Titel: Betrachtungen über die Gras- und Erdölmotoren der Weltausstellung Paris.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316 (S. 229–235)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/ar316050

Betrachtungen über die Gras- und Erdölmotoren der Weltausstellung Paris.

(Fortsetzung von S. 165 d. Bd.)

Viertaktmotoren mit verlängerter Expansion.

Das gemeinsame Merkmal dieser Motoren besteht darin, dass in ihnen die Expansion über das Anfangsvolumen a der Verdichtung hinaus verlängert ist (vgl. Fig. 9), während sie sonst in den meisten Fällen bei d oder schon etwas früher aufhört und der Auspuff beginnt. Motoren, welche mit verlängerter Expansion arbeiten, waren in Paris sehr zahlreich ausgestellt; fast alle heutzutage bekannten Systeme dieser Art waren vertreten. Bei den Motoren mit verlängerter Expansion sind scharf zwei Gruppen zu unterscheiden. In den Motoren der ersten Gruppe ist die Verlängerung der Expansion eingeführt mit der Absicht, die Wärmeausnutzung zu vergrössern; in den Motoren der zweiten Gruppe tritt sie auf als Folge des in denselben angewandten Regulierungsprinzips. Wir wenden uns zuerst der ersten Gruppe zu: Aus dem Indikatordiagramm sieht man sofort, dass durch die Verlängerung der Expansion die der Diagrammfläche d e f a entsprechende Arbeit gewonnen wird; der Gasverbrauch für 1 PSi wird infolgedessen im Verhältnis der Flächen kleiner. Ist in zwei Motoren die Verdichtung gleich hoch und die Stärke der Ladung gleich gross, so braucht von denselben derjenige weniger Gas für 1 PSi, welcher mit verlängerter Expansion arbeitet. Die Verlängerung der Expansion erfreut sich besonders bei den englischen und französischen Ingenieuren grosser Beliebtheit. Das Verwendungsgebiet der Motoren dieses Systems ist zur Zeit auf England und hauptsächlich auf Frankreich beschränkt. Die deutschen Gasmotoreningenieure machen – soweit die Kenntnis des Verfassers dieser Zeilen reicht – keinen Gebrauch von der Verlängerung der Expansion zur Erhöhung der Wärmeausnutzung. Bei der Besprechung der einzelnen französischen Konstruktionen soll im folgenden versucht werden, die für die Beurteilung dieses Systems massgebenden Gesichtspunkte aufzustellen.

Der Engländer Atkinson dürfte der erste gewesen sein, der einen Gasmotor mit verlängerter Expansion thatsächlich ausgeführt hat. Sein erstes Patent stammt aus dem Jahre 1879. Er verwirklichte die Idee der Expansionsverlängerung in geistvollster Weise, zuerst in seiner sogen. Differentialmaschine mit Hilfe zweier gegenläufiger Kolben, die sich in einem Cylinder bewegten, und eines kunstreichen Getriebes, später mit einem Kolben und einem etwas einfacheren Getriebe. Die teure und empfindliche Konstruktion dieser Maschinen verhinderte ihre Ausbreitung. Sie werden heute nicht mehr gebaut. In viel einfacherer Weise haben später die französischen Ingenieure Charon, Letombe u.a. den Gedanken der Expansionsverlängerung ausgeführt, lediglich mit Hilfe der Steuerung. Charon z.B. schiebt von der auf dem Weg o f (Fig. 9) angesogenen Gemischmenge einen Teil während des Verdichtungshubs f a wieder in die Saugleitung zurück und lässt die Verdichtung des zurückbehaltenen Gemisches erst in a beginnen. Die Regulierung wird in einfachster Weise dadurch bewirkt, dass mehr oder weniger von der angesogenen Gemischmengeim Cylinder zurückbehalten wird; bei abnehmender Belastung rückt somit der Punkt a' der dem Beginn der Verdichtung entspricht, immer näher gegen o hin. Die Höhe der Verdichtung nimmt dabei ab. Die Zusammensetzung des Gemisches bleibt bei allen Belastungen ungeändert. Ein Diagramm bei stärkerer Belastung ist in Fig. 9 ausgezogen (a b c e f a), eines bei schwächerer punktiert (a' b' c' e' f a') eingezeichnet. Da nun mit abnehmender Belastung auch die Verdichtung abnimmt, so wird damit die Wärmeausnutzung schlechter; der Gasverbrauch für 1 PSi wird grösser1).

