Titel: Neue Gasmaschinen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1889, Band 274 (S. 213–220)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj274/ar274029

Neue Gasmaschinen.

(Patentklasse 46. Schluſs des Berichtes S. 172 d. Bd.)

Mit Abbildungen auf Tafel 7.

Verbrennungsvorgang.

Der Verbrennungsvorgang der Gasmaschine ist neuerdings durch verschiedene werthvolle Untersuchungen (vgl. Körting, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1888 * S. 261, und Ebbs, desgleichen 1889 * S. 237 und Engineer, 1889 * S. 546) wesentlich aufgeklärt worden.

Körting hat darauf hingewiesen, daſs das gewöhnliche Arbeitsdiagramm der Gasmaschine wegen der geringen Kolbengeschwindigkeit |214| in der Nähe des Todtpunktes für die Kennzeichnung der Zündungs- und Verbrennungsverhältnisse nicht brauchbar ist. Die von Körting mitgetheilten Diagramme zeigen, daſs die Verbrennungscurven bei langsamerem Gange der Maschine steiler ansteigen als bei schnellem Gange, so daſs hieraus bei schnellem Gange auf eine langsame bezieh. beeinträchtigte Verbrennung zu schlieſsen ist.

Die Untersuchungen von Ebbs bauen auf diesen Beobachtungen weiter und beziehen sich namentlich auf den Einfluſs der Länge des Zündkanales, einer Sache, die besonders bei Beurtheilung des Deutzer Patentes Nr. 2735 Veranlassung zur Betonung der entgegenstehendsten Ansichten bot.

Ebbs rügt in seiner Abhandlung, daſs man bei Untersuchungen stets mit gleichen Gasfüllungen arbeitet, d.h. bei den Untersuchungen für jede zu untersuchende Umdrehungszahl den Gaszulaſs so stellte, daſs eine bestimmte Anzahl von Einsaugern eine bestimmte Gasmenge, z.B. 100l, verzehrte. Aus den so gewonnenen Diagrammen wurde geschlossen, daſs die relative Verbrennungsdauer bei gröſserer Kolbengeschwindigkeit eine längere sei. Als Grund für diese Erscheinung wurde die Einwirkung des Schuſskanales angesehen. Ebbs weist nun auf den auffallenden Umstand hin, daſs bei Verwendung eines abgeänderten Gemisches mit derselben Gasmaschine ganz andere Ergebnisse zu erzielen sind. Er stellt den Diagrammen nach Fig. 61 Taf. 7, von denen a bei 180 Umdrehungen, b bei 140 Umdrehungen unter Einstellung von 128 Einsaugern bei 1001 Gasverbrauch gewonnen wurde, die Diagramme nach Fig. 62 gegenüber, die bei Verwendung dünneren Gemisches – 155 Einsauger auf 1001 Gas – bei denselben Geschwindigkeiten genommen wurden.

Der Verlauf der Curven zeigt, daſs bei gröſserer Kolbengeschwindigkeit die relative Verbrennungsdauer weit geringer ausfällt als bei niedriger. Wollte man diese verschiedenen Ergebnisse der Wirkungsweise des Zündkanales zuschreiben, also jene Annahme als richtig anerkennen, so hätte der Zündkanal bei gröſserer Gasfüllung mit zunehmender Kolbengeschwindigkeit eine langsamere, bei geringerer Gasfüllung dagegen in gleichem Falle eine schnellere Verbrennung herbeiführen helfen.

Bei der Entnahme der Diagramme nach Fig. 62 wurden die Gasmengen gemessen, die zugeführten Luftmengen aber unbeachtet gelassen.

Bei gröſserer Umdrehungszahl findet in dem verhältniſsmäſsig engen Lufteinlaſskanale des Schiebers naturgemäſs Drosselung des eintretenden Luftstromes statt, der Wirkungsgrad des Motors als Saugpumpe wird geringer, und, da die eingelassene Gasmenge bei allen Umdrehungszahlen gleich erhalten wurde, muſste natürlich die Zusammensetzung des Gemisches sich wesentlich verändern. Bei den weiter unten zu beschreibenden Versuchen ergab sich denn auch, daſs eine 3 pferdige Sombart'sche |215| Gasmaschine bei 110 Umdrehungen etwa 28 Proc. mehr Luft einsaugt als bei 180 Umdrehungen.

Wenn im Motor ein so verdünntes Gemisch zur Entzündung gebracht wird, ist auch stets die Verbrennung eine langsame, gleichgültig ob der Motor mit 114 oder 180 Umdrehungen läuft. Dies zeigt das Diagramm Fig. 63, welches der Maschine bei 180 Umdrehungen bei unverändertem Kanäle entnommen wurde. Es kamen etwa 165 Einsauger auf 1001, wodurch ein ähnliches Gemisch zur Verbrennung gelangte wie bei dem Diagramme b der Fig. 62.

