DE26690C - Explosionsmotor - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT

ν i/

Die Maschine besteht aus einem beiderseitig geschlossenen Cylinder mit Kolben, dessen Kolbenstange durch den Kolbendeckel geführt ist. Hinter dem Kolben findet die Explosion des Gasgemisches, in dem Raum vor dem Kolben die Compression statt, so dafs in demselben Cylinder bei jedem Kolbenvorgang gleichzeitig expandirt und comprimirt, beim Rückgang aber ausgestofsen und angesogen wird. Um die beim Kolbenvorgang comprimirten Gase während des Kolbenrückganges bis zu ihrer Verwendung beim nächsten Vorgang gespannt zu . erhalten, werden sie in ein mit dem Cylinder verbundenes Reservoir gedrückt und diesem zum Gebrauch hinter dem Kolben entnommen. Während bei ausschliefslicher Verwendung von Gasen das Explosionsgemisch angesogen und comprimirt werden kann, wird bei Verwendung von Flüssigkeiten nur atmosphärische Luft comprimirt und im Reservoir aufgespeichert; die Mischung der Luft mit den Wasserstoff- und Kohlenstoffverbindungen findet dann erst unmittelbar vor dem Eintritt in den Explosionsraum des Cylinders statt. Soll die Abkühlung des Cylinders durch die anzusaugende Luft erfolgen, so wird derselbe mit einem Mantel umgeben, zwischen welchem und der äufseren Cylinderwand ein Raum vom ungefähren Inhalt des Cylinders bleibt. Diesem Raum wird beim Ansaugen die Luft entnommen, und zwar an einer Stelle, welche möglichst um den ganzen Cylinderumfang von der Verbindung des Mantels mit der Aufsenluft entfernt ist, so dafs die angesaugte Luft bei jedem Hub den ganzen Cylinder umstreicht und ihn dadurch abkühlt. Zwingt man die angesaugte Luft, vor dem Eintritt in den Mantel durch kaltes Wasser zu streichen, so wird dadurch ihre Wärmecapacität und also auch ihre kühlende Wirkung erhöht; auch nimmt der so in den Explosionsraum gelangende Wasserdampf einen Theil der Explosionswärme auf und expandirt nachher arbeitsleistend hinter dem Kolben.

Der Gang der Maschine ist folgender:
Die hinter dem Kolben erfolgende Explosion treibt denselben vorwärts, wobei er einen Theil seiner Kraft auf die Kurbelwelle überträgt. Gleichzeitig wird vor dem Kolben Luft comprimirt, bis ihre Spannung derjenigen im Reservoir entspricht. In dem Augenblick, wo dieser Fall eintritt, wird die Verbindung des Compressionsraumes mit dem Reservoir hergestellt und nun bis zum Ende des Hubes Luft in das Reservoir gedrückt, dann aber die Verbindung desselben mit dem Cylinder aufgehoben. Nun beginnt der Kolbenrückgang, eingeleitet durch das Schwungrad und die Expansion der im schädlichen Raum vor dem Kolben bis zur maximalen Reservoirspannung comprimirten Luft. Der Raum hinter dem Kolben wird während des Kolbenrückganges durch Oeffnen der Ablafsöffnung mit der Atmosphäre oder bei starkem AVassergehalt der Explosionsproducte eventuell mit dem Vacuum eines Condensators verbunden, um die Gase vom vorigen Hub zu beseitigen. Der Abblasehahn bleibt so lange offen, bis die Verbindung des Explosionsraumes mit dem Reservoir hergestellt wird.

Das beim Beginn des Kolbenvorganges hinter den Kolben tretende Explosionsgemisch entsteht, indem die comprimirte Reservoirluft den Hahn durchströmt, und zwar in folgender Weise: Die

Bohrungen des Hahnes, welche die Luft durchzulassen haben, sind, ehe sie in die hierzu erforderliche Stellung kommen, vor der Oeffnung eines Gas- oder Petroleumreservoirs vorbeigegangen und haben sich dabei mit Gas bezw. Flüssigkeit angefüllt. Tritt nun die Hahnbohrung vor die Luftkanäle, so erfolgt bei der Verwendung von Gas die Mischung des Knallgases beim Ausströmen der im Reservoir enthaltenen comprimirten Luft nach dem Explosionsraum während des Passirens der Hahnbohrung; bei Verwendung von flüssigen Kohlenwasserstoffen hingegen fliefst die in der Hahnbohrung befindliche Flüssigkeit dem Luftstrom entgegen in den Kanal, wird aber dann von der heftig eintretenden Luft wieder mit zurückgerissen und zerstäubt, wobei die Wärme der Kanal- und Hahnwandungen und' der comprimirten Luft die Verdampfung der Flüssigkeit befördern. Da der untere Theil des Kanals durchgekröpft ist, kann keine Flüssigkeit in das Reservoir für comprimirte Luft gelangen.