Textabbildung Bd. 316, S. 229
Textabbildung Bd. 316, S. 229

Hierin liegt der Nachteil der Regulierungsweise von Charon und der Ausgangspunkt für eine Verbesserung, welche Letombe an der Regulierung der Motoren mit verlängerter Expansion eingeführt hat. Während in dem Cylinder des Charon-Motors bei kleinster Belastung auch die kleinste Gemischmenge zurückbehalten und am schwächsten verdichtet wird, ist dies beim Letombe-Motor umgekehrt. Wenn der Motor vollbelastet ist, wird am wenigsten Gemisch angesogen. Die Verdichtung steigt erst in a (Fig. 9a) über die atmosphärische Pressung und wächst nur auf b an; bei kleinster Belastung befindet sich |230| mehr Gemisch im Cylinder, so dass die Verdichtungsspannung schon in a' über den Atmosphärendruck sich erhebt und bis nach b' also höher als im ersteren Fall, ansteigt; bei abnehmender Belastung rückt somit der Punkt a' welcher dem Beginn der Verdichtung entspricht, immer näher gegen f hin, also gerade in entgegengesetzter Richtung als bei der Charon'schen Regulierung der Fall war. Die Leistung wird dadurch verändert, dass bei voller Last ein kräftiges Gemisch mit viel Gas und wenig Luft, bei kleiner Last ein schwaches Gemisch mit weniger Gas und mehr Luft verarbeitet wird. Die Gemischstärke wird nach Massgabe der Höhe der Verdichtung so gewählt, dass das Gemisch weder so stark ist, dass Frühzündungen befürchtet werden müssen, noch so schwach, dass Fehlzündungen eintreten können. Der Vorzug der Letombe'schen Regulierung vor derjenigen Charon's liegt also in der Zunahme der Verdichtung mit abnehmender Belastung. Die dünneren Gemische, welche bei kleineren Belastungen im Letombe-Motor zu verarbeiten sind, sind unter sonst gleichen Umständen weniger leicht zu entzünden und brennen langsamer. Indem aber die dünnen Gemische hoch verdichtet werden, wird ihre Zündfähigkeit erhöht und ihre Verbrennung beschleunigt. Ist letzteres in genügendem Mass gelungen, so ist im Letombe'schen Motor hinsichtlich des Gasverbrauchs für 1 PSi zu erwarten, dass er mit abnehmender Belastung günstiger wird – im Gegensatz zum Charon-Motor.

Was die zweite Gruppe der Motoren mit verlängerter Expansion betrifft, so tritt in diesen die Expansionsverlängerung nur als Folge der Regulierungsweise auf. Die letztere besteht darin, dass bei Abnahme der Belastung eine kleinere Gemischmenge, deren Zusammensetzung bei allen Belastungsstufen gleich ist, im Cylinder verdichtet wird. Dieses Regulierprinzip deckt sich grundsätzlich mit dem Charon-schen, welches bereits oben erwähnt wurde, und mit dem bekannten Körting'schen, das nur konstruktiv anders ausgebildet ist. In den Motoren dieser zweiten Gruppe wird lediglich der Zweck verfolgt, die Regulierung stetig vor sich gehen zu lassen, wie es ein gleichförmiger Betrieb verlangt, keineswegs aber, durch Verlängerung der Expansion eine höhere Wärmeausnutzung zu erzielen. Im Gegenteil: die Wärmeausnutzung in diesen Motoren wird um so ungünstiger, je stärker die Expansion verlängert wird. Wie aus der Beschreibung der Charon'schen Reguliermethode hervorgeht, gehen bei sinkender Belastung Zunahme der Expansionsverlängerung und Abnahme der Kompression Hand in Hand. Der Einfluss der Kompression ist hierbei entscheidend (vgl. Anm.1) und die Versuchsergebnisse am Charon-Motor). Der bezeichnende Unterschied zwischen beiden Gruppen besteht darin, dass in der ersten die Verlängerung der Expansion schon bei Vollbelastung vorhanden ist, dass sie sich dagegen in der zweiten erst unterhalb der vollen Last einstellt. Das gemeinsame Merkmal der beiden Gruppen, die verlängerte Expansion, -bedingt also nur eine rein äusserliche Aehnlichkeit; ihrem inneren Wesen nach unterscheiden sich beide Motorgruppen vollständig voneinander, indem die Verlängerung der Expansion in der ersten Gruppe Endzweck zur Erzielung einer höheren Wärmeausnutzung, in der zweiten nur eine Begleiterscheinung der Reguliermethode ist.

Charon-Motor.

Die von der Société général des Industries Économiques ausgestellten Charon-Motoren arbeiten im Otto'schen Viertakt. Die Gesellschaft baut Grossen von 1 bis 160 PS. Eigentümlich ist diesen Motoren die Verlängerung der Expansion und das Regulierprinzip.