Da die Umdrehungsgeschwindigkeit einen so beträchtlichen Einfluſs auf die Menge der eingesaugten Luft ausübt, darf man sich, wenn man auch nur einigermaſsen genaue Ergebnisse erzielen will, nicht auf das Messen der verbrauchten Gasmenge allein beschränken; vielmehr muſs man besorgt sein, stets ein möglichst gleiches Mischungsverhältniſs zu erzielen. Dies erreicht man am bequemsten durch Messung der jedesmal verbrauchten Luftmenge und danach entsprechendes Einstellen des Gashahnes. Bei den Versuchen entnahm der Motor die Luft aus einem guſseisernen Topfe, der mittels zweier gut abgedichteter Rohrleitungen mit zwei genügend groſsen Gasuhren in Verbindung stand. Eine einzelne gröſsere Uhr, die genügt hätte, stand nicht zur Verfügung; es muſsten daher zwei benutzt werden, welche bei dem ruckweisen Ansaugen der Luft nicht überanstrengt wurden. Da ferner bei den verschiedenen Geschwindigkeiten naturgemäſs verschieden hohe Compressionen entstehen müssen, wurde bei den Versuchen mit gröſseren Geschwindigkeiten eine schmiedeeiserne Platte unter dem Kolben befestigt, wodurch es gelang, bei allen Versuchen nahezu gleiche Compressionen zu erzielen.

Zur Entnahme der Diagramme wurden zwei Indicatoren von Schäffer und Budenberg verwendet; der eine, dessen Trommel durch eine geeignete Vorrichtung vom Kolben aus in Bewegung gesetzt wurde, diente zur Aufnahme der gewöhnlichen Arbeitsdiagramme, der andere zeichnete auf einem bei dem Stifte mit möglichst gleichmäſsiger Geschwindigkeit vorbeigeführten Papierstreifen das Zeitdiagramm auf. Die Bewegung dieses Papierstreifens erfolgte von einer Transmission aus, die durch eine mit Präzisionssteuerung versehene Dampfmaschine betrieben wurde. Die antreibende Rolle, um die der Streifen herumging, machte 72 Umdrehungen in der Minute. Da die Scheibe 200mm Durchmesser besaſs, war die Geschwindigkeit des Papierstreifens im Mittel 0,7536m/Sec. An der Achse der Papierrolle war ein Umdrehungszähler angebracht. Zur Erzielung möglichst gleichmäſsigen Ganges des Motors wurde dieser mittels Riemenscheibe und Riemen mit der Transmission verbunden. Verschiedene Umdrehungszahlen wurden durch Auswechselung der Riemenscheiben und entsprechendes Einstellen des Regulators am Motor erlangt.

Die Temperatur des durch einen Schlauch abflieſsenden Kühlwassers |216| wurde etwa 5m vom Motor entfernt gemessen und während der Versuche dauernd auf 48° C. erhalten.

Der Motor hatte folgende Hauptabmessungen und die in Fig. 64 wiedergegebene Anordnung des Einsaug- bezieh. Zündkanales:

Kolbendurchmesser 170mm
Kolbenhub 280mm
Länge des Einsaugkanales 235mm
Querschnitt des Einsaugkanales 615,75qmm
Inhalt des Laderaumes etwa 4285cc.

Die Regelung des Motors geschieht in der Weise, daſs der sehr empfindliche Regulator (D. R. P. Nr. 1035) eine kleine Klinke, die das Gasventil öffnet, bei zu groſser Umdrehungszahl der Maschine ausrückt, wodurch für den nächsten Hub nur Luft angesaugt wird. Es ist anzunehmen, daſs in diesem Falle entsprechend mehr Luft in die Maschine gelangt, und die eingesaugte Luftmenge wurde dementsprechend nach der Anzahl der „Regulirungen“ des Motors berichtigt Gemessen wurde, um die Ablesungsfehler geringer zu machen, stets die eingesaugte Luftmenge auf 200 Einsauger; ist die hierbei verbrauchte Luftmenge L, die Gasmenge auf 200 Gaseinsauger G, ferner die Anzahl der Regulirungen, während der Motor 200 mal Luft einsaugt, = n, so findet man als

berichtigte Luftmenge

und das Mischungsverhältniſs

.

Dieses Mischungsverhältniſs wurde nun bei allen verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten möglichst unverändert auf 5,3 erhalten; inwieweit dieses gelungen, ist unten angegeben.