Gleichzeitig oder etwas später wie der Gaszutrittshahn öffnet sich der mit ihm im gleichen Kanal liegende Zündhahn und füllt sich mit dem eintretenden Explosionsgemisch, von dem er bei seiner Weiterbewegung einen Theil in seiner Bohrung abschliefst. Kurz ehe der Kolben an der dem gewählten Füllungsgrade entsprechenden Stelle angelangt ist, kommt die Bohrung des Zündhahnes an das Zündloch, das in der ersteren eingeschlossene Gemisch entzündet sich und bildet im Hahn eine Vermittelungsflamme, welche im Moment des Abschlusses des äufseren Zündloches mit dem inneren in Verbindung tritt und die Explosion im Cylinder veranlafst. Der Kolben, welcher bis zu diesem Augenblick durch den Druck der Reservoirluft bewegt wurde, wird nun bis zum Ende des Hubes durch die Expansion weiter bewegt, bis am Ende des Hubes der Ausblasehahn sich öffnet und das Spiel von neuem beginnt. Da sich die Hahnstellung beliebig reguliren läfst, so kann man ohne Abänderung die Zündung auch vor vollendeter Füllung eintreten lassen, wodurch eine allmälige Verbrennung während des Eintrittes des Gases herbeigeführt wird.

Die" Regulirung erfolgt durch Abänderung des Fülhmgsgrades, indem man den Gaszuführungshahn früher oder später abschliefsen läfst. Die Umsteuerung der Maschine wird durch Absperren aller Hähne vor Beginn der Gasadmission für den neuen Hub, also am Ende des Kolbenrückganges, eingeleitet. Die Folge dieser Absperrung ist die Compression der Luft im Cylinder vor dem durch die Trägheit des Schwungrades weiter bewegten Kolben und deren Verdünnung hinter dem Kolben. Compression und Verdünnung erreichen gegen das Ende des Hubes einen so hohen Grad, dafs der Kolben dadurch zuerst in Stillstand versetzt und dann in entgegengesetztem Sinne bewegt wird, indem die comprimirte Luft bestrebt ist, sich wieder auszudehnen; wenn auf diese Weise die Kurbel rückwärts und mit dem Beharrungsbestreben der angenommenen rückgängigen Bewegung in die Todtpunktstellung gelangt ist, öffnen sich die Hähne wieder und das Spiel der Maschine beginnt mit entgegengesetzter Drehungsrichtung der Triebwelle.

Die Maschine kann mit einem oder mehreren Cylindern construirt werden; im letzteren Falle arbeiten alle Cylinder in einem gemeinschaftlichen Reservoir; sind die Kurbeln um i8o^G versetzt, so brauchen zwei Cylinder nur eine Steuerung. Die Bewegung der Hähne kann entweder eine drehende oder eine oscillirende sein, d. h. der Hahn kann bei je einem Kolbenspiel oder einer Umdrehung der Triebwelle ebenfalls eine volle Umdrehung machen oder in derselben Zeit um einen Winkel, der kleiner als i8o° sein mufs, hin- und herschwingen. fl Statt der Hähne können auch unter Umständen Ventile zur Anwendung kommen.

Auf der Zeichnung ist als Beispiel eine eincylindrige Maschine mit volltoürigen Hähnen für Petroleumbetrieb dargestellt. Der Hahn A setzt den vorderen Raum des Cylinders abwechselnd mit dem um den Cylinder befindlichen Kühlraum behufs Ansaugung frischer Luft und mit dem unterhalb des Cylinders liegenden Reservoir R in Verbindung. Fig. 4 zeigt den Hahn A in der Stellung der weitesten Oeffnung behufs Ansaugung, Fig. 5 bei gänzlich geschlossenem Cylinder, Fig. 6 in der Stellung der weitesten Oeffnung zum Comprimiren im Reservoir R und Fig. 7 einen Längsschnitt durch die Achse des Hahnes in der Stellung Fig. 6. Um das Offenhalten der Kanäle während der erforderlichen Zeitdauer, also bei einem genügend grofsen Drehungswinkel, ohne übermäfsige Schwächung des Kükenkörpers zu ermöglichen, sind je zwei Bohrungen neben einander an- / gebracht, so dafs sie nach einander vor die Kanalöffnungen treten. Die Bohrungen dürfen nicht gerade durch den Mittelpunkt des Kükens geführt sein, also nicht so liegen, dafs ihre Achsen Durchmesser des Kükenumfanges bilden, weil der Hahn sonst bei zwei Stellungen während einer Umdrehung den Kanal offen lassen würde, sondern sie müssen im Mittel geknickt sein, so dafs die untere Oeffnung mindestens um die halbe Oeffnungsbreite aus der Richtung des Durchmessers der oberen geschoben ist. Der Längsschnitt, Fig. 7, zeigt, dafs die rechte Seite die Bohrungen zur Verbindung des Cylinders mit dem Reservoir R, die linke Seite aber diejenigen für die Verbindung mit dem Kühlraum behufs Ansaugung enthält.