Der Regulator wirkt auf zwei Nocken ein, von welchenaus das Gasventil und das Einströmventil angetrieben werden. Das Einströmventil wird immer im gleichen Moment angehoben und bleibt über die Dauer des Ansaugehubs hinaus noch während eines Teils des Verdichtungshubs offen, so dass ein Teil des angesogenen Gemisches wieder in die Saugleitung zurücktreten kann. Mit dem Abschluss des Einströmventils, der je nach der Einwirkung des Regulators früher oder später erfolgt, beginnt die Verdichtung des im Cylinder verbliebenen Gemisches, gefolgt von dem bekannten Viertaktspiel. Damit von dem in die Saugleitung zurückgeschobenen Gemisch nichts in die Atmosphäre verloren gehen kann, ist das Saugrohr eng und lang und in Form einer Spirale im Ansaugetopf oder im Maschinengestell untergebracht. Beim nächsten Ansaugen tritt dieses Gemisch wieder zugleich mit frischem Gas in den Cylinder zurück, gefolgt von frischer Luft. Das frische Gas wird nach Massgabe der frischen Luft vom Gasventil geliefert. Wenn die Belastung des Motors abnimmt, so stellt der Regulator die Nocken so, dass mehr Gemisch in die Saugleitung zurückgeschoben wird, als bei stärkerer Belastung, und dass das Gasventil weniger Gas liefert; die frische Luftmenge wird hierbei von selbst kleiner. Durch die Formung der beiden Nocken hat man es in der Hand, bei jeder Belastung ungefähr das gleiche Mischungsverhältnis herzustellen. Die mit der Charon'schen Regulierung erzielten Ergebnisse gehen aus der folgenden Versuchsreihe hervor (Bulletin technologique de la société des anciens élèves des écoles d'arts et métiers, 1894): Der untersuchte Motor war zweicylindrig und hatte 350 mm Cylinder durch -messer und 0,6 m Hub:

Um-
drehungen
in der
Minute

Ne

PS

Ni

PS

pi

kg/qcm

pe

kg/qcm

ηm

%
Gasverbrauch
für 1 PS uns Std.
in Litern
indiziert effektiv
154,5 16,31 31,1 1,575 0,825 52,6 565 1072
153,5 24,31 38,5 1,954 1,23 63,1 472 748
153 29,62 43,2 2,2 1,51 68,7 438 638
152 37,45 47,4 2,43 1,92 79 436 552
151 45,17 52,8 2,72 2,32 85,5 435 509
151 53,15 58,3 3,01 2,74 91,2 438 480
Textabbildung Bd. 316, S. 230

Von dem Gas ist nur bekannt, dass es die Temperatur von 19° C. hatte. Der Uebersichtlichkeit wegen ist der Gasverbrauch für 1 PSi in Fig. 10 bildlich dargestellt, indem, wie dies früher in Fig. 5 geschehen, die wagerechten Abscissen den mittleren indizierten Druck, die senkrechten Ordinaten den Gasverbrauch bedeuten. Die Versuche zeigen, dass der Gasverbrauch für 1 PSi mit abnehmender Belastung nicht erheblich zunimmt, obwohl dabei die Verdichtung kleiner wird2). Es ist dies ein sehr schönes Zeugnis für die Reguliermethode und ein Zeichen, dass Form der Nocken sehr glucklich gewählt ist. Der Gasverbrauch ist bei Vollbelastung sehr klein und in dieser geringen Grosse bei Motoren ohne Expansionsverlängerung nur durch Anwendung hoher Verdichtung erzielbar. Dagegen ist der mittlere effektive Druck3) und damit die Leistungsfähigkeit des |231| Motors verhältnismässig klein; er beträgt nur pe = 2,74kg/qcm (nach einem neueren Versuch pe = 3kg/qcm), während der auf S. 168 angeführte Leuchtgasmotor pe = 4,44kg/qcm und ein von Prof. Meyer geprüfter Motor4) von Körting sogar pe = 5,2 kg/qcm aufweist. Hierauf wird im folgenden zurückzukommen sein.

Textabbildung Bd. 316, S. 231
Textabbildung Bd. 316, S. 231

Letombe-Motor.

