Titel: Betrachtungen über die Gas- und Erdölmotoren der Weltausstellung Paris.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1901, Band 316 (S. 390–395)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj316/ar316088

Betrachtungen über die Gas- und Erdölmotoren der Weltausstellung Paris.

(Fortsetzung von S. 229 d. Bd.)

Crossley-Motor.

Der Crossley-Motor arbeitet im Otto'schen Viertakt mit Aussetzerregelung. Das Bemerkenswerte an diesem Motor liegt nicht in seiner bekannten Arbeitsweise, sondern in konstruktiven Einzelheiten.

In erster Linie sind hier die gekühlten und entlasteten Auspuffventile zu nennen, welche bei grossen Motoren in Anwendung kommen, bei denen ein Verziehen der Ventile zu befürchten ist, oder die Kraft zum Anheben sehr gross wird7). Zwei Ausführungen wagerecht liegender Ventilezeigen die Fig. 24 und 25. Die Ventilspindel ist als Entlastungskolben c ausgebildet, indem der Durchmesser derselben nahezu so gross gemacht ist, als der Durchmesser des Ventilsitzes bei a. Die wirksame Druckfläche für die Verbrennungsgase entspricht daher dem Unterschied zwischen der Sitzfläche des Ventils und der Fläche des Entlastungskolbens. Auf die Oberfläche k des letzteren wirkt nur der atmosphärische Druck. Der Entlastungskolben ist durch federnde Kolbenringe abgedichtet; Gase, welche durch die Dichtungsringe entweichen, werden durch das Röhrchen p fortgeführt. Das Kühlwasser durchfliesst das Ventil auf dem Weg seno bezw. tvny. Bei dem Ventil Fig. 25 |391| ist die Führung rechts weggelassen, wodurch der Ausströmquerschnitt grösser wird.

Textabbildung Bd. 316, S. 391

Eine vertikale Anordnung eines gekühlten und entlasteten Auspuffventils zeigt Fig. 26. Das Ventil ist wieder mit einem Entlastungskolben G versehen; vor dem Anhub des Ventils wird das kleine, leicht zu öffnende Hilfsventil F von dem Auspuffhebel E aufgestossen. Die Expansionsgase wirken auf den Entlastungskolben und vermindern die zum Oeffnen des Auspuffventils nötige Kraft. Kurz nach Oeffnung des Hilfsventils F wird das Auspuffventil angehoben. Die Kühlwasserzu- und -abfuhr erfolgt in der Pfeilrichtung.

Textabbildung Bd. 316, S. 391

Die zuerst angeführte Konstruktion, bei welcher das Hilfsventil F fehlt, ist neueren Datums. Bei ihr ist die Entlastung vollständiger und wirksamer, weil sie unmittelbar ohne die Vermittelung eines Hilfsventils wirkt. Dass stets ein Ueberdruck vorhanden sein muss, der das Ventil zur Sicherung der Abdichtung gegen seinen Sitz drückt, braucht kaum bemerkt zu werden. Das Dichthalten scheint bei Ventil Fig. 26 leichter erreichbar, als bei dem Ventil Fig. 24 und 25, dessen Entlastungskolben gegen die hochgespannten Gase abzudichten hat. Bezüglich der Grösse der Kompressionsräume, welche durch die beiden Ventilkonstruktionen bedingt werden, dürfte ein Unterschied vorhanden sein.

Für genaueste Zentrierung ist bei diesen Ventilen, welche zwei Dichtungsflächen haben oder mehrfach geführt sind, sowohl bei der Konstruktion als bei der WerkstättenausführungSorge zu tragen. Die Ventilfedern werden zweckmässigerweise aus dem Bereich der hohen Temperaturen hinaus verlegt, wie dies z.B. bei der Konstruktion Fig. 26 gemacht ist.

Die Kolbenkonstruktion Fig. 27 (Englisches Patent einer Deutzer Konstruktion) bietet fernerhin einiges Bemerkenswerte. Die Laufflächen bestehen aus Weissmetall, welches in ringförmige Nuten des Kolbenkörpers eingegossen ist. Der Kolbenzapfen ist weit gegen die offene Seite des Kolbens hin verlegt. Hierdurch wird erreicht, dass der senkrecht zur Kolbenbahn stehende Druck auf den Kolbenzapfen die Lauffläche da belastet, wo der Kolben am kühlsten ist. Die Lauffläche wird dadurch geschont, die Schmierung sicherer, und endlich wird wegen des reibungsvermindern den Weissmetalls die Kolbenreibung verringert. Der Kolbenkörper hat einen etwas kleineren Durchmesser als der Cylinder und kann sich infolgedessen am Kolbenboden, wo er am heissesten wird, frei ausdehnen. An den Laufflächen, welche in der kühlen Zone des Kolbens liegen, genügt ein minimaler Spielraum zwischen Kolben und Cylinder. Schliesslich ein Wort über die Anlassvorrichtung. In ein besonderes Gefäss, welches durch ein Absperrventil mit dem Cylinder in Verbindung gesetzt werden kann, wird ein explosives Gemisch hineingepumpt. Nachdem der Motor in Anlassstellung gebracht ist, wird das Gemisch entzündet, die Explosionswirkung ist hierbei weniger heftig, als wenn das Gemisch unmittelbar im Cylinder bereitet und entzündet würde.

Ravel-Motor.

Textabbildung Bd. 316, S. 391

Die Leistungsfähigkeit eines Gasmotors ist bekanntlich dadurch begrenzt, dass im Cylinder nur eine bestimmte Gemischmenge angesogen werden kann, deren Grösse abhängt von der Tourenzahl, den Einström- und Auspuffwiderständen, der Wandungstemperatur, der Temperatur und Menge der Verbrennungsrückstände, welche am Ende des Auspuffs im Cylinder zurückbleiben, und dem Druck, unter dem die frische Ladung vor dem Einströmventil steht. Wählt man nun die Zusammensetzung des Gemisches derart, dass Gas und Luft vollständig verbrennen, ohne dass die Verbrennungsprodukte überschüssige Luft oder unverbranntes Gas enthalten, so wird offenbar die grösste mögliche Leistung im Cylinder entwickelt – falls im übrigen der Druck der frischen Ladung vor dem Einströmventil nicht geändert wird. Verlangt man von dem Motor mehr, so bleibt er stehen. In fast allen Gasmotoren wird die frische Ladung bei atmosphärischer Spannung angesogen; stünde die frische Ladung beim Ansaugen unter höherem Druck, so würde offenbar eine grössere Gemischmenge in |392| den Cylinder geschafft und die Leistungsfähigkeit des Motors gesteigert. Dieser Gedanke liegt dem Ravel-Motor zu Grund. Zwei Viertaktmotoren sind in einem luftdicht abgeschlossenen Gehäuse untergebracht (Fig. 28). Dieses Gehäuse dient als Vorkompressionsraum für die frische Ladung. Gehen die beiden Kolben in die Höhe, so wird durch das seitlich am Gehäuse sitzende Luftventil g und das Gasventil l frisches Gemisch angesogen. Beim Abwärtsgang wird die Ladung verdichtet und durch das Gemischventil h und die Gemischleitung L nach dem Ventilkasten der Einströmventile KK1 geschoben, von denen das eine geöffnet ist. Der eine Cylinder erhält die von den beiden abwärts gehenden Kolben verdrängte Ladung; die Grösse des Ladungsgewichtes hängt offenbar ab von dem volumetrischen Wirkungsgrad der Ladepumpe, als welche die in dem Gehäuse auf und ab gehenden Kolben angesehen werden können, also von den Widerständen beim Ansaugen der frischen Ladung durch das Luft- und Gasventil und beim Hinausschieben des vorkomprimierten Gemenges durch das Gemischventil, von der Tourenzahl des Motors, sowie endlich von der Grösse des schädlichen Raumes im Motorgehäuse. Wie aus der Fig. 27 ersichtlich, hat man sich bemüht, den schädlichen Raum durch grosse Massen an den Kurbeln nach Möglichkeit zu verringern. In Wirklichkeit soll der Druck der frischen Ladung auf etwa 1,5 at gebracht werden. Auffallenderweise wird die Ladung im Ravel-Motor nur schwach verdichtet, nach Angabe des Erbauers nur auf 2,5 at, wobei eine Explosionsspannung von 12 at erreicht wird. Man könnte vermuten, dass die niedere Verdichtung gewählt worden ist, um keine so hohen Explosionsdrucke zu erhalten; das ist aber dem eben Gesagten zufolge nicht der Fall. Es erscheint durch nichts geboten, bei der hier angewandten Vorkompression die Verdichtung in den Arbeitscylindern so nieder zu halten, als im Ravel-Motor geschehen, wenn man auch wegen der zu erwartenden hohen Explosionsspannungen nicht so hoch gehen darf, wie in einzelnen Leuchtgasmotoren, in denen auf 10 at absolut verdichtet wird.

Textabbildung Bd. 316, S. 392

Abgesehen von der niederen Kompression im Ravel-Motor, deren Wahl lediglich aus dem subjektiven Ermessen des Erbauers hervorgegangen, durch das System der Vorkompression dagegen nicht bedingt zu sein scheint, ist der diesem Motor zu Grunde liegende Gedanke, die Leistungsfähigkeit des Gasmotors zu erhöhen, recht beachtenswert.

Die Frage, ob es eine Gefahr in sich birgt, dass sich im Motorgehäuse stets ein explosives Gemenge befindet, muss hier unentschieden bleiben.

Die Regulierung ist überaus einfach; der Regulator wirkt auf die Drosselklappe P und passt die Menge der frischen Ladung dem augenblicklichen Arbeitsbedarf in stetiger Weise an. Von dieser Regulierungsweise ist bei Besprechung der Motoren mit verlängerter Expansion ausführlich die Rede gewesen, so dass hier darauf zurückverwiesen werden kann8).

B. Motoren für flüssige Brennstoffe.

Zahl und System der in Paris ausgestellten Motoren für flüssige Brennstoffe war so gross und mannigfaltig,dass es angezeigt erscheint, zur Gewinnung eines Ueberblicks der Besprechung einzelner Konstruktionen eine allgemeine Einleitung vorauszuschicken.

Die Frage, ob man einen Gas- oder einen Oelmotor aufstellen soll und welcher flüssige Brennstoff im letzteren Fall der geeignetste ist, lässt sich bekanntlich allgemein nicht beantworten. Sie muss von Fall zu Fall entschieden werden. Dabei spielen nicht bloss technische, sondern in hervorragendem Mass auch wirtschaftliche Erwägungen eine Rolle. In Deutschland ist die Produktion von flüssigen Brennstoffen eine verhältnismässig geringe, Erdölquellen finden sich nur an wenigen vereinzelten Orten und Solaröl und Benzol werden ebenfalls nur in beschränkter Menge gewonnen; auch wenn man hierzu noch den Spiritus nimmt, den man neuerdings in den Motorenbetrieb einzuführen sucht, so ist die Menge der in Deutschland produzierten flüssigen Brennstoffe so klein, dass sie zur Deckung eines Kraftbedarfs, wie er für grössere Betriebe erforderlich ist, nicht ausreicht. Was zur Zeit in Deutschland an flüssigen Brennstoffen verbraucht wird, wird zum weitaus grössten Teil aus dem Ausland importiert, wo sich ergiebige Petroleumquellen finden, also in erster Linie aus Amerika, Russland, Rumänien und Galizien. Infolgedessen ist der Preis der flüssigen Brennstoffe in Deutschland ein hoher und die Verwendung derselben auf Sonderfälle, auf kleine Kraftleistungen und unterbrochene Betriebe beschränkt, wie z.B. auf den Betrieb von Fahrzeugmotoren und Lokomobilen, wo die leichte Transportfähigkeit der flüssigen Brennstoffe, die Einfachheit, die Anspruchslosigkeit, der geringe Raumbedarf, die Leichtigkeit und Billigkeit des Motors ausschlaggebend sind, und der hohe Brennstoffpreis dagegen nicht in die Wagschale fällt. Neuerdings ist eine starke Bewegung im Gang, dem einheimischen Produkt, dem Spiritus, mehr Eingang auf dem zuletzt erwähnten Gebiet zu verschaffen. Allem Anschein nach wird die Technik den ihr zufallenden Teil der Aufgabe in befriedigendster Weise lösen; sind doch schon heute günstigere Verbrauchszahlen beim Spiritusmotor erreicht, als bei den gewöhnlichen Benzin- und Petroleummotoren. Das Gelingen der diesbezüglichen Bestrebungen hängt aber hauptsächlich davon ab, wie billig die Spiritusproduzenten den Spiritus zu liefern im stande sind, ob sie der starken Konkurrenz des Auslands in flüssigen Brennstoffen erfolgreich entgegentreten können. Zum mindesten darf sich der Preis der Pferdekraftstunde des Spiritusmotors nicht wesentlich höher stellen, als beim Benzin- und Petroleummotor, dass die Vorzüge des Spiritus- vor dem Benzin- und Petroleumbetrieb: der reinere Auspuff, die verminderte Feuersgefahr, die weniger starke Verschmutzung einen kleinen Mehrpreis des Brennstoffaufwands aufzuwiegen vermögen. Zur weiteren Orientierung in dieser Hinsicht möge bemerkt werden, dass die Spiritusinteressenten in Berlin eine Zentrale für Spiritusverwertung gegründet haben und den Spiritus für gewerbliche Zwecke um 18 Pfg. für 1 l liefern, welcher Preis acht Jahre lang festgehalten werden soll, und ferner, dass nach Angabe von Professor Dr. Behrend-Hohenheim zu einem 300tägigen und täglich 10stündigen Betrieb eines 10 PS Spiritusmotors der Anbau von 5 bis 6 ha Kartoffelfeld erforderlich ist.

In den Petroleumgebieten dagegen treten die Brennstoffkosten zurück und die technische Seite der Sache in den Vordergrund, die Frage, wie man das billige und im Ueberfluss vorhandene Oel für grössere Kraftleistungen und Dauerbetrieb nutzbar macht. Hier handelt es sich nicht mehr allein um Kleinmotoren und unterbrochene Betriebe, sondern um Grossmotoren und Dauerbetrieb.

Der Einteilung der Motoren, welche einen Ueberblick über die grosse Zahl der einzelnen Systeme ermöglichen soll, muss von den vielen hier in Betracht kommenden Gesichtspunkten ein ganz bestimmter zu Grund gelegt werden, durch den sich auf einfache und ungezwungene Weise Ordnung in die Vielheit des Stoffs bringen lässt. Als. solcher empfiehlt sich ein technischer, da die nachfolgenden Ausführungen vorwiegend technischer Natur sein werden. Wir teilen die Motoren für flüssige Brennstoffe ein: I. in Motoren mit niederer Verdichtung (bis etwa 5 at abs.), und II. in Motoren mit hoher Verdichtung. Es wird also, da durch die Höhe der Verdichtung in erster |393| Linie der Brennstoffverbrauch bestimmt ist, die Betrachtung hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt der Güte der Wärmeausnutzung geführt werden; übrigens wird sich zeigen, dass dabei die anderen wichtigen Gesichtspunkte: Betriebssicherheit, überhaupt das Verhalten im Betrieb, Fähigkeit mit bestimmten Oelsorten zu arbeiten, noch genügend zu ihrem Recht gelangen werden.

Die eben angedeutete Einteilung möge durch die folgenden Bemerkungen gerechtfertigt und die Eigenart des Oelbetriebs im Vergleich zum Gasbetrieb erörtert werden.

Der Otto'sche Viertaktexplosionsmotor ist dadurch gekennzeichnet, dass in ihm ein Gemisch von Brennstoff und Luft angesogen. verdichtet und zur Explosion gebracht wird. Das gemeinsame Ansaugen von Luft und Brennstoff erfordert einen Brennstoff, der sich ohne weiteres mit Luft mischt. Das ist Gas. Denn Luft und Gas befinden sich, wenn die Mischung im Motor beginnt, in demselben Aggregatzustand, sie besitzen ungefähr denselben Druck und dieselbe Temperatur und lassen sich aus diesen Gründen beliebig miteinander mischen. Anders die flüssigen Brennstoffe. Diese müssen, um mit Luft mischbar zu werden, zuerst in den gasförmigen Zustand übergeführt werden. Hierzu bieten sich zwei Wege: der flüssige Brennstoff – im folgenden kurz „Oel“ genannt – wird entweder verdampft oder zerstäubt. Die diesem Zweck dienenden Vorrichtungen, die Verdampfer und Zerstäuber, sind es, welche den Oelmotor vom Gasmotor unterscheiden. Im Oelmotor befindet sich an Stelle des Gases Oeldampf oder Oelstaub, sonst bleibt der Arbeitsvorgang im Oelmotor ganz derselbe wie im Gasmotor. Trotzdem ist die Wärmeausnutzung in den meisten Oelmotoren schlechter als im Gasmotor. Es bestehen eben, selbst wenn es gelungen ist, das Oel durch Zerstäuben oder Verdampfen ganz in gasähnliche Form zu verwandeln, doch grundsätzliche Unterschiede zwischen Oeldampf oder -staub einerseits und Gas andererseits, welche das Zurückbleiben der Wärmeausnutzung im Oelmotor erklären. Dieser Unterschied erscheint, wie sich zeigen wird, grösser zwischen Oeldampf und Gas als zwischen Oelstaub und Gas.

Für das Oel ist bei atmosphärischer Temperatur und Spannung der flüssige Aggregatzustand der natürliche. Hat man das Oel durch künstliche Mittel, wie Verdampfen oder Zerstäuben, gasähnlich gemacht, so hat es doch-stets das Bestreben, in seinen natürlichen flüssigen Zustand zurückzukehren. Der Oeldampf hat die Neigung zu kondensieren und thut dies auch wirklich, wenn er mit kalten Wandungen und kalter Luft in Berührung kommt. Aus dem Oelstaub andererseits scheiden sich die schwereren Staubteilchen ab, wenn derselbe auf seinem Weg nach dem Cylinder einen Richtungswechsel erfährt. Infolge der Zentrifugalkraft werden die schwereren Staubteile gegen die ablenkende Wand geschleudert und bleiben dort an den Stellen der schärfsten Krümmung in Tropfenform hängen. Das verdampfte oder zerstäubte Oel hat also die Neigung sich in Tropfenform abzuscheiden, um so mehr, je näher die Temperatur des Oeldampfs dem Kondensationspunkt liegt bezw. je unvollkommener die Zerstäubung vorgenommen worden ist. Die Abscheidung von Oeltropfen ist aber, wenn sie im Cylinder erfolgt, für die Verbrennung sehr schädlich. Die Oeltröpfchen, welche sich an den Cylinderwänden abgesetzt haben, werden zwar, wenn die Zündung stattgefunden hat, bei der hohen Temperatur zum Teil wieder verdampfen, ein Vorgang, der sich hauptsächlich in der heissen Zone des Cylinders abspielen dürfte, da der Kolben die an der Cylinderwand haftenden Oeltröpfchen abstreift und gegen den heissen Verdichtungsraum hinschiebt. Die nach verdampf enden Oelbestandteile linden jedoch in ihrer Nähe nicht genügend viel Sauerstoff, um vollständig zu verbrennen. Infolge der unvollständigen Verbrennung wird Russ gebildet, der Cylinder verschmutzt und muss entsprechend oft gereinigt werden, die auspuffenden Gase enthalten unverbranntes Oel, sie verbreiten, insbesondere bei Petroleumbetrieb, einen durchdringenden, überaus lästigen Geruch und der Motor verbraucht viel Oel.

Das an der Cylinderwand kondensierte Oel kann, je nach der Beschaffenheit des flüssigen Brennstoffs, eine verschiedene Wirkung auf die Cylinderwand ausüben. DasKondensat der schwereren Petroleumsorten dient als Schmiermittel für den Kolben; das Petroleum ist mit dem Mineralschmieröl nahe verwandt, es wird ja aus dem Rohpetroleum Schmieröl bereitet. Es ist bekannt und beweist die Thatsache der Kondensation aufs deutlichste, dass man die Kolben der Petroleumexplosionsmotoren zum Teil überhaupt nicht schmiert; zuweilen wird diese Selbstschmierung durch kondensiertes Petroleum als ein Vorzug des Petroleummotors angepriesen; ohne Zweifel liegt hierin eine Bequemlichkeit für den Maschinisten, aber es ist mehr eine Not als eine Tugend des Petroleummotors, auf die man gern verzichten würde, weil man dann gleichzeitig von der Kondensation befreit wäre. Kondensierter Spiritusdampf dagegen wird eine andere Wirkung auf die Cylinderwand ausüben. Eine Schmierung ist hier ausgeschlossen, da der Spiritus nicht fett ist, wie die schweren Petroleumsorten. Der Niederschlag von tropfenförmigem Spiritus kann lediglich schädlich wirken und die Schmierung beeinträchtigen. Eine Verhütung des Niederschlagens von Spiritus an den Cylinderwänden ist also mit Rücksicht auf sichere Kolbenschmierung besonders wichtig. Was man zur Verhütung der Abscheidung tropfenförmigen Oels zu thun hat, geht aus dem vorhin Gesagten hervor: man muss den Oeldampf möglichst hoch über den Kondensationspunkt erhitzen und ihn vor der Berührung mit kalter Luft oder kalten Wandungen bewahren; und andererseits, wenn man mit Oel-staub arbeitet, muss man die Zerstäubung in möglichst vollkommener Weise vornehmen, also grosse Sorgfalt auf die Ausbildung des Zerstäubers verwenden. Wozu man auf diesen beiden Wegen geführt wird, ist aus dem unmittelbar Folgenden ersichtlich.

Nicht allein zwischen Gas einerseits und Oeldampf oder Oelstaub andererseits, sondern auch zwischen Oeldampf und Oelstaub selber besteht ein prinzipieller Unterschied; es ist die sehr einfache Thatsache, dass der Oeldampf eine hohe, der Oelstaub eine niedere Temperatur besitzt, und dass der Oeldampf einen grösseren Wärmeinhalt hat, als der Oelstaub, da dem ersteren die ganze zur Verdampfung nötige Wärme schon zugeführt ist. Dieser Umstand ist für den Oelmotor in doppelter Hinsicht wichtig.

Fürs erste bestimmt er die zulässige Höhe der Verdichtung. Ein Gemisch aus Oeldampf und Luft besitzt immer eine höhere Temperatur; schon um die Kondensation des Oeldampfs zu beschränken, wird man bestrebt sein, diese Temperatur hoch zu halten und wärmt aus diesem Grund häufig die Verbrennungsluft vor. Ein heisses Gemisch von Oeldampf und Luft verträgt aber nur eine mässige Verdichtung, es genügt schon eine schwache Verdichtung, um es auf die Selbstentzündungstemperatur zu bringen, worauf es mit heftigem Explosionsstoss noch vor Beendigung des Verdichtungshubs verbrennt. Aber auch die regelmässigen Zündungen werden bei heissem Gemisch von harten Explosionsstössen begleitet, welche im normalen Betrieb nicht zugelassen werden können. Diese harten Zündungen sind vom Petroleumexplosionsmotor her wohl bekannt. Im Spiritusmotor sind unter sonst gleichen Umständen die Verbrennungen nicht so heftig, weil der Wassergehalt des Spiritus die Verbrennung verzögert und den Explosionsstoss mildert. Das Arbeiten mit Oeldämpfen, mit heissem Gemisch, zwingt also, insbesondere bei Petroleumbetrieb, wegen der Gefahr von Vorzündungen und Explosionsstössen zur Anwendung niederer Verdichtung. Gleichzeitig sieht man, dass die Forderung, die Kondensation des Oels zu verhindern, indem mit möglichst heissem Gemisch gearbeitet wird, mit der Forderung hohe Kompression in Anwendung zu bringen, bei den Oelmotoren mit Verdampfern nicht zugleich erfüllt werden kann; was man auf der einen Seite gewinnt, muss man auf der anderen preisgeben. Unter diesen Umständen muss man auf den Nutzen hoher Verdichtung, der für die Höhe des Brennstoffverbrauchs von ausschlaggebender Bedeutung ist, von vornherein verzichten. Hierin liegt es begründet, dass die mit Oeldämpfen arbeitenden Motoren die Wärme schlechter ausnutzen als die Gasmotoren, bei denen man mit der Höhe der Verdichtung nicht so sehr beengt ist, da das Gas atmosphärische Temperatur hat und – im allgemeinen – weniger leicht entzündliche Bestandteile enthält.

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Sieht man aber von einer Verdampfung des flüssigen Brennstoffs ganz ab und beschränkt sich darauf, denselben möglichst fein zu zerstäuben, so kann man mit der Verdichtung höher gehen, da das Gemisch zu Beginn der Verdichtung eine niederere Temperatur besitzt. Das kältere Gemisch lässt sich eben entsprechend höher verdichten, ehe die Selbstzündungsgrenze erreicht wird. Neben der niederen Anfangstemperatur ist aber ein weiterer wichtiger Umstand vorhanden, der zur Folge hat, dass man ein Gemisch aus Luft und Oelstaub höher komprimieren kann, als ein solches aus Oeldampf und Luft. Es ist die Verdampfungswärme des flüssigen Brennstoffs. Das zerstäubte Oel ist zu Anfang der Verdichtung noch keineswegs verdampft, es befindet sich immer noch im flüssigen Aggregatzustand. Erst im Lauf der Verdichtung wird der Oelstaub verdampft, indem die zur Verdampfung erforderliche Wärme dem Kompressionsgemisch entzogen wird. Man hat es also hier mit einer Verdichtung unter gleichzeitiger Wärmeentziehung zu thun, genau wie bei einem Luftkompressor, in den man während der Kompression Wasser einspritzt, um den Cylinder zu kühlen. Die innere Kühlung des Kompressionsgemisches wird nun um so wirksamer sein, je mehr Wärme der Oelstaub zu seiner Verdampfung erfordert, je höher die Verdampfungswärme des Oels ist. Es ist schon in der Einleitung dieses Aufsatzes darauf hingewiesen worden, dass Priestmann (England) und Banki (Ungarn) mit dem Oel gleichzeitig Wasser, ebenfalls fein zerstäubt, in den Cylinder einspritzen und so wegen der hohen Verdampfungswärme des Wassers eine ganz energische Kühlung während der Verdichtung erzielen. Damit ist die hohe Verdichtung, die Vorbedingung für einen günstigen Oelverbrauch, erreicht. Der Spiritus besitzt in dieser Beziehung einen wesentlichen Vorzug für den Betrieb des Explosionsmotors; da der Spiritus immer einen gewissen Prozentsatz Wasser enthält, der nötigenfalls durch weiteren Zusatz beliebig erhöht werden kann, so fällt im Spiritusmotor die Notwendigkeit einer besonderen Wassereinspritzung weg. Dazu kommt, dass der Alkohol selbst eine ziemlich hohe Verdampfungswärme besitzt, welche etwa ein Drittel von derjenigen des Wassers beträgt. Endlich ist die Spiritusmenge, welche man zur Entwickelung einer bestimmten Leistung in den Cylinder einführen muss, grösser als die entsprechende Petroleummenge, da der Heizwert des Spiritus nur rund 6000, derjenige des Petroleums 10000 Kal. pro Kilogramm beträgt. Darum ist die äquivalente Spiritusmenge etwa im Verhältnis grösser, ebenfalls ein Umstand, der in dem hier betrachteten Zusammenhang von Wichtigkeit ist. Wenn man daher den Spiritus vor dem Eintritt in den Cylinder fein zerstäubt, so kann man im Explosionsmotor ohne alle Kunstgriffe eine hohe Verdichtung in Anwendung bringen. Um dieser Möglichkeit willen ist hier der Spiritusmotor zu den Oelmotoren mit hoher Kompression gezählt worden.

Von dem Diesel-Motor, in welchem zur Zeit die höchsten Kompressionsspannungen angewandt werden, wird weiter unten die Rede sein.

In zweiter Linie ist der erwähnte Unterschied zwischen den Temperaturen des Oeldampfes und des Oelstaubes von Einfluss auf die Motorleistung. Denn arbeitet man mit heissem Gemisch (Oeldampf), so fasst der Motorcylinder am Ende des Ansaugens ein kleineres Gewicht frischer Ladung, als beim Arbeiten mit kaltem Gemisch (Oelstaub), weil das kalte Gemisch dichter ist als das heisse. Ein grösseres Ladungsgewicht hat aber – gleiches Mischungsverhältnis vorausgesetzt – auch eine grössere Motorleistung im Gefolge. Denkt man sich, dass in demselben Cylinder einmal heisses, das andere Mal kaltes Gemisch verarbeitet wird, etwa derart, dass die Temperatur am Ende des Ansaugens das eine Mal um 150°, das andere Mal nur um 50° über der atmosphärischen liegt, so verhalten sich die Gewichte der frischen Ladungen umgekehrt wie die absoluten Temperaturen, also wie . Das Gewicht der heissen Ladung beträgt somit unter den angeführten Verhältnissen nur 0;78 vom Gewicht der kalten Ladungund in demselben Mass ist auch die Leistung im ersteren Fall kleiner. Wie gross dieser Unterschied in Wirklichkeit ist, sieht man aus dem Vergleich der grössten indizierten Leistung, welche ein gewöhnlicher, mit einem Verdampfer ausgerüsteter Petroleummotor aufweist, mit derjenigen Leistung, welche im Banki-Motor bei Zerstäubung und Wassereinspritzung erzielt wird. Dort erreicht man einen mittleren indizierten Druck von etwa 5, hier von etwa 7 kg/qcm, entsprechend einer Erhöhung der indizierten Leistung um % infolge des Arbeitens mit kaltem Gemisch.

Wir sehen aus den bisherigen Darlegungen, dass sich die Oelmotoren, wenn man von der Eigenart der flüssigen Brennstoffe ausgeht, zwanglos in zwei Gruppen zusammenfassen lassen : 1. in Motoren mit niederer Verdichtung, in welchen das Oel verdampft wird, 2. in Motoren mit hoher Verdichtung, in welchen das Oel nur zerstäubt oder unter gleichzeitiger Wassereinspritzung zugeführt wird; hierzu ist aus den angeführten Gründen auch der Spiritusmotor gezählt worden.

Zu dieser zweiten Gruppe gehört endlich auch der Diesel-Motor, der wegen seines besonderen Arbeitsverfahrens auch eine besondere Stellung einnimmt.

In ganz eigenartiger Weise hat Diesel das Problem gelöst, im Oelmotor hohe Kompression zur Anwendung zu bringen. Diesel hat das Otto'sche Prinzip der Gemischkompression des gemeinsamen Ansaugens von Luft und Brennstoff vollständig verlassen und ist zu einem anderen Arbeitsverfahren übergegangen. In der gemeinsamen Verdichtung von Luft und Brennstoff, wie sie im Otto'schen Motor stattfindet, ist es in erster Linie begründet, dass man im Explosionsmotor mit Vorzündungen und Explosionsstössen zu rechnen hat. Auch die Kondensation von Oel hängt mit dem gemeinsamen Ansaugen von Luft und Brennstoff zusammen, da während des Ansaugens der Oeldampf Gelegenheit findet, mit kalten Wandungen und kalter Luft in Berührung zu treten und zu kondensieren. In glänzender Weise hat Diesel die Hauptschwierigkeiten, welche sich dem Oelbetrieb im Explosionsmotor entgegenstellen, die Abscheidung tropfenförmigen Oeles, die Gefahr von Vorzündungen und Explosionsstössen, überwunden, dadurch, dass im Diesel-Motor Luft und Brennstoff nicht mehr gemeinsam, sondern getrennt angesogen und verdichtet werden, Luft im Arbeitscylinder, Oel in einer besonderen Oelpumpe; erst nach Beendigung der Kompression wird das Oel, durch Pressluft fein zerstäubt, allmählich in den Arbeitscylinder eingeblasen, entzündet sich an der heissen Kompressionsluft und verbrennt allmählich, ohne jeden Explosionsstoss, nach Massgabe der in den Cylinder eingetretenen Brennstoffmenge. Damit hatte Diesel ein Dreifaches erreicht: höchste Kompression, vollkommen sanfte Verbrennung und Verhütung der Kondensation. Nachdem die Gefahr von Vorzündungen und Explosionsstössen im Prinzip überwunden war, konnte die Kompression so hoch getrieben werden, als es die Höhe des Druckes mit Rücksicht auf die Abmessungen des Motors, die Reibungsarbeiten, das Dichthalten u.a. zulässig erscheinen liess.

Mit kühnem Entschluss steigerte Diesel die Kompression in seinem Motor auf etwa 35 at, ein Druck, den vor ihm niemand in einem Wärmemotor anzuwenden gewagt hatte, und so glücklich war diese Wahl sowohl mit Rücksicht auf den Verbrennungsvorgang und die Wärmeausnutzung, als mit Rücksicht auf das mechanische Verhalten des Motors, dass diese Kompressionshöhe seither unverändert beibehalten worden ist. Am Ende der hohen Verdichtung hat die Luft im Arbeitscylinder eine Temperatur von etwa 500°, so dass man versteht, wie Diesel von dem hocherhitzten Cylinderinhalt die Bezeichnung glühende Atmosphäre gebrauchen konnte. Diese glühende Atmosphäre spielt die Rolle des Verdampfers und der Zündvorrichtung, und bildet den trefflichsten Schutz gegen die Kondensation von Oel. Der Inhalt des Verdichtungsraums und die Wände desselben sind so heiss, dass von einer Kondensation des Oeles keine Rede sein kann, und ferner ist die in der glühenden Atmosphäre aufgespeicherte Wärme im stande, auch hochsiedende Erdöle vollständig zu verdampfen, so dass der Diesel-Motor in seiner Fähigkeit, die Erdölsorten |395| vom leichtflüchtigen Benzin bis zu dem schwerflüchtigen Rohpetroleum9) zu verdampfen, einzig unter seinesgleichen dasteht.

Wir wenden uns jetzt der I. Klasse der Oelmotoren zu, den Motoren mit niederer Kompression, welche durch das Vorhandensein eines Verdampfers gekennzeichnet sind. Die weitere Einteilung dieser Motoren erfolgt nach einem Vorschlag von Professor E. Meyer in folgender Weise:

a) Oelmotoren mit mässig geheiztem Verdampfer; Mischung vor oder während der Verdampfung;

α) Verdampfer vor dem Einströmventil,
β) hinter dem

b) Oelmotoren mit heissgehendem (rotglühendem) Verdampfer; Mischung nach der Verdampfung;

α) Verdampfung vor dem Einströmventil,
β) hinter dem

Diese Einteilung ist ganz in der Natur der Sache begründet, denn es besteht offenbar ein Zusammenhang zwischen der Temperatur des Verdampfers und der Art und Weise, wie die Mischung vollzogen wird. Werden z.B. Luft und Oel schon vor der Verdampfung gemischt, nachdem das Oel durch Zerstäuben mischbar gemacht ist, so hat man ein zündfähiges Gemisch, das man in keinen heissgehenden Verdampfer leiten darf, da es sich dort entzünden würde. Dieser Fall liegt bei den Motoren der Klasse Ia vor; die Verdampfer dieser Klasse dürfen nur so stark geheizt werden, dass ihre Temperatur unter der Entzündungstemperatur des Gemisches bleibt. Die Vorzüge und Nachteile dieses Verfahrens liegen auf der Hand; man kann die Mischung von Luft und Oel in sehr vollkommener Weise vornehmen, aber man kann diejenigen Oelbestandteile nicht verdampfen, deren Siedepunkt höher ist als die Verdampfertemperatur. Dies kommt hauptsächlich bei den schwereren Petroleumsorten in Betracht; schon das amerikanische Lampenpetroleum enthält nach Mitteilung von Professor Schröter-München (Z. d. V. d. I. 1897, S. 849) mehr als 25% von Bestandteilen, deren Siedepunkt über 300° C. liegt. Wenn diese hochsiedenden Bestandteile, welche in den mässig geheizten Verdampfern nicht verdampft werden können, nicht fein zerstäubt worden sind, bevor sie in den Cylinder kommen, so scheiden sie sich dort in Tropfenform ab, verbrennen unvollkommen und verschmutzen den Motor. In den Motoren der I. Klasse mit mässig geheiztem Verdampfer lässt sich demnach einesehr innige Mischung, aber keine vollkommene Verdampfung erzielen; zur vollständigen Ueberführung des Oeles – in erster Linie des Petroleums – genügt die mässige Erhitzung in den Verdampfern dieser Klasse nicht, es muss ausser der Verdampfung noch die Zerstäubung zu Hilfe genommen werden. Das Gesagte gilt, wie im letzten Satz angedeutet, zunächst nur vom Petroleum, welches hochsiedende Bestandteile enthält, nicht aber vom Spiritus, dessen Siedepunkt, je nach dem Wassergehalt, zwischen 78° (reiner Alkohol) und 100° C. (Wasser) liegt. Spiritus kann schon in mässig geheizten Verdampfern vollständig verdampft werden. Die Höhe der Verdichtung in den Motoren dieser Klasse hängt von der Temperatur im Verdampfer ab, je höher dieselbe ist, desto niederer muss man die Verdichtung halten.

Im Unterschied zu den mässig geheizten Verdampfern können in den heissgehenden Verdampfern auch hochsiedende Oele verdampft werden. In den mit rotglühenden Verdampfern ausgerüsteten Motoren lassen sich auch schwere Petroleumsorten verarbeiten. Hierin liegt ohne Zweifel ein Vorzug, wie fernerhin auch darin, dass der hocherhitzte Oeldampf, welcher in diesen Verdampfern entsteht, in geringerem Mass der Kondensation ausgesetzt ist, als bei den vorhin besprochenen Verdampfern der Fall ist. In die rotglühenden Verdampfer darf während der Verdichtung keine Luft hineinkommen, wenigstens nicht soviel, als zur Bildung eines Zündgemisches erforderlich ist, weil dies Frühzündungen zur Folge hätte. Die Mischung kann aus diesem Grund erst nach der Verdampfung vorgenommen werden; sie ist aber darum nicht unter allen Umständen schlechter, als in den Motoren mit mässig geheiztem Verdampfer. Freilich, wenn der rotglühende Verdampfer einen Teil des Verdichtungsraums bildet (Klasse Ibβ), wie das bei der Mehrzahl derselben zutrifft, und die Mischung hinter dem Einströmventil, im Cylinder selbst, vollzogen werden muss, dann ist die Mischung nicht so günstig, als bei mässig geheiztem Verdampfer. Es steht aber nichts im Wege, den rotglühenden Verdampfer vor das Einströmventil zu verlegen und auch die Mischung schon vor dem Einströmventil einzuleiten; dann wird auch bei rotglühendem Vergaser eine günstige Mischung erzielt. Nur gelangt dann das Zündgemisch mit ziemlich hoher Temperatur in den Cylinder, so dass nur eine schwache Verdichtung zur Anwendung gebracht werden kann.

Die weiteren Eigenschaften der beiden Klassen werden bei der Besprechung der einzelnen Konstruktionen erörtert werden, in welche nunmehr eingetreten wird.

(Fortsetzung folgt.)

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Die Maschinenbau-Aktiengesellschaft Nürnberg und die Dresdener Gasmotorenfabrik wenden schon bei Motoren von 30 PS gekühlte Auspuffventile an, damit bei starker Belastung des Motors das Auspuffventil nicht so heiss werden kann, dass durch dasselbe Frühzündungen des frischen Gemischs verursacht werden. Auch Gebr. Körting kühlen das Auspuffventil schon bei kleinen Motoren, um die Leistungsfähigkeit derselben ohne Gefahr von Frühzündungen voll ausnutzen zu können.

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Eine ähnliche Anordnung wie der Ravel-Motor zeigt ein Automobilmotor von Henriod (vgl. Güldner, Fahrzeugmotoren für flüssige Brennstoffe, S. 24). Da dieser Motor 1000 Umdrehungen in der Minute macht, auch der schädliche Raum im Motorgehäuse recht gross erscheint, so dürfte von einer Steigerung der Leistungsfähigkeit hier kaum die Rede sein (vgl. auch die Bemerkungen von Güldner in dieser Hinsicht a. a. O.).

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Dasselbe enthält sämtliche leicht- und schwerflüchtigen Bestandteile.

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