В конце выложен машинный перевод патента на русский языкClassifications
F02B3/06 Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
View 1 more classifications
US542846A
United States
Download PDF
Find Prior Art
Similar
Worldwide applications
0 US
Application events
1895-07-16
Application granted
1895-07-16
Publication of US542846A
1912-07-16
Anticipated expiration
Status
Expired - Lifetime
Info
Cited by (6)
Similar documents
External links
USPTO
USPTO PatentCenter
USPTO Assignment
Espacenet
Global Dossier
Discuss
Description
(No Model.) 5 Sheets-Sheet 1. R. DIESEL. METHOD OF AND APPARATUS FOR CONVERTING HEAT INTO WORK.
No. 542,846. Patented July 16, 1895. v4
WITNESSES} 4. 71-
INVENTOR: RuAoLfi Dxesek BY Walla/WW;
ATTOR Y 5 Sheets-Sheet 2.
(No Model.) 7
R. DIESEL. METHOD OF ANDAPIARATUS FOR GONVERTIN No..542,846.
G HEAT INTO WORK. Patented July 16 lnvem'kovz mam mesa,
filomey.
(No Modql.) 5 Sheets-Sheet 3.
R. DIESEL; METHOD OF'AND APPARATUS FOR GONVERTING HEAT INTO WORK.
No. 542,846. Patented July 16, 1895.
Wiivwsses'. harm 130v:
lkkovmq 7 (No Model.)
B. DIESEL.
5 Sheets-Sheet 4.
METHOD 0 AND APPARATUS FOR CONVERTING HEAT INTO WORK. A Patented July 16, 1895.
Witness es: 9%. 292 @922;
AHOY my;
(No Model.) 5 Sheets-Sheet 5.
, R. DIESEL.
METHOD ()1? AND APPARATUS FOR CONVERTING HEAT INTO WORK. No. 542,846. Patented July 16, 1895. I l F A Q} 47 I i I I 1 E9 in I Ir] f I 9 l I l l 11??? l i i I I K 5 l A A i I g I. .V I 17 l l I i l J J Wax Lassa? Kmrmfiov:
muagxg Diesh suing combustion or explosion a sudden in- ,3 the combustion is essentially finished.
RUDOLF DIESEL, OF
BERLIN, GERMANY.
- METHOD OF AND APPARATUS FOR CONVERTING HEAT |NTO'WORK.
SPECIFICATION forming part of Letters yatent: NO. 542,846, dated J 16, 1895.
Application filed Auzust 26,1892. Serial Ho. 444,248. (No modelJ fatented in Germany February 28, 1892,1111. 67,20]; in Switzer and April 2, 1802, Ho- 6,221. and in England April 14, 1892. No. 7,241.
To all whom it may concern:
Be it known that LRUDOLF DIESEL, a subect of the King of Bavaria, residing at Berlin, in the Kingdom of Prussia, German Empire, have invented a new and useful Process for Obtaining Motive Power by the Combustion of Fuel of Any Kind, (for which I have obtained Letters Patent in Great Britain, No. 7,141, dated April 14, 1892; in Switzerland, No. 5,221, dated April 2, 1892, and in Germany, No. 67,207, dated February 28, 1892,) of which the following is a specification.
My invention has reference to improvements in the methods of and apparatus for converting heat into work.
In theaccompanying drawings, Figure 1 represents the theoretical diagram of a gasengine of a usual construction. Figs. 2 and 3 are theoretical diagrams of the cycles accordingto my invention. Fig. 4 isa sectional elevation of asingle-acting engine constructed according to my invention. Fig. 5 isa sectional detail thereof. Fig. 6 illustrates detail sections of the admission-plugs for the fuel. Fig. 7 is a sectional elevation of a modified form of engine. Figs. 8 and 9 are sectional elevations of a second modified form. Fig. 10 is a sectional plan thereof.
Similar letters and figures indicate corresponding parts throughout the several views of the drawings.
The cycle of the ordinary internal combuslion-engines is illustrated by the theoretical diagram shown in Fig. 1. The curve 1 2 in said diagram representsthe'compressiou of the mixture of air and gaseous fuel. At point 2 the mixture is ignited and by the now encrease of pressure is produced, accompanied by a very considerable increase in temperature. The explosion being substantially instantaneous, the stroke of the piston during combustion is approximately zero. At point From 3 to 1 an expausiontakes place in perpressure and temperature.
. lleretofore the combustion of the gaseous mixture has been left entirely to itself immediately after ignition, no attempt having been made to regulate or control the pressure and temperature during the combustion with reference to the existing volume of the body of air. From this condition of matters resultthe following disadvantages: First, the temperature produced by the combustion is so high that it is impossible to obtain a mean temperature which will permit lubrication and the maintenance of the parts inproper condition for practical working without the presence of arrangements for cooling the cylinders; second, the products of combustion are insufficiently cooled by expansion and escape while in a hot condition, with the consequent loss of heat and energy. Particular types of the above-mentioned class of engines also possess the same defects.
In engines where the air is first com pressed from 1 to 2, Fig. l, and the fuel then injected in the neighborhood of point 2 and the mixture ignited simultaneously with injection, show the increase of pressure 2 3 and a considerable increase of temperature. Again, the same takes place in engines which carry the compression of the gaseous mixture to such a degree that the same is spontaneously ignited by the temperature of compression.
The points of ignition of most fuels are very low. (Petroleum at from to 100 centigrade.) When by compression this temperature has been reached, (in the case of petroleum at a pressure lessthan five atmospheres and in the case of gas at about fifteen atmospheres,) the ignition takes place, and by the ensuing combustion the temperature is very considerably raised and the increase of pressure 2 3, Fig. 1, is produced. The highest temperature of combustion is entirely independent of the burning or igniting points, thesame depending on the physical properties of the fuel. Practically, of course, the combustion or explosion requires a short but material time, and for this reason the line 2 3 is not quite vertical, but somewhat inclined, with a rounded transition at 3.