Der Letombe-Motor ist ein doppeltwirkender Viertaktmotor mit verlängerter Expansion. Das Grundsätzliche über die eigenartige Regulierung dieses Motors ist schon in den einleitenden Bemerkungen über die Motoren mit verlängerter Expansion dargelegt worden. Die konstruktive Durchführung der Idee und die Wirkungsweise der Steuerung ergibt sich aus den Fig. 11 (200 PS-Motor) und insbesondere aus den Schnitten durch die Einströmventile (Fig. 12 bis 14). Der Eintritt des Gemisches steht unter dem Einfluss von drei Ventilen A, B und D. Das eigentliche Einströmventil A sitzt im Verdichtungsraum, es wird von dem zugehörigen Nocken (vgl. Fig. 12) stets in derselben Weise angehoben. Das Regulierventil B und das Gasventil D werden von einem und demselben Nocken (Fig. 14 und 15) bewegt, der auf der Steuerwelle verschiebbar ist und vom Regulator eingestellt wird. Je nach der Stellung dieses Nockens wird das Regulierventil B mehr oder weniger lang und hoch angehoben und stösst dabei das Gasventil D mehr oder weniger weit auf. Das Spiel dieser beiden Ventile B und D bestimmt die Menge der frischen Ladung und deren Zusammensetzung. Die Wirkungsweise der drei Ventile ist folgende: Zu Beginn des Ansaugehubs wird das Einströmventil A von seinem Nocken (Fig. 12), das Regulierventil B und damit das Gasventil D vom Reguliernocken angehoben. Während des ersten Teils des Saughubs, solange die höchste Erhebung des Nockens (Fig. 15) mit der Rolle des Ventilhebels im Eingriff steht, werden Regulierventil und Gasventil miteinanderoffen gehalten. Später läuft die Rolle auf dem etwas niedereren Rücken des Nockens, das Regulierventil B sinkt soweit zurück, dass das Gasventil schliesst und nur noch Luft angesogen wird. Vor Beendigung des Saughubs schliesst dann auch das Regulierventil, so dass auf dem Rest dieses Hubs ein kleiner Niederdruck im Cylinder entsteht, der während des Verdichtungshubs wieder verschwindet. Sobald auf dem letzteren Weg die atmosphärische Pressung im Cylinder wieder erreicht ist, schliesst zuletzt auch das Einströmventil und die Verdichtung beginnt, gefolgt von dem bekannten Viertaktspiel.

Textabbildung Bd. 316, S. 231

Bei voller Last läuft die Rolle des Ventilhebels auf der Kurve 1 des Reguliernockens (Fig. 15), bei (kleiner Last auf der Kurve 3. Aus der Skizze des Reguliernockens sieht man deutlich: je, höher die Belastung ist, desto kürzere Zeit bleibt das Regulierventil B offen, desto weniger Gemisch wird angesogen; das Gasventil wird aber hierbei verhältnismässig lange offen gehalten, es gelangt somit eine kleine, aber kräftige Ladung in den Cylinder. Mit Abnahme der Belastung tritt mehr Gemisch ein, dasselbe ist aber viel schwächer. Auf diese Art entsteht das Regulierdiagramm (Fig. 16), worin das Diagramm a b c d e voller, i j k d e kleiner Belastung entspricht. Versuchsresultate liegen von diesem Motor keine vor. Es wäre von Interesse, zu sehen, wie sich der Gasverbrauch für 1 PSi, welcher der Theorie nach mit abnehmender Belastung günstiger werden sollte, in Wirklichkeit verhält, und ferner, wie rasch der mechanische Wirkungsgrad bei dieser Regelungsweise mit der Belastung abnimmt.

Textabbildung Bd. 316, S. 231

Es ist bereits gelegentlich der Besprechung des Charon-Motors darauf hingewiesen worden, und wird insbesondere noch aus Diagrammen, welche von dem nachher anzuführenden Duplex-Motor vorliegen, hervorgehen, dass die spezifische Leistung der Motoren mit verlängerter Expansion eine verhältnismässig kleine ist. Dies liegt ja ganz in der Natur der Sache, da in diesen Motoren zu Gunsten der Expansionsverlängerung stets mit kleiner Ladungsmenge gearbeitet wird. Dieser Umstand hat zweifellos die Veranlassung dazu gegeben, den Kolben doppeltwirkend zu machen. Letombe hat seinen doppeltwirkenden Viertaktmotor zuerst mit einem Kreuzkopf gebaut, später aber dieses passive Maschinenelement durch ein treibendes, durch einen einfachwirkenden Viertaktkolben ersetzt. Diese bemerkenswerte Maschine mit einem einfach wirkenden und einem doppeltwirkenden Viertaktkolben arbeitet im 4/3 Takt, sie erhält auf vier Kolbenhübe drei Antriebe; infolgedessen |232| kommt der Motor mit einem nicht zu schweren Schwungrad aus. Nach diesem System beabsichtigt Letombe einen 500 PS-Motor zu bauen. Auffallend ist es, dass der doppeltwirkende Kolben nicht gekühlt ist; seine Betriebssicherheit steht daher nicht ganz ausser Frage. Betreffs der Regulierung dieses Motors ist zu bemerken, dass bei abnehmender Last zuerst die eine Seite des doppeltwirkenden Kolbens bis zum Aussetzen ausreguliert wird, worauf der Motor als Tandemmaschine läuft, dann die andere Seite, so dass sie schliesslich als einfacher Viertaktmotor arbeitet, wobei auf den doppeltwirkenden Kolben keine Arbeit mehr übertragen wird.