Die Hähne B zur Admission des Gasgemisches, C zur Zündung und D zum Ablassen der Explosionsproducte sind in den Fig. 8, 9 und 10

im Detail gezeichnet, und zwar zeigt Fig. 8 den Moment der weitesten Admissionsöffnung, Fig. 9 die Zündung und Fig. io den Augenblick der weitesten Oeffnung zum Abblasen. Fig. ii giebt den Längsschnitt durch den Hahn B. Das Küken α desselben bewegt sich in einer Hülse b, deren Oeffnungen de/ und g sich mit den Kanalöffnungen in der normalen Stellung decken; wird aber die Hülse b der durch den Pfeil angedeuteten Hahnrotationsrichtung entgegen verdreht, so tritt dadurch eine Verengung der Kanalöffnungen in der Weise ein, dafs die Schliefsung eher stattfindet und bei Fortsetzung der Verdrehung der Kanal durch die Hülse gänzlich geschlossen wird. Die letztere steht durch einen Hebelmechanismus mit einem Schwungkugelregulator in Verbindung. Macht die Maschine· mehr als die bestimmte Anzahl Touren, so drehen die ausschlagenden Regulatorkugeln mittelst der Hebelverbindung die Hülse b dem Hahn entgegen und reduciren so den Füllungsgrad des Cylinders, indem dann der Hahn vor dem normalen Zeitpunkt abschliefst, wodurch die vom Kolben geleistete Arbeit verkleinert wird. Die Hahnbohrung passirt, ehe sie die Kanalöffhungen i und k verbindet, die Oeffnung / des Petroleumreservoirs und füllt sich dabei mit Petroleum. Damit dies nicht durch gespannte Gase vom vorigen Hube am Eindringen in die Oeffnungen verhindert wird, ist die Bohrung beim Passiren der Oeffnung m einen Augenblick mit dem Abblasekanal F in Verbindung, um das Entweichen der Gase zu ermöglichen. Da das erforderliche Quantum Petroleum nur sehr klein ist, so darf nicht die ganze Bohrung mit Petroleum angefüllt werden. Sie ist deshalb durch den Kern η in zwei Hälften getheilt und der letztere mit mehreren feinen Bohrungen n^l versehen, welche zusammen den erforderlichen Inhalt haben; dieselben liegen nicht in einer durch die Hahnachse gelegten Ebene, sondern sind schraubenförmig angeordnet, so dafs ihre Oeffnungen nicht gleichzeitig, sondern nach einander in den Kanal treten. Die Folge hiervon ist, dafs sie ihren Inhalt nicht auf einmal, sondern nach einander abgeben und dafs bei verkleinertem Füllungsgrade des Cylinders nicht alle Bohrungen ihren Inhalt abgeben, so dafs das Mischungsverhältnifs mit der Luft fortwährend constant bleibt.

Der Zündhahn C zeigt das Zündloch o, durch welches von der Zündflamme aus die Vermittelungsflamme im Innern des Hahnes entzündet wird, um durch / die Explosion im Cylinder einzuleiten. Die Oeffnung q dient zum Druckausgleich in den Bohrungen durch Verbindung derselben mit der Atmosphäre. Der Ausblasehahn D hat wie der Hahn A mehrere Bohrungen, die nach einander vor die Schlitze t und u treten und auf diese Weise während des ganzen Kolbenrückganges, also während einer halben Hahnumdrehung, die Verbindung des Raumes hinter dem Cylinder mit dem Abblasekanal F unterhalten.

Der Mantel, welcher den Cylinder umgiebt, gestattet den Luftzutritt nur bei M; von hier aus mufs die Luft um den ganzen Cylinder herum und wird bei N in denselben gesogen. Soll die Luft vor dem Eintritt in den Kühlraum erst durch Wasser gehen, so wird der Behälter O mit Wasser angefüllt.

In Fig. 12 ist das Diagramm der Maschine bei einer Viertelfüllung dargestellt. Die Grundlinie F-E repräsentirt das ganze Hubvolumen; Reservoirvolumen und schädlicher Raum sind ebenfalls angegeben. In dem Hyperbelstück A B expandirt zunächst bei Beginn des Hubes die comprimirte Luft des Reservoirs in dem Cylinder bis nach vollendetem ersten Viertel des Hubes, wo in B C die plötzliche Drucksteigerung durch Explosion erfolgt. Die Expansion der Explosionsgase erfolgt dann in der Mariotteschen Linie C-D. Nach erfolgter Hahnöffnung bei beginnendem Kolbenrückgang fällt der Druck in D E auf Atmosphärenspannung und bleibt so während des ganzen Kolbenrückganges in E F, worauf in F das Spiel von neuem beginnt.

Die zweite Curve zeigt die gleichzeitigen Spannungsverhältnisse an der anderen Seite des Kolbens. Hier erfolgt zunächst Compression im Cylinder allein nach der Hyperbel F G, bis der Reservoirdruck erreicht ist und die Verbindung des Cylinders mit dem Reservoir hergestellt wird; von nun an geht die Compression nach GJ im vereinigten Reservoir-, Cylinder- und schädlichen Raum weiter, bis das Reservoir wieder geschlossen wird. Die während eines Hubes geleistete Arbeit wird also durch die Fläche ABCKGFA dargestellt.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Die schraubenförmig angeordneten Kanäle η' des Hahnes B zur successiven Aufnahme und Abgabe des erforderlichen Quantums von flüssigem Kohlenwasserstoff.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen.