendig, entweder irgendeine (nicht gezeigte) Einrichtung zur Vorwärmung des Regenerators
oder eine (ebenfalls nicht @gezeigte) Zündkerze zur Zündung des Brennstoffes während
der ersten paar Hübe, während .sIch der Regenerator aufwärmt, vorzusehen. Bei einer
Maschine, die wie in Fig. i bezeigt, konstruiert ist, bestand die Füllmasse des
Regenerators aus vierundzwanzig Scheiben von 76 mm Durchmesser aus einer aus hitzebeständigem
Stahldraht hergestellten Siebgaze mit so Maschen je Quadratzentimeter, Drahtstärke
0,35 mm. Nach Berücksichtigung,des Volumens der Füllmasse, das infolge der die Lage
festlegenden Schultern im Zylinderkopf unwirksam bleibt, war das Verhältnis des
Volumens der Füllmasse zu -dem Hubvolumen des Zylinders etwa 5 %, wobei das Verhältnis
des Volumens -des durch die Füllmusse bedingten T'otraums (das ist das Gesamtvolumen
der Füllmasse minus dem Volumen des die Füllmasse bildenden Drahtes) zu -dem Hubvolumen
etwas geringer war. Die Kraftstoffeinspritzung begann 30° nach :dem oberen Totpunkt.
Die Füllmasse hatte ein Wärmeverhältnis von 70 bis 8o °/o, und der maximale thermische
Wirkungsgrad wurde bei diesem Verhältnis mit einem Expansionsverhältnis von 3,5
: 1 erhalten. Die Temperatur am heißen Ende des Regenerators erreichte einen Gleichgewichtswert
von goo bis iooo° C.
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Die in dem vorhergehenden Absatz angegebenen Zahlen sind nur Beispiele.
Wenn andere Expansionsverhältnisse verwendet werden, ,sind, die optimalen Wärmeverhältnisse
für den maximalen thermischen Wirkungsgradanders. FüreinExpansionsverhältnis von
etwa 3 : i beispielsweise ist das optimale Wärmeverhältnis etwa 8o °/o. Für ein
Expansionsverhältnis von 4,7 : i ist es etwa,6o °/a und für ein Expansionsverhältnis
von 6,5 : i ist es etwa 40 °/o. Wie oben erläutert, mag jedoch in einem besonderen
Fall das Wärmeverhältnis, das theoretisch am vorteilhaftesten ist, bei der praktischen.
Ausführung nicht möglich sein, da es an dem heißen Ende -des Regenerators eine Temperatur
ergeben «^ürde, die für das Füllmaterial zu hoch ist, als daß es ihr widersteht.
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Die in Fig. i gezeigte Maschine kann so abgeändert werden, daß sie
nach dem Viertaktverfahren arbeitet, indem statt eines außenliegenden Verdichters
einer der Kolbenhübe dazu benutzt wird, um die Ladung zu verdichten. In diesem Fall
wird ein Aufnehmer vorgesehen, der jeweils durch eine ventilgesteuerte Übertragungsöffnung
mit :dem oberen Ende,des Zylinders und mit der kalten Seite des Rebenerator:s verbunden
ist.
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Bei einer anderen Abänderung ist,der Regenerator quer zu einem Kanal
angebracht, der an dien beiden Enden :durch ventilgesteuerte Übertragungsöffnungen
mit dem Zylinder in Verbindung steht. Der Einlaß der Maschine führt direkt in .den
Zylinder und die Auslaßöffnung an der kalten Seite des Regenerators in den Regeneratorkanal.
Die Ventile werden so gesteuert, :daß sie nach :dem folgenden Viertaktprinzip arbeiten:
i. Einführung von frischerLaditnä beispielsweise bei Atmosphärendruck :durch: die
Einlaßöffnung, 2. Verdichtung der Ladung idurch den Arbeitskolben in den Regenerator
hinein, wobei die Ladung von der kalten zu der heißest Seite der Füllmasse strömt,
3. beginnend am oberen Totpunkt Expansion des aus der Füllung ausgespülten Abgases
und der nachfolgenden Frischladung in den Zylinder, Einspritzung und Verbrennung
von Brenn-Stoff, q.. Aus-schieben der verbrannten Gase.
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Es ist ersichtlich, daß bei dieser Anordnung genau so wie bei der
in Fig. i gezeigten in dem Regenerator keine Umkehr der Strömungsrichtung stattfindet,
so daß dieser ausgespült werden muß, bevor die Ladung in den Zylinder eintreten
kann.
