DE151629C

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Publication number: DE151629C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Bei Explosionskraftmaschinen sinkt der

Wirkungsgrad beim Regeln sehr rasch, da die Verdichtung abnimmt oder auch noch der Brennstoffgehalt der Mischung verringert wird.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Verfahren ermöglicht es, die Füllung der Maschine mit Gemisch von gleichbleibender Zusammensetzung zu regeln, ohne daß sich

ίο die Verdichtung ändert. Der Verdichtungsraum paßt sich selbsttätig der Füllung an. Hierdurch wird eine größere Expansion und infolgedessen auch eine größere Wärmeausnutzung bei geringerer Belastung der Maschine erreicht.

Auf den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen einer solchen Viertaktexplosionskraftmaschine dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, Fig. 2 einen Längsschnitt, Fig. 3 einen Grundriß, Fig. 4 eine Hinteransicht unter Weglassung des Mischventils und des Reglers, Fig. 5 einen Schnitt nach Linie a-b der Fig. 2, Fig. 6 einen Schnitt nach Linie c-d der Fig. 5, Fig. 7 eine Seitenansicht des veränderlichen Nockens für das Einlaßventil; Fig. 8 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Maschine im Schnitt.

Der Kolben 1 reicht in seiner hintersten Stellung ganz nahe an den Zylinderdeckel; der hintere Teil des Zylinders 2 ist nach unten zu mit einem sackförmigen Raum 2* versehen, der ein etwas größeres Volumen hat, wie dem maximalen Verdichtungsraume entsprechen würde.

An dem Zylinderdeckel 3 sind das Einlaßventil 4 und das Auspuffventil 5 angebracht. An der Zuleitung zum Einlaßventil 4 ist das Mischventilgehäuse 6, bei welchem Ventil 7 für Gas und Ventil 8 für Luft bestimmt ist, angebracht.

Ventile 7 und 8 sind so miteinander verbunden, daß sich beide gleichzeitig öffnen und schließen. Die Luftzufuhr kann mittels Kappe 9 geregelt werden; in der Gasleitung ist ein Hahn mit Teilung vorhanden, um bei schwankendem Gasdruck die Gaszufuhr regeln zu können.

An dem Gehäuse 6 ist ein Behälter 10 befestigt, welcher durch eine Membran 11 abgeschlossen ist und infolgedessen sich ausdehnen kann.

In dem Gehäuse 12 ist zwischen den Ventilen 4 und 5 ein elektrischer Zünder 13 (Fig. 4) angebracht, welcher vom Kommutator 14 (Fig. 1) ein- und ausgeschaltet wird.

Am unteren Ende der Kammer 2^X ist ein Ventilgehäuse 15 angebracht, in welchem ein Leitungsrohr i6^x für Flüssigkeit mündet, dessen Eintrittsmenge durch Ventil 16 geregelt wird. Von Rohr i6^x gelangt die Flüssigkeit durch Saugventil 17 in den Raum 2^X entweder durch Saugwirkung des Zylinderkolbens allein oder auch durch äußeren Druck von einem höheren Behälter oder durch Luftdruck.

Am Gehäuse 15 befindet sich außerdem ein durch Ventil 18 abgeschlossener Raum, der mit einer Abflußröhre IC)^X (Fig. 6) versehen ist, durch welche die Flüssigkeit nach dem Behälter zurückfließen kann. Diese Röhre io,^x ist durch ein nach auswärts sich öffnendes belastetes Abfluß ventil 19 geschlossen, so daß, wenn Ventil 18 offen ist und im Räume 2^X und Gehäuse ein höherer Flüssigkeitsdruck herrscht, wie der regelbaren Belastung des Ventils 19 entspricht, letzteres

FMm

sich öffnet und so lange Flüssigkeit entweichen läßt, bis der Druck auf das vorherbestimmte Maß gesunken ist. Ventil 18 wird derart gesteuert, daß dasselbe nur während des Verdichtungshubes geöffnet wird.

Auf der Steuerwelle 20 befindet sich der Nocken 21 (Fig. 3), welcher A^entil 18 steuert, der Nocken 22 für das Auspuffventil 5, der Nocken 23 für das Einlaßventil 4 und der mit Nocken 23 zusammenwirkende Nocken 24, wodurch das Einlaßventil während eines Teiles des Verdichtungshubes offen gehalten werden kann. Nocken 24 wird zu diesem Zwecke vom Flachregler 25 beeinflußt, welcher am Ende der Steuerwelle sitzt und in der Weise wirkt, daß bei Vollbelastung Nocken 24 sich mit Nocken 23 deckt, bei geringerer Belastung aber (vergl. Fig. 7) so verdreht wird, daß die beiden Nocken Einlaßventil 4 nach Ende des Saughubes noch offen halten, so daß ein Teil der eingesaugten Ladung beim Anfang des Verdichtungshubes in den Behälter 10 getrieben wird.