Textabbildung Bd. 316, S. 232

Duplex-Motor.

Dieser Viertaktmotor mit verlängerter Expansion hat seinen Namen von den doppeltwirkenden Kolben. Er ist in den Fig. 17 bis 19 dargestellt. Die Verlängerung der Expansion wird in ihm dadurch erreicht, dass die angesogene Gasmenge in zwei ungefähr gleiche Teile auf die beiden Kolbenseiten verteilt und beide Teile nacheinander zur Explosion gebracht werden. In dem Grundriss sieht man die beiden Einströmventile an den beiden Cylinderenden, das Ventil, welches den Eintritt des Gemisches regelt – im folgenden kurz Gemischventil genannt – in der Mitte, und etwas seitwärts davon das Gasventil. Sämtliche Ventile sind gesteuert und werden immer gleich bewegt. Die Regulierung erfolgt durch Aussetzer, indem bei zu raschem Gang die Gaszufuhr abgesperrt wird. Zwischen den beiden Einströmventilen und dem Gemischventil befindet sich eine geräumige Kammer. Das Auspuffventil liegt wagerecht und quer zur Cylinderachse, wie Fig. 19 zeigt.

Die Wirkungsweise der Einlassventile ist folgende: der Kolben saugt auf der einen Seite (auf der anderen findet währenddessen der Auspuff statt) eine ganze Cylinderfüllung an, worauf sich das Gemischventil und das Gasventil schliessen, während das Einströmventil offen bleibt. Im Augenblick der Kolbenumkehr wird auch das andere Einströmventil geöffnet, so dass beide Kolbenseiten miteinander in Verbindung stehen, und das Gemisch von der einen Kolbenseite nach der anderen hinübergeschoben werden kann. Der letztere Vorgang dauert etwa bis in die Mitte des Hubs. Das Gemisch ist dann ungefähr gleichmässig auf beide Cylinderseiten verteilt. Nunmehr schliesst dasjenige Einströmventil, gegen welches sich der Kolben hinbewegt. Es erfolgt auf dieser Seite die Verdichtung und sodann die bekannte Fortsetzung des Viertaktspiels, während auf der anderen Seite und in der Gemischkammer ein Niederdruck entsteht, der jedoch wegen der Grosse dieser letzteren unerheblich ist; derselbe verschwindet wieder, wenn der Kolben seine Bewegung umgekehrt hat. Hat das Gemisch auf dieser Seite wieder etwa atmosphärische Pressung angenommen, so schliesst auch das zweite Einströmventil und es folgen Verdichtung, Explosion, Expansion u.s.f. Die Diagramme beider Kolbenseiten zeigen die Fig. 20 und 21. Es sind der Höhe des Explosionsdrucks zufolge Vollbelastungsdiagramme. Die Diagramme geben zu einigen Bemerkungen Anlass: die Spannung am Ende der Expansion ist von ihrem Höchstwert 23 kg/qcm auf ½ kg/qcm Ueberdruck gesunken, eine Folge der weitgetriebenen Expansionsverlängerung. Die Auspuffgase entweichen daher mit verhältnismässig niederer Temperatur. Nimmt man das Anfangsvolumen der Verdichtung da an, wo sich die Verdichtungslinie über die atmosphärische |233| Linie erhebt, also im Punkt a (Fig. 20 und 21)5), so ergibt sich durch die Verlängerung der Expansion ein Gewinn von 20% auf der Schwungradseite, von 16% auf der Seite des Cylinderkopfs, bezogen auf diejenige indizierte Arbeit, welche ohne Verlängerung der Expansion erhalten würde (Diagrammfläche a b c d). Damit ist eine entsprechende Ersparnis an Gasverbrauch für 1 PSi verknüpft6). Andererseits sieht man, dass der mittlere indizierte Druck ohne Verlängerung der Expansion höher ist als mit Verlängerung; es ergibt sich durch Planimetrieren der beiden Diagramme der mittlere indizierte Druck

ohne
Verl. d. Exp.
mit
Verl. d. Exp.
auf der beite des Schwungrads 4,86 kg/qcm 3,46 kg/qcm
„ „ „ „ Cylinderkopfs 5,49 „ 3,75 „
im Mittel 5,2 „ 3,6 „
Textabbildung Bd. 316, S. 233
Textabbildung Bd. 316, S. 233

Liesse man den Duplex-Motor ohne Verlängerung der Expansion arbeiten, so könnte man diesen Zahlen zufolge den mittleren indizierten Druck von 3,6 auf 5,2 kg/qcm und damit die indizierte Leistung um das , und endlich, da der mechanische Wirkungsgrad bei höherer Belastung günstiger wird, die effektive Leistung um einen noch etwas höheren Betrag steigern. Der Gasverbrauchfiele, da der Gewinn durch Verlängerung der Expansion wegfällt, höher aus.