The characteristic feature of the cycles of all these engines may therefore be expressed as follows: increase of pressure and temperature by andduring combustion and the subsequent performance of work by expansion, the process of combustion being left to itself after ignition.
a erases The method forming my present invention difl'ers from all those previously described, and is illustrated by the theoretical diagram shown in Fig. 2. Referring to this diagram,
pure atmospheric air is compressed, accord" ing to curve 1 2, to such adegree that, before ignition or combustion takes place, the highest pressure of the diagram and the highest temperature are obtained-that is to say, the
temperature at which the subsequent combustion has to take place, not the burning or igniting point. To make this more clear, let it be assumed that the subsequent combustion shall take place at a temperature of 700. Then in that case the initial pressure mustbe sixty-four atmospheres, or for 800* centigrade the pressure must be ninety atmospheres, and so on. Into the air thus compressed is then gradually introduced from the exterior finelydivided fuel, which ignites on introduction, since the air is at a temperature far above the igniting-point of the fuel. The gases in the cylinder are now permitted to expand with the gradual introduction of fuel and the ex-.-
pansion so regulated that the decrease in temperature by expansion counterbalances the heat produced by the combustion of the fresh The' eEect of combustion particles of fuel. will therefore not be increase in temperature or pressure, but increase in actual energy exerted. The combustiontakes place acoording to the curve 2 3, Fig. 2, from which it will be seen that it is not in the natnreof an explosion, but rather takes place during a period of time corresponding to the portion w of the stroke of the piston and determined by the point of cut-oh. At the point of cutctf 3 the supply of fuel ceases and the expansion of the gases of combustion, without transfor of heat, continues according to curve 34.
Since the pressure at point 2 of the diagram was very high and is still very hight at point 3, the consequent expansion after cut-oi! (3 to 4) so cools the gases that in leaving the engine they carry away only an insignificant quantity of heat. It will thus be seen that the combustion of the gases is not left to itself after ignition, but is so regulated during its whole duration that pressure, temperature, and volume are in a prescribed proportion.
If the air were allowed to expand without any supply of fuel, the curve 2 1 would be formed-t. e., the expansion would do no work, but restore onlythe previous work of compression; but by gradually introducing fuel a difference of pressure p is formed between the curves 1 2 and 2 3, in consequence whereof a useful eflect is produced.
As with the other types" of engines before mentioned, the diagramwill'assume more the nature of the diagram shown by broken lines.
The characteristic features of the cycle according to my present invention are therefore, increase of pressure and temperature up to the maximum, not by combustion, but prior to combustion by mechanical compresslon of air, and thereupon the subsequent performance ofwork without increaseofpresr ure and temperatureby gradual combustion during a prescribed part of the stroke detera mined by the cut-oil.
According to what hasbeen above stated, the recess of combustion itself differs from all 't e hitherto methods, in that there is no increase of temperature produced, or at the most only a very slight one, and the highest or extreme temperature is, produced by the compression of the air. Itis therefore under control and will be kept within moderate limits, and moreover, in view of the cooling 8c of the products of combustion by the subsequent expansion, no artificial cooling is required for the cylinder, the mean temperature of the gases being such that the parts of the engine can be kept tight and lubricated.
In Fig. 3 I have shown a diagram obtained when the previously -described method is varied by cooling the air during the flrstportion of the compression for instance, by means of an injection of water. In this case theflat curve 1 2 is formed and then the steeper curve 2-2. By this means I can. attain considerably higher pleasures that! those obtained by the first method without reaching such high temperatures aswould necessitate artiticialcoolingcf the cylinder. In consequence of the greater fall of pressure in expanding from 3 to 4,the gases are cooled toa greater extent than before and a higher useful effect is obtained. The exhaust-gases loo may in this case be cooled even below the temperature of the surrounding atmosphere and utilized for refrigerating purposes.
My methodof working the fuels may be carried out with any kind of fuel, whether' :05 solid, liquid, or gaseous. In thecaaeof liquids, gases, or vapors a jet of the fluid under press are is dispersed in as flnelydivided state as possible into the comprened air during the period of admission. Solid fuels may be inno troduced in a pulverulent or commiuuted condit-ion. Such solid fuels which-agglomerate in heating or are unsuitable for other reasons are previously converted into gases. Liquid fuels may be previouslyconverted n 5 into vapor and introduced in this form. Substances-such, for instance, as anthracitewhich are not readily inflammable maybe mixed with readily-inflammable material, such as petroleum or the like.
The method of working the fuel above described may be carried out in any suitable engine, either single or double acting, and in engines containing one or more cylinders.
I will now proceed to describe some particu r z 5 lar forms especially constructed for carrying out said method. if
Reference being bad at present to Figs. 4 and 5. of the drawings, the letter C designates a single-acting cylinder especially constructed 0 for the use of coal in a finely-divided condition. P is a pin uger constructed for high pressures. b is the connecting-rod; c, the crank;
d, the shaft, and a the guides for the plunger.
E is the'gove'rno'r w'hose shaft g is connected to the shaft d by suitable gears at At the upper end of the cylinder is locate a hopper B provided with a charging-opening n, Fig. 5, and placed in communication with the cylinder. *A disk-valve k "closes the discharge end of the hopper and below the same is located a turning valve or plug D by which the fuel is fed to the cylinder. A is the air-admission valve arranged in a passage entering the cylinder laterally. 'The valves are in this instanceoperated from a horizontal shaft h geared to the governor-shaft g. n the distributing-shaft h is secured a cam '11, connected with the stem of the air-admission valve A, and on said shaft is mounted a sec- I and similar cam operating the hopper-valve k by a lever-and-rod connection m. Suitable springs I hold the valves A upon their seats. The fuel-admission valve D is turned by a suitable worm-and-gear connection with the distributing-shaft h.
Referring to Fig. 6, it will be seen that the valve D is provided with a radial groove or chamber 1*, which, when facing upward, is charged with fuel and when brought to face downward discharges the same into the cylinder, thev pressure being equalized owing to the loose condition of the fuel.
I will now proceed to describe the-operation of the engine. On the first downward stroke of the plunger induced by the inertia of the fly wheel atmospheric air is drawn into the cylinder through the open admissionvalve A. The midway position of the plunger P is shown by full lines in Fig. 4, in which position the valve A is closed. 0n the succeedi'ng upward stroke, also induced by the inertia of the fly-wheel, the air in the cylinder is compressed by plunger P to such an extent that the temperature at which later on the combustion has to take place is produced by this compression only. The pressure is determined by the temperature of combustion of the fuel. On the second downward stroke or actual working stroke of the plunger the fuel-admission valve D is turned to admit the fuel to the cylinde r.- This introduction of fuel takes place gradually with the turning of the valve in proportions depending on the size ofthechamber'rtherein. Thefuel,asitgradually falls into the highly-compressed air, ignites and is consumed. producing heat which is converted into work on the forward stroke of the piston. The supply of fuel continues until the piston has arrived to the position 3, when the chamber '1- is empty and has cleared the inlet-opening of the cylinder. After the point of cut-off the gases continue to expand and perform work, while in view of the great reduction in pressure they are considerably cooled, and this solely by doing work. Consequently'the cylinder need not be cooled by artificial means, but may be provided with an insulating-jacket s. On the second upward stroke of the piston the exhaust-gases are driven out with considerable force through the valve A or through a separate exhaust-f opening into a pipe p and led away. The residues of combustion being suspended in a finely-divided state in the whirling'gases are blown out with the same. The motor is started by introducing through the opening '0 compressed air from a reservoir by means of the pipe q. If desired a special device may be used at q for igniting a small quantity of explosive matter. The supply of fuel is regulated by the governor E in any suitable mannor-for instance, by permitting the hoppervalve k to remain closed in case the engine runs too fast, thus depriving the engine of 7 fuel until the normal speed is re-establishod.
This may be accomplished by throwing the end of the lever m out of contact with its operating-cam 'i for one or more strokes of the engine by the rod-and-lever system 12., connected with the sleeve of the governor.
It is evident that the engine described may.
be arranged horizontally without altering the principle of the construction by suitably changing the positions of the parts or a double-acting engine may be constructed on the same principle; also, two or moresingle engines may be coupled in the usual manner to form a multiple engine.
The compression of the air, as well as the expansion of the gases, may be elfected by increments. An engine for operating in this manner I have illustrated in Fig. 7. In this figure the valves are indicated diagrammatically. The frame, the connecting-rod, the flywheel, &c., are omitted, all these parts being exactly the same as shown in Figs. 4 and 5. The engine consists of two cylinders C with plungers Pthat is' to say, two cornbustioncylinder
s, the construction, distributing devices, &c., of which are identical to those of the cylinder represented in Figs. 4 and 5. These two cylinders C are connected by means of the controlled valves 12 to the two sides of a larger central cylinder B, and by the two valves a, which are also controlled, thetwo combustion-cylinders are in communication with the air-reservoir L. The cranks of the two cylinders C are arranged in the same position and they form, with the crank of the central cylinder B, an angle of one hundred and eighty degrees. The operation of this engine is as follows: The piston Q of cylinder B draws in air during its upward stroke through valve (1, compresses the latter in its downstroke to a certain pressure, and then forces the air through valve 9 to the air reservoir L. The lower part of the central cylinder therefore only serves as an air-pump and effects the preparatory compression of the air for combustion. This preparatory compression should go only to such an extent that the heath of the air-vessel. The process may, however, he carried out either with or without injection of water." The action in the cylinder 0 is exactly the same as has been described with reference to Figs. 4 and 5, excepting that piston I does not draw in the airdirectly from the atmosphere, but from reservoirL, in which the air is under pressure. On its upstroke piston P therefore effects the second stage of the compression up to the prescribed degree. The lower and upper end positions of the pisten are shown in dotted lines and marked 1 and 2. Piston P now moves downward again to position 3, fuel being during this time gradually introduced and the combustion controlled, as above described. At3 the admission of fuel ceases and the air continues to expand. When the piston has arrived in its lowest position, valve b opens, and piston Q is atthis moment just in its upper position owing to the arrangement of the cranks. Piston P then moves upward and piston Q downward, and a further expansion of the combustion gases up to the volume of cylinder B takes place, whereupon valve b closes and valve f opens, so that in the ensuing upward stroke of piston Q the gases of combus-' tion are expelled through valve f into the atmosphere in a perfectly-cool condition, since their entire heat will have been consumed by the work done in expanding.
It has already been mentioned that in this construction the exhaust-gases can be caused to escape with a temperature which is below that of the surrounding atmosphere, so that they may then serve for refrigeration. As the cylinders C have a working-stroke only once in every two revolutions, I attain by arranging two such cylinders a working-stroke for each revolution, as the combustion is made to take place alternately in the two cylinders. There is no objection to using only one combustion-cylinder in place of two, or, on the other hand, more than two, in which latter case the lower part of the cylinder B may then be used as an expansion-cylinder. The air-pump for the preparatory compression should then be arranged separately and force previously-compressed air into the reservoir L. The compressed air in the reservoir L serves in this construction also for starting the motor, as the latter may be fed during several revolutions from this reservoir with full pressure, the ignition taking place after the fly-wheel has attained the necessary momentum.
The device for gradually introducing fuel is dependent on the peculiar properties of i the material employed. For solid pulverized substances in lieu of the described revolving cock a powder-nozzle or a small pump may be used. For liquids a spray-nozzle or a 'small pump is employed. For gases also a small pump or any other suitable device per-.
mitting the gradual introduction of the fuel in a definite proportion to the piston-stroke may be used.