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Fib. 2, 3 und :4 zeigen eine seitengesteuerte Maschine, bei der ein
Regenerator im Zylinderkopf in einer Vertiefung 17 angeordnet ist. Die Einlaßöffnung
12 steht,direkt über das Ventil 13 mit dein Zylinder so in Verbindung, während die
Auslaßöffnung 14 über das Ventil 15 mit der Außenseite des Regenerators verbunden
ist, so:daß.das gesamte Abgas durch den Regenerator hindurch-strömen muß, bevor
es die Auslaßöffnung erreicht. Der Regenerator, der in Fig. 3 im Schnitt und in
Fig. .4 in Ansicht gezeigt ist, hat,die allgemeine Form eines hohlen Kegels und
besteht aus einer Füllmasse r8 und einem kegelförmigen Stützteil 2o, der Löcher
22 aufweist. Die Strömungsrichtung durch den Regenerator ist radial, d. h. vom mittleren,
hohlen Teil .des Kegels nach außen in die Vertiefung 17 und umgekehrt, wobei :die
Stirnflächen :des Fülleinsatzes am unteren Ende durch die Abstützschulter 21 und
am oberen Ende durch die obere Wand der Vertiefung 17 festgehalten wird. Die Einspritzdüse
r9 spritzt den Kraftstoff axial in das Innere ödes Teil 2o, welcher damit als eine
Verbrennungskammer wirkt.
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Die Ventil- und Einspritzzeiten sind derart, ,daß die Maschine nachdem
Viertaktprinzip arbeitet mit den folgenden Takten i. Einlaßhub. Das Einl.aßventil
wird. etwa am oberen Totpunkt geöffnet und eine frische Ladung,
beispielsweise
Luft von Atmosphärendruck und -temperatur, wird durch -den (heruntergehenden Kolben
in den Zylinder eingesaugt; ,das Einlaßventil wird etwa am unteren Totpunkt geschlossen.
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. Kompressionshub. Der Kolben geht nach oben und verdichtet die Ladung
in die Regeneratorfüllmas.se hinein und durch diese hindurch.
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3. Arbeitshub. Am oberen Totpunkt kehrt sich die in den Regenerator
Strömung der Laidung -um, und die Ladung beginnt aus :dem Regenerator heraus in
das Innere dies Kegels 2o zu strömen. Am oder etwa am oberen Totpunkt wird Kraftstoff
eingespritzt, der sich infolge der hohen Temperatur :der aus dem Regenerator herausströmenden
Ladung mit geringer oder ohne Verzögerung entzündet. Das sich ausdehnende Gas drückt
.den Kolben nach unten.
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4. Ausschubhub. Etwa am unteren Totpunkt -wird das Auslaßventil geöffnet,
und der aufsteigende Kolben drückt d-as verbrannte Gas durch den Regenerator und
aus der Auslaßöffnung heraus.. Das Auslaßventil wird etwa am oberen Totpunkt geschlossen.
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In dem Verbrennungsraum ist eine Zündkerze 23 eingesetzt, um, während
sich :der Regenerator nach .dem Anlassen aus dem kalten Zustand aufwärmt, ,die Zündung
hervorzurufen. Sobald- derRegenerator seine richtige Temperatur erreicht hat, wird
die Ladung weit über die Zündtemperatur des Kraftstoffes erwärmt.
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Die in Fig. 5 gezeigte Maschine arbeitet nach demselben Prinzip, wie
es bei der in Fig. 2 bis q. gezergten Maschine angewendet wird, bei dem die Ladung
,durch den Arbeitskolben in Aden Regenerator hinein verdichtet wird und dann ihre
Strömungsrichtung umkehrt. In Fig. 5 ist das Prinzip jedoch auf eine Zweitaktmaschine
angewendet, die eine durch ein, Tellerventil 13 gesteuerte Einlaßöffnung 12 und
eine Reihe- durch den Kolben i i gesteuerte Auslaßöffnungen 14 aufweist. Indem gezeigten
Beispiel ist Jie kegeneratorfüllmasse 18 in einem eine Verlängerung des Kolbens
bildenden Teil 21 eingebaut. Der Regenerator hat von oder Kolbenstirnfläche einen
Abstand, um den Austritt der Abgase durch Öffnungen 212 in dem Teil 21 zu ermöglichen.
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Die Ventil- und Einspritzsteuerung erfolgt mach einem Zweitaktverfahren.
Die eintretende Ladung, :die vorzugsweise einen Spüldruck hat, der etwas über dem
Atmosphärendruck liegt, spült Aden Zylinder, wobei das Abgas auf seinem Weg zu den
Aus:laßöffnungen :durch den kegenerator hindurchgeht. Die Ladung wird dann durch
den Kolben bei seinem Aufwärtshub verdichtet.
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Bei der Verdichtung strömt die Ladung in die Füllmasse 18 hinein und
durch :diese hindurch, und am :oberen Totpunkt beginnt sie, ihre Strömungsrichtung
umzukehren und wieder in den Zylinder einzutreten. An diesem Punkt oder etwa an
diesem Punkt wird Kraftstoff eingespritzt. Die Zündung findet mit geringer oder
ohne Verzögerung statt.
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Während der Regenerator zu dem Gewicht des Kolbens hinzukommt, hat
die Lagedes Regenerators über @der-Kolbenstirnfläch@e den Vorteil, id'aß er -die
Kolbens.tirnfläche kühl hält, da die letztere sich natürlich an der kalten Seite
des Regenerators be-
findet.