Hieraus erkennt man, dass die Maschine mit verlängerter Expansion etwas sparsamer arbeitet, aber weniger leistungsfähig7) ist, und daher für gleiche Pferdestärkenzahl grösser und teurer ausfällt als diejenige ohne Expansionsverlängerung. Auch die Steuerung baut sich etwas weniger einfach. Wenn es weniger auf hohe Wärmeausnutzung ankommt, als auf Leistungsfähigkeit des Motors, also bei billigem Brennstoff und grossen Motoren, so kann auf die Verlängerung der Expansion verzichtet werden. Bei teueren Brennstoffen kann dagegen die Verlängerung der Expansion von Vorteil sein.

Champion-Motor.

In dem Champion-Motor von Galoin und Marc in Lille ist die Verlängerung der Expansion mittels eines gesteuerten Hilfsventils erreicht, welches sich seitwärts am Cylinder in der Mitte des Kolbenhubs befindet. In der ersten Hälfte des Saughubs saugt der Kolben Gemisch an; sobald er das Hilfsventil passiert hat, wird dieses von der Steuerung aufgestossen und die Gaszufuhr abgesperrt. Auf der zweiten Hälfte des Saughubs gelangt somit nur noch frische Luft in den Cylinder, von welcher die Konstrukteure dieses Motors behaupten, dass sie sich mit der vorher angesogenen Ladung nicht merklich vermenge. Beim Kolbenrückgang wird die Sekundärluft wieder ausgestossen, ohne dass nach der Versicherung der Konstrukteure Gas verloren geht. Das Hilfsventil schliesst, wenn der Kolben wieder an demselben vorbeigeht, worauf die Verdichtung und die bekannte Fortsetzung des Viertaktspiels folgt. Die Gase expandieren auf das Doppelte des Anfangsvolumens der Verdichtung. Der Motor wird durch Aussetzer reguliert. Man erhält nicht den Eindruck, als ob die Verlängerung der Expansion in dem Champion-Motor auf besonders zweckmässige Weise erreicht sei.

Textabbildung Bd. 316, S. 233

Hiermit verlassen wir die erste Gruppe der Motoren mit verlängerter Expansion. Der

Motor von Fritscher und Houdry

gehört zur zweiten Gruppe dieser Motoren, in denen die verlängerte Expansion lediglich als Folge der Regulierung auftritt. Das Eigenartige dieses Motors liegt somit in der Regelungsweise, welche in ihrem Grundgedanken sich mit der bekannten Körting'schen deckt, und nur konstruktiv von der letzteren verschieden ist. Das Regulierprinzip besteht darin, dass bei abnehmender Belastung eine kleinere Gemischmenge angesogen wird, indem man den frischen

|234|

Gemischstrom drosselt. Wie Fritscher und Houdry diesen Gedanken durchgeführt haben, sieht man aus der Fig. 22. Das Einströmventil Z ist selbstthätig und wird durch die Ansaugedepression geöffnet. Luft kommt durch die Oeffnung H, Gas durch den Hahn M herbei. Luft und Gas gelangen durch das Gasventil F und das Gemischventil J in den Raum Y und von da durch das Einströmventil in den Cylinder. Gas und Gemischventil sitzen auf einer und derselben Stange X, ihr Hub ist daher gleich gross. Er wird der augenblicklichen Belastung entsprechend vom Regulator mittels des Keiles D eingestellt. Da das Verhältnis der Einströmquerschnitte für Luft und Gas unabhängig von der jeweiligen Stellung des Regulators ist, so bleibt die Zusammensetzung des Gemisches bei allen Belastungen dieselbe. Wie nach Beendigung des Ansaugens das Entweichen von Gas durch das Gasventil F, welches vom Regulator im allgemeinen offen gehalten wird, vermieden wird, ist aus der Fig. 22 nicht ersichtlich.

Textabbildung Bd. 316, S. 234

Verbundmotor von Roser-Mazurier.