Figs. 8 to 10 show a construction for a motor in which liquid fuel is employed, and at the same time the external distributing device, in particular the device for gradually introducing fuel, is of a quite different construction. This engine consists of two identical single-acting cylinders provided with plunger-pistons, the cranks of which arearranged on the common fly-wheel shaft in the same position. The frame, flywheel, and distributing device are substantially the same as illustrated in Figs. 4and 5 and therefore not represented. The combustion in the cylinders takes place alternately, so that at each revolution a working-stroke is eflected. The process in each cylinder is the same as described with reference to Figs. 4 and 5, viz: drawing in of air through valve V, then compression by one stroke up to the end position 20f the piston, (shown in dotted lines;) introduction of liquid fuel. through nozzle D and combustion of same during the prescribed period of admission 2 3, Fig. 8; finally, ex-
pansion of the gases of combustion and exhausting through valve V into an outwardleading pipe R. As the drawing in of air follows immediately after the exhaust, the valve V remains open during a whole.revolution and then closed during a whole revolution. This simplest possible regulation is effected by cam S, Figs. 9 and 10, by means of the bent lever, as shown in the drawings. The cam S is carried by the distributing-shaft W, which latter is driven by the shaft of the flywheel in a similar way, as in Figs. 4 and 5. The nozzle D is kept closed by the needle n and serves for gradually admitting the fuel.
The liquid fuel is in the inner space r of the nozzle D, and is maintained there by means of a feed-pump (not shown) provided with an air-chamber under a pressure which is higher than the highest pressure of compression of the air in the cylinder.
In Fig. 10 is shown att the branch pipe for the liquid fuel coming from the pump and leading to the nozzle. At the moment of the highest compression-i. e., when the piston is in the position 2-the needle n is opened by the distribnting-gearand allowsa thin jet of liquid to enter through the very small opening D, as the liquidis under a pressure greater than the cylinder-pressure. This entrance of fuel continues up to position 3 of the piston, wherethe distributing device buts it on? exactly, whereupon the gases of combustion, continue to expand. For regulating the jet of fuel I have provided hereexactly the same construction by which, in-Sulzers valve-gears, the period of steam admission is regulated. An eccentric E moves the steel side piece q in an oviform curve up and down. The steel block 1 is attached to the rod which actuates needle n. As soon as the pieceg, moving downward, strikes against the piece r, the needle is opened and remains open until the steel piece q releases the piece r. As the piece 0* is adjustable from the governor ceases by means of the rod St, (see Fig. 9,) the governor regulates simultaneously in the two cylinders the duration of the period of admission of fuel, and in consequence thereof the speed of the engine.
lnFigs. 8 and 10 there is formed roundthe nozzle D an annular space s, which is in free communication with the interior, of the cylinder. When the piston moves backward under decreasing pressure, the air flows from this annular space back into the cylinder and serves in this way both for dividing the jet of fuel and for producing turbulent motion for distributing the combustion heat overthe whole air volume. This annular space sis only of practical importance and is not essential for the process.
There is, moreover, in Figs. 8 and 10 at 0 an opening for introducing compressed air or gases from explosive substances serving to start the motor. When in Fig. 8, in place of liquid, gas or vapor is compressed in the inner space '1' of the nozzle D t same construction may be employed. It is therefore not necessary to show a construction of engine for this application. It is especially to be remarked that the thermal results are independent of the kind of gas contained in the cylinder. It is suflicient if the quantity of air necessary for combustion is provided. The other considerable quantity of gas, which acts only as a carrier of heat, may. consist in former combustion gases, added foreign gases, and vapors or aqueous vapor without altering the result. I
It follows from the above that closed engines might be arranged so as to take up at each stroke only a small quantity of fresh air for insuring the combustion, but which retain essentially always the same body of gas, a
small exhaust of course excepted.
' WhatI claim as new, and desire to secure by Letters Patent, is-- 1. The herein described process for converting the heat energy of fuel into work, consisting in first compressing air, or a mixture of air and neutral gas or vapor, to a degree producing a temperature above the igniting point of the fuel to be consumed, then gradually introducing the fuel for combustion into the compressed air while expanding against a resistance sufliciently to prevent an essential increase of temperature and pressure, then discontinuing the supply of fuel and further expanding without transfer of heat.
2. In an internal combustion engine, the combination with the cylinder and piston, of a valved suction inlet for air or a mixture of air and neutral gas, a valved fuel feed constructed to gradually discharge the fuel into the cylinder, and means in operative connection with the feed valve for opening the same at the commencement of the working stroke of the piston and for closing the same at a predetermined part of the stroke, substantially as described.
3. In an internal character specified, the combination of a combustion cylinder provided with means for gradually introducing fuel therein up to the point of cut-off, a compressor for air, a reservoir connected with the latter and with the cylinder, and an expansion chamber for the exhaust gases, substantially as described.
In testimony whereof I have signed my name to this specification .in the presence of two subscribing witnesses.
RUDOLF- DIESEL.
Машинный перевод патента ДизеляКлассификации
F02B3/06 Двигатели, характеризующиеся сжатием воздуха и последующей подачей топлива с воспламенением от сжатия
Посмотреть еще 1 классификацию
US542846A
Соединенные Штаты
Скачать PDF
Найти предшествующий уровень техники
Похожий
Приложения по всему миру
0 США
События приложения
16 июля 1895 г.
Заявка удовлетворена
16 июля 1895 г.
Публикация US542846A
16 июля 1912 г.
Ожидаемый срок действия
Положение дел
Срок действия истек – пожизненно
Информация
Цитируется (6)
Похожие документы
Внешние ссылки
ВПТЗ США
Патентный центр USPTO
Назначение ВПТЗ США
Эспенесет
Глобальное досье
Обсуждать
Описание
(Без модели.) 5 листов-Лист 1. Р.ДИЗЕЛЬ. СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В РАБОТУ.
№ 542846. Запатентовано 16 июля 1895 г. v4.
СВИДЕТЕЛИ} 4. 71-
ИЗОБРЕТАТЕЛЬ: РуАоЛфи Дхесек BY Walla/WW;
АДВОКАТ 5 Листов-Лист 2.
(Нет модели.) 7
Р. ДИЗЕЛЬ. МЕТОД АНДАПИАРАТУСА ДЛЯ ГОНВЕРТИНА №542846.
G НАГРУЗКА В РАБОТУ. Запатентовано 16 июля Инвёмьковз мам Меса,
Филомей.