Die Aufnahme von Diagrammen erfolgte bei etwa 110, 132, 164 und 184 Umdrehungen des Motors. Um ein möglichst übersichtliches Bild der Ergebnisse zu erzielen, ist in der nachfolgenden Tabelle die Zeit, welche zur Verbrennung erforderlich war, in Procenten der Zeit ausgedrückt, in welcher die Maschine den Arbeitshub beendet hatte; beide Zeitmaſse sind unmittelbar den Diagrammen entnommen, wobei die Verbrennungsdauer gleichgesetzt wurde der Zeit vom Beginne der Druckentwickelung bis zu ihrem höchsten Punkte. Leider war die für Aufnahme der Diagramme benutzte Feder, welche 5mm Schreibstifthub für 1k/qc ergab, ein wenig zu schwach, wodurch bei einigen Diagrammen gewellte Verbrennungs- und Expansionslinien entstanden. In diesen Fällen wurde die Expansionslinie ihrem gesetzmäſsigen Verlaufe entsprechend nach oben hin einpunktirt und auf diese Weise der Zeitpunkt der höchsten Druckentwickelung bestimmt. Da indessen bei jedem Versuche mindestens 4, meistens jedoch bis 8 und 10 Zeitdiagramme entnommen wurden, so konnte doch aus allen ein guter Mittelwerth erzielt werden. Die Ergebnisse für den in Fig. 64 gezeichneten Zündkanai sind in folgender Tabelle zusammengestellt.

|217|
Umdrehungszahl 110 132 164 184
Mischungsverhältniſs 5,15 5,3 5,37 5,38
Relative Verbrennungsdauer 7,56 8,07 7,81 7,246
Maximum und Minimum der rela-
tiven Verbrennungsdauer

7,35–8,4

7,64–8,4

7–8,9

6,5–8,1

Um nun auch die relative Verbrennungsdauer bei Zündung durch einen längeren Kanal zu ermitteln, wurde nach Fig. 65 ein Stück a zwischen das Gestell des Motors und das Gehäuse des Schiebers eingeschaltet, wodurch die Länge des Kanales um 50mm oder um 21,27 Proc. wuchs. Da durch diese Veränderung des Zündkanales der Compressionsraum sich entsprechend vergröſserte, so muſste er durch eine unter dem Kolben angebrachte Einlage auf seinen früheren Rauminhalt gebracht werden. Im Uebrigen blieb der Motor ungeändert. Diese Versuche lieferten nun fast gleiche Ergebnisse; die mittlere relative Verbrennungsdauer lag, wenn unter gleichen Bedingungen Diagramme entnommen wurden, stets zwischen den Werthen 7,3 und 8,56 Proc., wie sie vorher zwischen 7,246 und 8,07 Proc. geschwankt hatte. Gesetzmäſsige Unterschiede waren auch hier nicht aufzufinden; es schien auch hier, ähnlich wie in der Tabelle, daſs bei höherer Umdrehungszahl die relative Verbrennungsdauer sich verminderte.

Diese Ergebnisse faſst Ebbs in die folgenden Sätze zusammen:

1) Die relative Verbrennungsdauer in dem Sombart'schen 3 pferdigen Gasmotor ist bei den Umdrehungszahlen zwischen 110 und 184 nahezu dieselbe; sie scheint sich bei den höheren Kolbengeschwindigkeiten ein wenig zu vermindern.

2) Die absolute Verbrennungsdauer ist bei geringen Umdrehungszahlen gröſser als bei gröſseren; sie nimmt schneller ab, als die Umdrehungszahlen wachsen.

3) Erfolgt die Zündung durch den um 50mm oder 21,27 Proc. verlängerten Zündkanal, so sind wesentliche Aenderungen der relativen Verbrennungsdauer gegenüber der mit normalem Kanäle erzielten nicht nachzuweisen.

Die Brennfähigkeit eines Gasgemisches hängt naturgemäſs von der Menge der vorhandenen Luft im Verhältnisse zur Gasmenge ab, wird aber auf jeden Fall auch beeinfluſst von der Menge der auſserdem noch vorhandenen indifferenten Gasarten, in diesem Falle der Rückstände. Da nun bei schnellerem Gange des Motors ein kleineres Volumen brennbaren Gemisches in die Maschine gelangt, und die Menge der in ihr verbleibenden Rückstände, wenigstens beim Sombart'schen Motor, da das Auslaſsventil verhältniſsmäſsig sehr groſs gehalten ist, nahezu dieselbe bleibt, so wird bei schnellerem Gange das eingeführte Gemisch, besonders nahe dem Kolben, durch Rückstände verhältniſsmäſsig etwas mehr verdünnt. Hiernach müſste bei schnellerem Gange die relative |218| Verbrennungsdauer gröſser sein, wenn nicht noch andere Umstände hinzuträten, welche die Verbrennung beschleunigen. Zunächst ist unleugbar bei schnellerem Gange die Erwärmung innerhalb der Maschine eine bedeutendere. Wenn auch die Kühlung in dem Maſse verstärkt wurde, daſs das Wasser mit derselben Temperatur abfloſs, so kann doch, da die Gase die Wärme nicht so schnell fortleiten, eine nicht so lebhafte Abkühlung nach auſsen hin erfolgen. Die Compressionswärme muſs steigen; hiermit steigt aber naturgemäſs die Verbrennungsgeschwindigkeit.

Ferner leuchtet ein, daſs eine geringere Gemischmenge, wie sie bei schnellerem Gange eingesaugt wird, unter sonst gleichen Verhältnissen weniger Zeit gebrauchen wird, um vollständig zu verbrennen, als eine gröſsere. Endlich aber muſs, da bei gröſserer Kolbengeschwindigkeit naturgemäſs auch die Wirbelungen der Gase innerhalb der Maschine beträchtlich zunehmen, durch diese die Verbrennung selbst dünneren Gemisches eine schnellere werden.

Die gröſsere Compressionswärme, die geringere Menge an Gemisch und die beschleunigten Wirbelungen in Folge schnelleren Einsaugens einerseits, sowie die geringe Verdünnung andererseits haben nun zur Folge, daſs die absolute Verbrennungsgeschwindigkeit bei den höheren Umdrehungszahlen wächst. Die Heftigkeit der Wirbelungen wird im Allgemeinen der Kolbengeschwindigkeit entsprechen, d.h. innerhalb nicht allzu weiter Grenzen wird sie ihr nahezu proportional sein- dementsprechend würde dann auch die absolute Verbrennungsgeschwindigkeit proportional der Kolbengeschwindigkeit wachsen oder die relative Verbrennungsdauer unveränderlich sein. Die absolute Verbrennungsgeschwindigkeit nimmt indessen schneller zu, als den Wirbelungen entsprechen würde, weil mit zunehmender Umlaufszahl die Menge des zu verbrennenden Gemisches verhältniſsmäſsig schnell ab-, die Compressionswärme zunimmt.

Bei genauerer Betrachtung der Vorgänge im Zündkanale ergibt sich, daſs dieser bei allen Versuchen mit gleichem oder doch nahezu gleichem Zündgemische angefüllt gewesen sein muſs. Da er ferner verhältniſsmäſsig eng und lang ist, das Gemisch also beim Einsaugen mit groſser Geschwindigkeit nur in gerader Richtung durch ihn hindurchströmen wird, kann man auch nicht annehmen, daſs besondere Wirbelungen in ihm auftreten. Um so weniger ist zu erwarten, daſs innerhalb des Kanales selbst bei verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten die Verbrennungsdauer eine verschiedene ist, zumal wenn man berücksichtigt, daſs die Zündung eingeleitet wird, wenn der Kolben sich nahezu in Ruhe in der unteren Todtpunktstellung befindet, und daſs bei gleichbleibender Compression der Kanal stets zu etwa einem, dem oberen Drittel, mit reinem, zu zwei Dritteln mit dem aus dem Cylinder in ihn hineingedrückten Gemische angefüllt ist. Demnach kann die Dauer der Verbrennung

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Tabelle über Versuche mit Gasmotoren.

Textabbildung Bd. 274, S. 251
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innerhalb des Kanales selbst wenig oder gar nicht schwanken; es ist also auch nicht ersichtlich, wie dann der Kanal die Verbrennungsdauer beeinflussen sollte.

Berücksichtigt man nun, daſs bei den Versuchen mit gröſseren Umdrehungszahlen wegen der verhältniſsmäſsig bedeutenderen Verdünnung des Gemisches mit Rückständen im Cylinder sich nach der Compression in dem unteren Ende des Zündkanales auf etwa ⅔ seiner Länge ein Gemisch von geringerer Brennfähigkeit als bei langsamerem Gange befunden haben muſs, so erscheint es besonders gewagt, dem mit diesem dünneren Gemische gefüllten, sonst unveränderten Kanäle zuschreiben zu wollen, daſs er die thatsächlich relativ schnellere Verbrennung herbeigeführt habe.

Die gelegentlich der Münchener Kraft- und Arbeitsmaschinen-Ausstellung (vgl. 1888 270 * 60) ausgestellten Kraftmaschinen sind einer eingehenden Prüfung unterworfen worden. Wir geben in umstehender Tabelle die Ergebnisse der Gasmaschinenprüfung, welche interessante Vergleiche über den Gasverbrauch der einzelnen Maschinen gestattet.

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