Es ist leicht begreiflich, dass man schon frühe den Versuch gemacht hat, die Verbundwirkung, mit welcher bei der Dampfmaschine so grosse Erfolge hinsichtlich der Wärmeausnutzung erzielt worden sind, auch im Gasmotor einzuführen. Aber der Gewinn war nicht der erhoffte. Das Ergebnis der bisherigen Bestrebungen war, dass durch die Hinzufügung eines Expansionscylinders ein verhältnismässig grosser, wenig leistungsfähiger Motor mit grossen Reibungswiderständen und geringer Betriebssicherheit entstand, und dass die beabsichtigte Brennstoffersparnis sich nicht einstellte. Die Hauptschwierigkeiten stellen sich beim Ueberleiten der heissen Abgase des Hochdruckcylinders in den Niederdruckcylinder entgegen. Soll im Niederdruckcylinder noch eine nennenswerte Leistung entwickelt werden, so muss die Endspannung der Expansion im Hochdruckcylinder noch genügend gross sein; man hat es dann mit recht heissen Gasen beim Ueberströmen aus dem Hochdruck- in den Niederdruckcylinder zu thun; dabei dürften Temperaturen von 700 bis 1000° C. noch nicht zu den hohen zu zählen sein. Das Uebergangsventil wird durch diese Gase so sehr erhitzt, dass es ohne Kühlung nicht in Betrieb gehalten werden kann, und wenn man dieses Ventil durch einen Wasserstrom kühlt, so entzieht das Kühlwasser dem übertretenden Gasstrom, der ja im Niederdruckcylinder noch Arbeit leisten soll, so viel Arbeitsfähigkeit, dass die Niederdruckarbeit weit hinter der erhofften Grosse zurückbleibt, und die Reibungswiderstände der Niederdruckmaschine im Verhältnis zur thatsächlich erzielten Expansionsarbeit zu gross sind. Unter diesen Umständen ist es beachtenswert, dass sich eine Firma gefunden hat, welche den Versuch, einen Verbundmotor zu bauen, wieder aufnimmt. Die Konstruktion von Roser-Mazurier in St. Denis ist aus Fig. 23 ersichtlich. Vonden drei Cylindern A, A1 und C sind A und A1 die beiden im Viertakt arbeitenden Hochdruckcylinder, C der im Zweitakt arbeitende Niederdruckcylinder. Erstere sind wassergekühlt, der letztere nicht. Die Hochdruckkurbeln sind gleichgerichtet und gegen die Niederdruckkurbel um 90° versetzt (wenigstens in der Zeichnung). Die frische Ladung wird durch die Einströmventile c und c1 angesogen. Die Abgase des Hochdruckcylinders strömen durch das Ausströmventil dd1, durch den Verbindungskanal M und das Einlassventil kk1 des Niederdruckcylinders in den letzteren, aus welchem sie nach Beendigung der Expansion durch das Auspuffventil e ins Freie entweichen.

Textabbildung Bd. 316, S. 234

Bei einer horizontalen Maschine dieses Systems8) sind die Kurbeln für Hoch- und Niederdruckcylinder um 180° versetzt. Dieser Winkel ist zweckmässiger; eine einfache Ueberlegung zeigt, dass die Verbrennungsrückstände im Hochdruckcylinder im letzteren Fall eine niederere Spannung am Ende des Auspuff- bezw. Ueberströmhubes besitzen, als wenn der Kurbelwinkel 90° beträgt, wie in der Zeichnung Fig. 23 angegeben. Wenn nun die Verbrennungsrückstände zu Ende des Ueberströmhubes eine grosse Spannung besitzen, so verhindern sie zu Beginn des Ansaugehubes der frischen Ladung den Zutritt so lange, bis der zurückgehende Kolben die zum Ansaugen erforderliche Depression im Cylinder erzeugt hat. Es befindet sich unter diesen Umständen eine verhältnismässig grosse Menge heisser Verbrennungsrückstände im Hochdruckcylinder, welche die frische Ladung beim Ansaugen stark vorwärmen und das Gewicht der frischen Ladung vermindern. Hierdurch wird die Leistung des Motors beeinträchtigt; auch erscheinen Vorzündungen bei Berührung der frischen Ladung mit den heissen Verbrennungsrückständen nicht ausgeschlossen, wenn mit leicht entzündlichen Erdölgemischen gearbeitet wird. Diese Verhältnisse liegen bei einem Kurbelwinkel von 180° günstiger.

Auffallend an dem Verbundmotor von Roser-Mazurier ist, dass sich an ihm nichts finden lässt, was auf einen Versuch der Konstrukteure hindeuten würde, die oben angeführten Schwierigkeiten des Verbundsystems zu umgehen. Auffallend ist es ferner, dass Roser-Mazurier die Verbundanordnung gerade für einen Fahrzeugmotor gewählt hat, bei dem doch der Hauptzweck des Verbundsystems, Erzielung eines geringeren Brennstoffverbrauchs, ganz in den Hintergrund tritt8).

|235|

Der Motor wird gegenwärtig von der Firma Roser-Mazurier in zwei Grossen gebaut:

Nennleistung
5 PSe 10 PSe
Hochdruckcylinder, Durchmesser 85 120
Niederdruckcylinder, Durchmesser 120 160
Hub 140 150
Umdrehungszahl 550 520

Nach Angabe der Fabrik verbrauchte der erstgenannte Motor bei 4 PSe 682 l Gas oder 313 g Gasoline.

Eine schärfere Beurteilung des Motors ist mangels genauerer Unterlagen zur Zeit nicht möglich.