(Без модкл.) 5 Листов-Лист 3.
Р. ДИЗЕЛЬ; СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В РАБОТУ.
№ 542846. Запатентовано 16 июля 1895 г.
Wiivwsses'. вред 130В:
lkkovmq 7 (без модели.)
Б. ДИЗЕЛЬ.
5 листов-Лист 4.
МЕТОД 0 И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В РАБОТУ. Запатентовано 16 июля 1895 г.
Свидетели: 9%. 292 @ 922;
ЭХОЙ, мой;
(Без модели.) 5 листов-Лист 5.
, Р. ДИЗЕЛЬ.
МЕТОД ()1? И АППАРАТ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА В РАБОТУ. № 542846. Запатентовано 16 июля 1895 г.
РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ, ИЗ
БЕРЛИН, ГЕРМАНИЯ.
- СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛА | В РАБОТУ.
СПЕЦИФИКАЦИЯ, являющаяся частью букв yatent: NO. 542846 от 16 июня 1895 г.
Заявка подана Аузустом 26,1892. Сериал Хо. 444 248. (Ни одна модель J не обнаружена в Германии 28 февраля 1892 г., 1111. 67,20]; в Швитцере и 2 апреля 1802 г. Ho- 6 221. и в Англии 14 апреля 1892 г. № 7 241.
Всем, кого это может касаться:
Да будет известно, что ЛРУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ, подданный короля Баварии, проживающий в Берлине, в Королевстве Пруссия, Германская империя, изобрел новый и полезный процесс получения движущей силы путем сжигания топлива любого вида (для Я получил патентные письма в Великобритании № 7141 от 14 апреля 1892 г., в Швейцарии № 5221 от 2 апреля 1892 г. и в Германии № 67207 от 28 февраля 1892 г.), из которых Ниже приводится спецификация.
Мое изобретение относится к усовершенствованию методов и устройств для преобразования тепла в работу.
На прилагаемых чертежах на рисунке 1 представлена теоретическая схема газового двигателя обычной конструкции. Рис. 2 и 3 представляют собой теоретические схемы циклов согласно моему изобретению. На фиг.4 показан вид в разрезе двигателя одностороннего действия, сконструированного согласно моему изобретению. Фиг.5 представляет собой его деталь в разрезе. На рис. 6 показаны детальные разрезы пробок впуска топлива. На рис. 7 показан вид в разрезе двигателя измененной формы. Рис. 8 и 9 представляют собой виды в разрезе второй модифицированной формы. На фиг. 10 представлен его план в разрезе.
Подобные буквы и цифры обозначают соответствующие части на нескольких видах чертежей.
Цикл обычных двигателей внутреннего сгорания иллюстрируется теоретической диаграммой, представленной на рис. 1. Кривая 12 на этой диаграмме представляет сжатие смеси воздуха и газообразного топлива. В точке 2 смесь воспламеняется и происходит повышение давления, сопровождающееся весьма значительным повышением температуры. Поскольку взрыв практически мгновенный, ход поршня во время сгорания равен примерно нулю. В точке От 3 до 1 происходит снижение давления и температуры.
. До сих пор горение газообразной смеси было полностью предоставлено самому себе сразу после воспламенения, не было предпринято никаких попыток регулировать или контролировать давление и температуру во время сгорания относительно существующего объема массы воздуха. Из такого положения вещей вытекают следующие недостатки: во-первых, температура, возникающая при сгорании, настолько высока, что невозможно получить среднюю температуру, которая позволит смазывать и поддерживать детали в надлежащем для практической работы состоянии без наличия приспособлений для охлаждение цилиндров; во-вторых, продукты сгорания недостаточно охлаждаются за счет расширения и улетучиваются, находясь в горячем состоянии, с последующей потерей тепла и энергии. Такими же недостатками обладают и отдельные типы двигателей указанного выше класса.
В двигателях, где воздух сначала сжимается от 1 до 2, рис. 1, а затем впрыскивается топливо в окрестности точки 2 и воспламенение смеси происходит одновременно с впрыском, наблюдается рост давления 2 3 и значительное повышение температуры. . Опять же, то же самое происходит в двигателях, в которых сжатие газовой смеси осуществляется до необходимого уровня. Точки воспламенения большинства видов топлива очень низкие. (Нефть при температуре от до 100 градусов по Цельсию.) Когда в результате сжатия достигается эта температура (в случае нефти при давлении менее пяти атмосфер и в случае газа при давлении около пятнадцати атмосфер) происходит воспламенение, и при в результате сгорания температура очень значительно повышается и происходит повышение давления 2 3, рис. 1. Высшая температура сгорания совершенно не зависит от температуры горения или воспламенения и зависит от физических свойств топлива. Практически, конечно, горение или взрыв требуют короткого, но существенного времени, и по этой причине линия 2 3 не совсем вертикальна, а несколько наклонена, с закругленным переходом в 3.
Характерную особенность циклов всех этих двигателей можно поэтому выразить следующим образом: повышение давления и температуры при сгорании и последующее выполнение работы за счет расширения, при этом процесс сгорания после воспламенения предоставлен сам себе.
а стирает. Метод, составляющий мое настоящее изобретение, отличается от всех ранее описанных и иллюстрируется теоретической схемой, показанной на рис. 2. Ссылаясь на эту диаграмму,
чистый атмосферный воздух сжимается, согласно кривой 1 2, до такой степени, что перед воспламенением или сгоранием достигается самое высокое давление диаграммы и самая высокая температура, т. е.
температура, при которой должно произойти последующее горение, а не точка горения или воспламенения. Чтобы сделать это более понятным, предположим, что последующее горение должно происходить при температуре 700°С. Тогда в этом случае начальное давление должно быть шестьдесят четыре атмосферы, или для 800°С давление должно быть девяносто атмосфер, и так на. Затем в сжатый таким образом воздух постепенно вводится извне мелкодисперсное топливо, которое воспламеняется при вводе, поскольку температура воздуха значительно превышает температуру воспламенения топлива. Газам в цилиндре теперь разрешено расширяться при постепенном вводе топлива и экс-.-
Пансионация регулируется таким образом, чтобы снижение температуры за счет расширения уравновешивало тепло, выделяемое при сгорании свежих частиц топлива. следовательно, это будет не увеличение температуры или давления, а увеличение фактической приложенной энергии. Горение происходит по кривой 2 3 на рис. 2, из которой видно, что оно не имеет характера взрыва, а происходит в течение времени, соответствующего участку w хода поршня. и определяется точка отсечки. В точке отсечки 3 подача топлива прекращается и расширение газов сгорания без преобразования тепла продолжается по кривой 34.
Поскольку давление в точке 2 диаграммы было очень высоким и до сих пор остается очень высоким в точке 3, последующее расширение после отключения! (3–4) настолько охлаждает газы, что, покидая двигатель, они уносят лишь незначительное количество тепла. Таким образом, можно видеть, что горение газов не предоставлено самому себе после воспламенения, а регулируется таким образом в течение всего его периода, что давление, температура и объем находятся в заданной пропорции.
Если бы воздуху позволили расширяться без подачи топлива, то образовалась бы кривая 2 1 —t. т. е. расширение не произвело бы никакой работы, а восстановило бы только предыдущую работу по сжатию; но при постепенном вводе топлива между кривыми 1 2 и 2 3 образуется разница давлений р, вследствие чего возникает полезный эффект.
Как и в случае с другими типами двигателей, упомянутыми выше, диаграмма будет больше похожа на диаграмму, показанную пунктирными линиями.
Таким образом, характерными особенностями цикла согласно моему настоящему изобретению являются повышение давления и температуры до максимума не за счет сгорания, а перед сгоранием путем механического сжатия воздуха, и после этого последующее выполнение работы без постепенного повышения давления и температуры. сгорание во время предписанной части хода сдерживается выжимным маслом.
Согласно вышеизложенному, углубление горения само по себе отличается от всех известных до сих пор способов тем, что не происходит повышения температуры или, в лучшем случае, очень незначительное, а самая высокая или экстремальная температура создается за счет сжатие воздуха. Поэтому оно находится под контролем и будет удерживаться в умеренных пределах, причем, ввиду охлаждения продуктов сгорания за счет последующего расширения, никакого искусственного охлаждения цилиндра не требуется, средняя температура газов такова, что части двигателя можно держать герметичными и смазывать.
На рис. 3 я показал диаграмму, полученную при изменении ранее описанного метода путем охлаждения воздуха на первой стадии сжатия, например, посредством впрыска воды. В этом случае формируется пологая кривая 1 2, а затем более крутая кривая 2-2. Значит, я могу. достичь значительно более высоких удовольствий! полученные первым методом без достижения таких высоких температур, которые потребовали бы искусственного охлаждения цилиндра. Вследствие большего падения давления при расширении от 3 до 4 газы охлаждаются в большей степени, чем раньше, и достигается более высокий полезный эффект. В этом случае выхлопные газы могут быть охлаждены даже ниже температуры окружающей атмосферы и использованы для целей охлаждения.
Мой метод работы с топливом может осуществляться с любым видом топлива, твердым, жидким или газообразным. В жидкостях, газах или парах струя жидкости под давлением распыляется в как можно более точно разделенном состоянии в сжатый воздух в период поступления. Твердые топлива не могут вводиться в порошкообразном или измельченном состоянии. Такие твердые топлива, которые агломерируются при нагревании или непригодны по другим причинам, предварительно переводят в газы. Жидкое топливо может быть предварительно преобразовано в пар и введено в эту форму. Вещества, такие как, например, антрацит, которые не являются легковоспламеняющимися, можно смешивать с легковоспламеняющимися материалами, такими как нефть или тому подобное.
Описанный выше способ обработки топлива может быть осуществлен в любом подходящем двигателе как одностороннего, так и двойного действия, а также в двигателях, содержащих один или несколько цилиндров.
Теперь я перейду к описанию некоторых конкретных форм, специально созданных для осуществления указанного метода. если
Ссылка на рис. 4 и 5 чертежей буквой С обозначен цилиндр одностороннего действия, специально сконструированный 0 для использования угля в мелкодисперсном состоянии. P представляет собой штифт, рассчитанный на высокое давление. б — шатун; в — рукоятка;
d — вал, а — направляющие плунжера.
E представляет собой регулятор, вал g которого соединен с валом d с помощью соответствующих шестерен. На верхнем конце цилиндра находится бункер B, снабженный загрузочным отверстием n, рис. 5, и помещенный сообщающийся с цилиндром. *Диск-клапан к" закрывает разгрузочный конец бункера и ниже него расположен поворотный клапан или пробка Д, через которую топливо подается в цилиндр. А - воздухозаборный клапан, расположенный в проходе, входящем в цилиндр. В этом случае клапаны приводятся в действие от горизонтального вала h, соединенного с валом регулятора g. Распределительный вал h закреплен кулачком '11, соединенным со штоком клапана впуска воздуха A, и на указанном вал установлен на втором и аналогичном кулачке, приводящем в действие клапан бункера k посредством соединения рычага и стержня m. Подходящие пружины I удерживают клапаны A на своих седлах. Клапан впуска топлива D поворачивается подходящим червяком. зубчатое соединение с распределительным валом h.
Обращаясь к рис. 6, можно увидеть, что клапан D снабжен радиальной канавкой или камерой 1*, которая, когда она обращена вверх, загружается топливом, а когда обращена вниз, сбрасывает его в цилиндр, создавая давление. выравнивается из-за рыхлого состояния топлива.
Теперь перейду к описанию работы двигателя. При первом ходе плунжера вниз, вызванном инерцией маховика, атмосферный воздух всасывается в цилиндр через открытый впускной клапан А. Среднее положение плунжера Р показано сплошными линиями на рис. 4, в этом положении клапан А закрыт. При последующем движении вверх, также вызванном инерцией маховика, воздух в цилиндре сжимается плунжером Р до такой степени, что температура, при которой в дальнейшем должно происходить сгорание, создается этим только сжатие. Давление определяется температурой сгорания топлива. При втором ходе плунжера вниз или при фактическом рабочем ходе плунжера топливный клапан D поворачивается, чтобы впустить топливо в цилиндр r. Подача топлива происходит постепенно с поворотом клапана в пропорциях, зависящих от размера камеры. «Вот там». Топливо постепенно попадает в сильно сжатый воздух, воспламеняется и сгорает. вырабатывает тепло, которое преобразуется в работу при прямом ходе поршня. Подача топлива продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет положения 3, когда камера '1- опустеет и очистит впускное отверстие цилиндра. После точки отсечки газы продолжают расширяться и совершать работу, тогда как ввиду большого понижения давления они значительно охлаждаются, и то исключительно за счет совершения работы. Следовательно, цилиндр не нужно охлаждать искусственным путем, а можно снабдить изолирующей рубашкой. При втором ходе поршня вверх выхлопные газы со значительной силой вытесняются через клапан А или через отдельное выпускное отверстие f в трубу р и отводятся. Остатки сгорания, взвешенные в мелкодисперсном состоянии в вихревых газах, представляют собой выдуло то же самое. Запуск двигателя осуществляется путем подачи через отверстие '0 сжатого воздуха из резервуара посредством патрубка q. При желании можно использовать специальное устройство q для воспламенения небольшого количества взрывчатого вещества. Подача топлива регулируется регулятором E любым подходящим способом, например, позволяя клапану бункера k оставаться закрытым в случае, если двигатель работает слишком быстро, тем самым лишая двигатель 7 топлива до тех пор, пока не будет восстановлена нормальная скорость.
Это может быть достигнуто путем вывода конца рычага m из контакта с его рабочим кулачком на один или несколько ходов двигателя с помощью тягово-рычажной системы 12, соединенной с втулкой регулятора.
Очевидно, что описанный двигатель может.
располагаться горизонтально без изменения принципа конструкции путем соответствующего изменения положения частей или двигатель двойного действия может быть сконструирован по тому же принципу; кроме того, два или более одиночных двигателя могут быть соединены обычным образом для образования многомоторного двигателя.
Сжатие воздуха, как и расширение газов, может осуществляться приращениями. Двигатель, работающий таким образом, я проиллюстрировал на рис. 7. На этом рисунке клапаны показаны схематически. Рама, шатун, маховик и т. д. отсутствуют, все эти части точно такие же, как показано на рис. 4 и 5. Двигатель состоит из двух цилиндров С с плунжерами Р, то есть двух цилиндров сгорания, конструкция, распределительные устройства и т. д. которых идентичны цилиндрам, изображенным на рис. 4 и 5. Эти два цилиндра С соединены посредством управляемых клапанов 12 с двумя сторонами большего центрального цилиндра В, а с помощью двух клапанов а, которые также управляются, оба цилиндра сгорания сообщаются с воздухом. -бачок L. Кривошипы двух цилиндров С расположены в одинаковом положении и образуют с кривошипом центрального цилиндра В угол в сто восемьдесят градусов. Работа этого двигателя заключается в следующем: поршень Q цилиндра В всасывает воздух при ходе вверх через клапан (1), сжимает последний при ходе вниз до определенного давления, а затем нагнетает воздух через клапан 9 в воздушный резервуар. L. Таким образом, нижняя часть центрального цилиндра служит только в качестве воздушного насоса и осуществляет предварительное сжатие воздуха для сгорания. Это предварительное сжатие должно происходить только до такой степени, чтобы нагреть воздушный сосуд. Процесс может Действие в цилиндре 0 точно такое же, как было описано со ссылкой на рис. 4 и 5, за исключением того, что поршень I не всасывает воздух непосредственно из цилиндра. атмосфере, а из резервуара L, в котором воздух находится под давлением. Таким образом, при ходе вверх поршень P осуществляет вторую ступень сжатия до заданной степени. Нижнее и верхнее конечные положения поршня показаны пунктирными линиями и отмечены цифрой 1. и 2. Поршень P теперь снова перемещается вниз в положение 3, при этом топливо в течение этого времени постепенно подается и сгорание контролируется, как описано выше. В3 подача топлива прекращается и воздух продолжает расширяться. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, клапан b открывается, и поршень Q в этот момент находится как раз в верхнем положении благодаря расположению кривошипов. Поршень P затем движется вверх, а поршень Q вниз, и происходит дальнейшее расширение газов сгорания до объема цилиндра B, после чего клапан b закрывается, а клапан f открывается, так что при последующем ходе поршня Q вверх газы Продукты сгорания выбрасываются через клапан f в атмосферу в совершенно прохладном состоянии, поскольку все их тепло будет потрачено на работу, совершаемую при расширении.
Уже упоминалось, что в этой конструкции выхлопные газы могут выходить с температурой ниже температуры окружающей атмосферы, так что они могут затем служить для охлаждения. Поскольку цилиндры С имеют рабочий ход только один раз за каждые два оборота, я добиваюсь, установив два таких цилиндра, рабочий ход для каждого оборота, поскольку сгорание происходит поочередно в двух цилиндрах. Нет никаких возражений против использования только одного цилиндра сгорания вместо двух или, с другой стороны, более двух, и в последнем случае нижняя часть цилиндра В может тогда использоваться в качестве цилиндра расширения. В этом случае воздушный насос для предварительного сжатия должен быть установлен отдельно и нагнетать предварительно сжатый воздух в резервуар L. Сжатый воздух в резервуаре L служит в этой конструкции также для запуска двигателя, так как последний может подаваться за несколько оборотов. из этого резервуара при полном давлении, воспламенение происходит после того, как маховик наберет необходимые обороты.
Устройство постепенной подачи топлива зависит от особенностей материала. Для твердых пылевидных веществ вместо описанного вращающегося крана можно использовать порошковую насадку или небольшой насос. Для жидкостей используется распылительная насадка или небольшой насос. Для газов также небольшой насос или любое другое подходящее устройство.
Допускается постепенное введение топлива в определенной пропорции к ходу поршня.
Рис. 8-10 показана конструкция двигателя, в котором используется жидкое топливо, при этом внешнее распределительное устройство, в частности устройство постепенной подачи топлива, имеет совершенно другую конструкцию. Этот двигатель состоит из двух одинаковых цилиндров одностороннего действия, снабженных плунжерами-поршнями, кривошипы которых расположены на общем валу маховика в одинаковом положении. Рама, маховик и распределительное устройство по существу такие же, как показано на фиг. 4 и 5 и поэтому не представлены. Сгорание в цилиндрах происходит поочередно, так что при каждом обороте совершается рабочий ход. Процесс в каждом цилиндре аналогичен описанному со ссылкой на фиг. 4 и 5, а именно: всасывание воздуха через клапан V, затем сжатие одним ходом до конечного положения 20f поршня (показано пунктирными линиями;) введение жидкого топлива. через сопло Д и его сжигание в течение заданного периода впуска 2 3, фиг. 8; наконец, бывший
распределение газов сгорания и выхлопа через клапан V в выводящую трубу R. Поскольку всасывание воздуха следует сразу за выпуском, клапан V остается открытым в течение всего оборота, а затем закрытым в течение всего оборота. Это простейшее регулирование осуществляется кулачком S, рис. 9 и 10, с помощью изогнутого рычага, как показано на чертежах. Кулачок S установлен на распределительном валу W, который приводится в движение валом маховика аналогично тому, как показано на рис. 4 и 5. Форсунка D удерживается закрытой иглой n и служит для постепенного впуска топлива.
Жидкое топливо находится во внутреннем пространстве r сопла D и удерживается там с помощью питающего насоса (не показан), снабженного воздушной камерой под давлением, которое превышает максимальное давление сжатия воздуха. в цилиндре.
На рис. 10 показан патрубок для жидкого топлива, поступающий от насоса и ведущий к форсунке. В момент наивысшего сжатия-т.е. т. е., когда поршень находится в положении 2, игла n открывается распределительной шестерней, позволяя тонкой струе жидкости войти через очень маленькое отверстие D, поскольку жидкость находится под давлением, превышающим давление в цилиндре. Этот поступление топлива продолжается до положения 3 поршня, куда его включает распределительное устройство? именно, после чего газы сгорания продолжают расширяться. Для регулирования струи топлива я предусмотрел здесь точно такую же конструкцию, с помощью которой в клапанных механизмах фирмы Sulzers регулируется период поступления пара. Эксцентрик E перемещает стальную боковину q по овальной кривой вверх и вниз. Стальной блок 1 прикреплен к стержню, приводящему в движение иглу n. Как только деталь g, двигаясь вниз, ударяется о деталь r, игла открывается и остается открытой до тех пор, пока стальная деталь q не освободит деталь r. Поскольку деталь 0* регулируется от регулятора с помощью стержня St (см. рис. 9), регулятор регулирует одновременно в двух цилиндрах продолжительность периода поступления топлива и, как следствие этого, скорость подачи топлива. двигатель.
На рис. 8 и 10, вокруг сопла D образовано кольцевое пространство s, которое свободно сообщается с внутренней частью цилиндра. При движении поршня назад при уменьшающемся давлении воздух перетекает из этого кольцевого пространства обратно в цилиндр и служит, таким образом, как для разделения струи топлива, так и для создания турбулентного движения для распределения тепла сгорания по всему объему воздуха. Это кольцевое пространство имеет лишь практическое значение и не является существенным для процесса.
Более того, на рис. 8 и 10 в 0 — отверстие для подачи сжатого воздуха или газов из взрывчатых веществ, служащее для запуска двигателя. Когда на фиг. 8 вместо жидкости во внутреннем пространстве «1» сопла D сжимается газ или пар, можно использовать ту же конструкцию. Поэтому нет необходимости показывать конструкцию двигателя для этого применения. Особо следует отметить, что термические результаты не зависят от типа газа, содержащегося в цилиндре. Достаточно обеспечить необходимое для горения количество воздуха. Другое значительное количество газа, выступающего лишь переносчиком тепла, может. состоят из бывших дымовых газов, добавленных посторонних газов и паров или водяного пара без изменения результата.
Из вышесказанного следует, что закрытые двигатели могут быть устроены так, чтобы при каждом такте захватывать лишь небольшое количество свежего воздуха для обеспечения сгорания, но которые сохраняют, по существу, всегда одно и то же количество газа, т.е.небольшой выхлоп конечно за исключением.
То, что я заявляю как новое и хочу закрепить патентным письмом, это: 1. Описанный здесь процесс преобразования тепловой энергии топлива в работу, заключающийся в первом сжатии воздуха или смеси воздуха и нейтрального газа или пара, чтобы степень, обеспечивающую температуру выше точки воспламенения потребляемого топлива, затем постепенное введение топлива для сгорания в сжатый воздух, одновременно расширяясь, преодолевая сопротивление, достаточное для предотвращения существенного повышения температуры и давления, затем прекращая подачу топлива и дальнейшее расширение без передачи тепла.
2. В двигателе внутреннего сгорания - комбинация с цилиндром и поршнем клапанного всасывающего патрубка для воздуха или смеси воздуха и нейтрального газа, клапанного устройства подачи топлива, предназначенного для постепенного выпуска топлива в цилиндр, и средств, находящихся в рабочем состоянии. соединение с подающим клапаном для его открытия в начале рабочего хода поршня и для его закрытия на заданной части хода, по существу, как описано.
3. В указанном внутреннем смысле - комбинация цилиндра сгорания, снабженного средствами для постепенного введения в него топлива до точки отсечки, компрессора для воздуха, резервуара, соединенного с последним и с цилиндром, и расширителя. камеру для выхлопных газов, по существу, как описано.
В свидетельство чего я подписал свое имя под этим описанием в присутствии двух подписавшихся свидетелей.
РУДОЛЬФ-ДИЗЕЛЬ.