Bei Inbetriebsetzung der Maschine wird Ventil 16 geöffnet, so daß sich nach einigen Umdrehungen Ventilgehäuse und ein Teil des Raumes 2^X während des Ansaugens durch Ventil 17 mit Flüssigkeit mehr oder weniger anfüllen; während des Verdichtungshubes wird Ventil 18 geöffnet, so daß, wenn der Verdichtungsdruck über das bestimmte Maß steigt, Ventil 19 geöffnet und ein Teil der angesaugten Flüssigkeit ausgetrieben wird.
Bei geöffnetem Gashahn und eingeschaltetem Zünder arbeitet die Maschine nun so lange mit maximaler Füllung, bis sie ihre normale Umdrehungszahl erreicht hat. Wenn die Belastung der Maschine nun geringer ist wie die größte zulässige, so wird Regler 25 den Nocken 24 gegen 23 so verdrehen, daß Saugventil 4 während eines Teiles des Verdichtungshubes offen gehalten wird, so daß ein Teil der Ladung in den Behälter 10 getrieben wird.

Bei der Verdichtung der so verringerten Ladung wird wegen der früher ausgetriebenen Flüssigkeit der Verdichtungsraum 2^X jetzt zu groß sein, so daß die Verdichtung nicht ganz den bestimmten Grad (z. B. 6 Atm.) erreicht; es bleibt also das Ventil 19 geschlossen , und da beim nächsten Saughube wieder Flüssigkeit in den Raum 2 eintritt, wird der \^erdichtungsraum entsprechend kleiner. Bei diesem Saughube tritt erst die frühere ausgetriebene Gemischmenge aus Behälter 10 wieder in den Zylinder und dann erst eine weitere Menge durch Mischventil 7, 8. Beim folgenden Verdichtungshub wird die Ladung in dem Raum 2^X verdichtet. Sollte nun dieser Raum durch die eingetretene Flüssigkeit wieder etwas zu klein geworden sein, so daß die Verdichtung etwas über 6 Atm. steigt, so wird wieder ein Teil der Flüssigkeit durch Ventil 19 ausgetrieben, bis ein Verdichtungsgrad von genau 6 Atm. erhalten wird. Auf diese Weise wird die Maschine nun fortarbeiten, und zwar wird bei unveränderlicher Maximalbelastung bei jedem Saughube neue Flüssigkeit eingesaugt und beim Verdichtungshube eine entsprechende Menge ausgetrieben und somit der größte Verdichtungsraum unverändert erhalten; bei abnehmender Belastung hingegen wird weniger, event, keine Flüssigkeit ausgetrieben, aber stets neue Flüssigkeit angesaugt, so daß der Verdichtungsraum unter Beibehaltung des Druckes von 6 Atm. entsprechend der Verringerung der Ladung verringert wird, bei wieder zunehmender Belastung endlich wird derselbe durch Austreiben von mehr Flüssigkeit wieder vergrößert, wobei der Verdichtungsdruck immer 6 Atm. bleibt.

Da bei Abnahme der Belastung und darauf erfolgter Verringerung der Ladungen Expansion bis auf Atmosphärendruck erfolgt, wird der Nutzeffekt durch größere Ausnutzung der Wärme erhöht. Bei einer Maschine von 3 / Hubvolumen und 300 Umdrehungen, wenn man bei je zwei Umdrehungen Viertakt 2 Prozent des Hubvolumens Flüssigkeit nachsaugen und der größte Verdichtungsraum '/(. des genannten Volumens betragen würde, ergibt sich folgendes: Gesamtvolumen 3,6 /, Verdichtungsyolumen 0,6 /, Hubvolumen 3 /, angesaugte Flüssigkeitsmenge: 3,0 χ o,o2 = 0,06 /.

Oder bei zwölf Umdrehungen wäre man in der Lage, den ganzen Verdichtungsraum mit Wasser zu füllen, ohne Kraft zu verschwenden.

Da die Maschine nicht mit Nullfüllung laufen kann, genügen zehn Umdrehungen oder Y₂₀ Sekunde.

Also selbst bei rasch aufeinander folgenden großen Belastungsschwankungen arbeitet man mit praktisch gleich hoher Verdichtung.

Versuche haben ergeben, daß es genügt, 0,5 Prozent des Hubvolumens Wasser nachzufüllen. Dabei verläßt das Wasser die Maschine unter der normalen Kühlwassertemperatur; es kann daher, wenn man mit Wasser arbeitet, der Verdichtungsraum von dem Kühlwasserbehälter aus gespeist werden bezw. das ausgetriebene Wasser nach diesem Behälter zurückgeführt werden. Wird aber für den Verdichtungsraum eine andere Flüssigkeit, z. B. Öl, gebraucht, so müßte selbstverständlich hierfür ein besonderer Behälter vorhanden sein.

Die Verdichtungsendspannung kann bei solchen Maschinen etwas höher genommen werden wie gewöhnlich, da der Enddruck nicht von der Erwärmung der Maschine abhängt. Wenn man während der Verdich-

Claims

tung durch Einspritzen von AVasser abkühlt, kann der Wirkungsgrad noch bedeutend erhöht werden. Fig. 9 zeigt eine stehende Maschine, bei welcher die Explosionsgase verhindert werden, mit der Flüssigkeit in Berührung zu kommen. Der Zylinderkolben 26 ist in seiner höchsten Lage gezeichnet; im Deckel 27 bewegt sich ein Kolben 28, der in seiner tiefsten Lage gezeichnet ist, indem der Bund 29 ihn verhindert, tiefer zu sinken. Der Raum 30 ist mit Flüssigkeit gefüllt und mit dem Ventilgehäuse 31 verbunden, das dieselben Ventile und Röhrenverbindungen hat wie das der ersteren Maschine. Der Kolben 28 wird nun je nach dem Volumen der Zylinderfüllung eine höhere oder tiefere Lage einnehmen und so den Verdichtungsraum, welcher zwischen ihm und dem Zylinderkolben liegt, in der richtigen Größe erhalten. Die Arbeitsweise der Steuerung und Ventile ist dieselbe wie bei der ersteren Maschine. Statt einen besonderen Kolben in dem Deckel anzubringen, kann man den Zylinderkolben aus zwei ineinander verschiebbaren Teilen ausführen, dessen innerer Raum mit dem Ventilgehäuse 31 mittels Lenker und Rohrleitung so verbunden wird, wie es bei Maschinen mit gekühltem Kolben geschieht. Das Ventilgehäuse 31 kann dann an irgend einer passenden Stelle am Maschinenfundament oder auch von der Maschine getrennt angeordnet werden. Bei dieser Anordnung erhält man auch zugleich Kolbenkühlung. In Fig. 10 und 11 ist eine solche Maschine dargestellt, bei welcher die Veränderung des Verdichtungsraumes durch einen Arbeitskolben erreicht wird, welcher verlängert bezw. verkürzt werden kann. In der Zeichnung ist der Kolben in der unteren Hälfte in seiner Einhubstellung bei größtem Verdichtungsvolumen und in der oberen Hälfte in seiner Aushubstellung5 bei kleinstem Verdichtungsvolumen dargestellt. Die Teile 4, 5, 6, 10, 16, 17, 18, 19 entsprechen den Teilen der Maschine der Fig. 2 und 3. Der Kolben besteht aus zwei ineinander verschiebbaren Teilen a b, welche beide durch Kolbenringe im Zylinder dicht gehen. Der Innenraum d des Kolbens b steht durch Kanal c mit dem Räume e zwischen den beiden Kolben in Verbindung. Der Kühlmantel ist durch Kanal f mit dem Zylinder verbunden und besitzt bei g das gesteuerte Wasserauslaßventil 18. Der mit der Schubstange verbundene Kolbenteil d besitzt ein Rohr h, welches 9 Oj mittels der Röhrenlenker i k mit dem Saugventil 17 verbunden ist, wodurch die Wasserzuführung in das Kolbeninnere bewerkstelligt wird. Das Wasserauslaßventil 18, welches während der Verdichtung offen gehalten wird, steht mittels der Rohrleitung / mit dem an beliebiger Stelle befindlichen belasteten Ventil 19 in Verbindung. Das durch Rohr h während des Saughubes in den Kolben eintretende Wasser füllt den Kolben im Inneren aus und wird während des Verdichtungshubes durch Kanal /, Ventil 18, Rohr / und Ventil 19 teilweise und der Belastungsänderung entsprechend hinausgedrückt, so daß hierdurch sowohl das Verdichtungsvolumen je nach der Belastungsänderung verkleinert oder vergrößert wird, als auch der Kolben und die Zylinderwand durch direkte Berührung mit Wasser intensiv gekühlt werden. Pate NT-A ν Sprüche:

1. Explosionskraftmaschine, welche mit veränderlicher Füllung, aber unveränderlicher Verdichtung arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Saug- oder Füllungshube Flüssigkeit in den Verdichtungsraum eintritt, welche bei einem bestimmten Druck gegen Ende der Verdichtung wieder ausgestoßen wird und so bei beliebigen Füllungen den Verdichtungsraum der Füllung anpaßt, indem mehr oder weniger Flüssigkeit im Verdichtungsraume zurückbleibt.

2. Eine Explosionskraftmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein gesteuertes Ventil (18), welches den Verdichtungsraum mit dem Raum vor dem belasteten Ventil (19) während der Verdichtung verbindet, und durch ein Wassereinlaßventil (17), durch welches während des Füllungshubes in den Verdichtungsraum Flüssigkeit einströmen kann, deren Menge durch ein einstellbares Ventil (16) geregelt wird.

3. Eine Explosionskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskolben aus zwei ineinander verschiebbaren Teilen besteht, deren Hohlräume auf geeignete Weise mit den Ven- no tilen (16, 17, 18, 19) verbunden sind, so daß durch Ein- oder Austreten von Flüssigkeit der Kolben verlängert oder verkürzt und somit der Explosionsraum je nach Veränderung der Belastung verkleinert oder vergrößert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.