Kurz sei hier noch auf die Aehnlichkeit hingewiesen zwischen dem Verbundmotor und den Motoren mit verlängerter Expansion.

Die im folgenden angeführten Motoren stehen in keinem Zusammenhang mit den vorher besprochenen. Es sind Viertaktmotoren, welche in konstruktiver oder grundsätzlicher Hinsicht etwas Besonderes bieten.

(Fortsetzung folgt.)

|229|

Der strenge Nachweis hierfür ist von Prof. Meyer in der Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 331, geführt. In dem Diagramm (Fig. 9) kann man sich dies rasch wie folgt vergegenwärtigen. Die während der Drucksteigerung von b' nach b zugeführte Wärmemenge erzeugt die Arbeitsfläche a'b'ba; würde dieselbe Wärmemenge bei höherem Druck zugeführt, z.B. bei c' (wobei c'c'' = b'b), so erzeugt sie die Arbeitsfläche c'c''e''e', wenn c''e'' die durch den Punkt c'' gehende Adiabate bedeutet. Man sieht sofort, dass die letztere Fläche grösser ist als die erstere, weil das Gas im ersteren Fall vom Anfangsvolumen o bis auf das Endvolumen f expandieren kann, während letztere Expansion schon bei a' bezw. a aufhört. Je niederer die Verdichtung wird, um so grösser wird offenbar der Unterschied, desto |230| schlechter die Wärmeausnutzung. Liegt Expansionsverlängerung vor, so gilt für die Beurteilung der Wärmeausnutzung folgendes:

1. Bei gleich hoher Kompression und gleicher Gemischstärke ist die Wärmeausnutzung um so günstiger, je länger die Expansion.

2. Bei gleicher Gemischstärke und gleichem Endvolumen f der Expansion ist die Wärmeausnutzung um so schlechter, je niederer die Kompression, obwohl gleichzeitig die Expansion verlängert wird. Der Einfluss der Kompression ist hierbei stärker, als derjenige der Expansionsverlängerung (vgl. auch die Versuchsergebnisse am Charon-Motor).

|230|

Wenn man Fig. 5 und 10 vergleicht, so ist zu beachten, dass im ersten Fall die Verdichtung konstant ist, das Gemisch jedoch mit abnehmender Belastung dünner wird, im zweiten Fall das Gemisch nahezu unveränderliche Zusammensetzung hat, während die Verdichtung mit abnehmender Last kleiner wird.

|230|

Der mittlere effektive Druck, bezogen auf 1 qcm der Kolbenfläche, ist bei einem Viertaktmotor durch die bekannte Gleichung definiert

Er dient als Massstab zum Vergleich der Leistungsfähigkeit von Viertaktmotoren.

|231|

Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure, 1900 S. 332.

|233|

Dieser Punkt würde in der Mitte liegen, da das bei atmosphärischer Spannung angesogene Gemisch in zwei ungefähr gleiche Teile geteilt ist, wenn nicht infolge der Erwärmung des Gemisches durch die Verbrennungsrückstände und die heissen Wände des Verdichtungsraumes nach Schluss des Gemischventils eine kleine Drucksteigerung stattfände.

|233|

An einem Körting'schen Leuchtgasmotor hat Prof. Meyer einen Gasverbrauch von 403 l von 5000 Kal./cbm für 1 PSi und Stunde festgestellt. Durch Verlängerung der Expansion, wie im vorliegenden Falle, würde sich der Gasverbrauch auf bis ermässigen.

|233|

Was hier über die Leistungsfähigkeit der Motoren mit verlängerter Expansion gesagt ist, gilt für den Fall, dass man einen einfach- oder doppeltwirkenden Viertaktmotor ohne verlängerte Expansion in Vergleich setzt wiederum mit einem einfach- oder doppeltwirkenden Viertaktmotor mit verlängerter Expansion. Vergleicht man dagegen einen gewöhnlichen einfachwirkenden Viertaktmotor mit einem doppeltwirkenden Viertaktmotor mit verlängerter Expansion, so leistet der letztere (unter Zugrundelegung der obigen Zahlen) mehr, eben infolge der Doppelwirkung, keineswegs infolge, vielmehr trotz der verlängerten Expansion. Da man aber einen doppeltwirkenden Viertaktmotor ebensogut ohne als mit Verlängerung der Expansion arbeiten lassen kann, so muss man den Vergleich auf die zuerst angegebene Weise führen, wenn man das Eigenartige der Expansionsverlängerung hervortreten lassen will.

|234|

Vgl. Güldner, Fahrzeugmotoren für flüssige Brennstoffe, S. 36.

|234|

Vgl. Güldner, Fahrzeugmotoren für flüssige Brennstoffe, S. 36.

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