Ueber Versuche mit Diesel-Motoren bei Naphthalbetrieb. Von G. v. Doepp in St. Petersburg. Ueber Versuche mit Diesel-Motoren bei Naphthalbetrieb. In Russland haben sich die technischen und landwirtschaftlichen Kreise stets für die aufblühende Fabrikation der Petroleummotoren interessiert. Mit vollem Recht, ist doch für Russland alles das wichtig, was mit der Naphtha und ihren Derivaten zusammenhängt, und wenn irgendwo, so müssten gerade hier die Petroleummotoren eine besondere Rolle spielen. Leider scheint dies bis jetzt nicht wahr geworden zu sein; wohl gibt es hier eine Fabrik, die ursprünglich nur Spezialfabrik für diese Motoren sein sollte (von E. Jakowleff); wohl waren in Nishny-Nowgorod, bei Gelegenheit der Landesausstellung 1896, sieben Fabriken mit ihren Motoren erschienen; wohl werden hier alljährlich auch einige ausländische Motoren abgesetzt – aber doch hat diese Angelegenheit nicht den Schwung genommen, den man ihr voraussagen zu können glaubte. Der Grund dazu liegt, meiner Meinung nach, in einer gewissen Unzuverlässigkeit und Empfindlichkeit des Motors, welcher, im Gegensatz zur geduldigen und anspruchslosen Dampfmaschine, mehr sachgemässer und sorgfältiger Behandlung bedarf, als man anfangs voraussetzte, und dann in der Unvollkommenheit der Verbrennung, wobei unangenehm riechende Verbrennungsprodukte die Umgegend verpesteten, ferner bei vielen Motoren in der Notwendigkeit, gleichfalls übelriechende Lampen zum Vorwärmen der Zündrohre und Verdampfer verwenden zu müssen, und endlich in den häufigen Reparaturen an den Zündrohren und der Notwendigkeit, die Arbeitscylinder und Ventilkammern vom Russ reinigen zu müssen. Alle diese Uebelstände der bisherigen Petroleummotoren lenkten das allgemeine Interesse auf jede Neuerung auf diesem Gebiete, so namentlich auch auf den Diesel-Motor, und auf die Erfahrungen, welche die Maschinenfabrik L. Nobel, die das Ausführungsrechtfür Russland besitzt, mit den neuen Motoren machen würde. Das Interesse war um so grösser, als es sich erwies, dass die 3- bis 4mal billigere Naphtha anstatt des Petroleums benutzt werden konnte. Die Inhaber der Fabrik L. Nobel betrauten mich im vorverflossenen Jahre mit der Ausführung von Versuchen am Diesel-Motor, deren Ergebnisse im folgenden mitgeteilt werden sollen. Die Versuche fanden im April 1899 an einem 30-PS-Motor der Augsburger Maschinenfabrik statt, welche seit ihrer Aufstellung im Januar desselben Jahres tadellos gearbeitet hatte, und im Dezember an einem 20-PS-Motor, einem der ersten der von der Firma L. Nobel erstellten Motoren. Durchmesser und Hub des 30-PS-Motors waren 299,9 und 457,6 mm. Textabbildung Bd. 316, S. 1 Fig. 1.20-PS-Motor von L. Nobel. Der 20-PS-Diesel-Motor der Fabrik L. Nobel (Fig. 1) unterscheidet sich von der als bekannt vorausgesetzten Konstruktion der Maschinenfabrik Augsburg (312 * 42) in folgendem: 1. Der Cylindermantel mit dem Gestell bildet ein Stück und der Arbeitscylinder, der aus hartem Gusseisen ausgeführt ist, ist in den Mantel eingesetzt. 2. Die Luftpumpe ist niedriger angebracht und so verlegt, dass sie von dem äusseren Ende des Schwinghebels angetrieben wird, dessen Schwingpunkt also zwischen den beiden Enden sich befindet, wodurch die Kompression in der Luftpumpe nicht gleichzeitig mit der Kompression im Arbeitscylinder stattfindet. 3. Die Galerie befindet sich auf der der Steuerwelle entgegengesetzten Seite, wodurch es leichter ist, den Ventilen u.s.w. am Deckel beizukommen, und die Luftpumpe vollständig freigelegt wird. Die Galerie ist kleiner und die Stufen sind direkt am Gestell angebracht, wodurch die beiden Säulen wegfallen. 4. Die Umstellung der Steuerscheiben kann von unten geschehen und man kann beim Anlassen beliebig viel Anlasstouren geben. In demselben Sinne führt in der letzten Zeit auch die Maschinenfabrik Augsburg ihre Motoren aus. 5. Die für den Motor nötige Luft wird dem hohlen Gestell entnommen. 6. Die Kompression beträgt etwa 35 at statt 32 bei dem 30-PS-Motor. Textabbildung Bd. 316, S. 2 Fig. 2. Die sämtlichen Vorbereitungen zu den Versuchen waren von Ingenieur A. Carlsund getroffen worden, welcher mit mir zugleich die wichtigsten Beobachtungen machte. Die Indikatordiagramme nahm Ingenieur Nordström mit einem Rosenkranz-Indikator ab, und zwar alle 10 Minuten. Die Arbeit des Motors wurde bei einigen Versuchen durch eine Bremsvorrichtung, im allgemeinen aber durch den erzeugten Strom gemessen. Im ersteren Falle benutzten wir ein 1zölliges Tau, welches 1½mal um den Umfang des Schwungrades geschlungen war, und an dem einen Ende durch eine Schale mit Gewichten belastet, am anderen an einer Federwage aufgehängt war. In Entfernungen von etwa 1 m waren an den Seilen hölzerne Klammern befestigt, welche das seitliche Herabgleiten verhindern sollten. Sind A und B das angehängte Gewicht der Schale samt Belastung und die Angabe der Federwage, ist ferner n die Tourenzahl, B die Entfernung der Mitte des Seils von der Achse, so ergibt sich die Arbeit N=\frac{2\,\pi\,n\,R\,(A-B)}{60\,\cdot\,75}=0,01837\,n\,(A-B), wenn wir R = 1,314 m einsetzen. In denjenigen Fällen, wann der Motor die Dynamomaschine antrieb, wurde die geleistete Arbeit folgendermassen berechnet: die Dynamomaschine „C. 22“ der Fabrik Siemens und Halske hatte einen Wirkungsgrad, welcher von der Fabrik für jede Belastung angegeben war, und der Kurve AB der Fig. 2 entspricht (von 57 % bei 5 PS bis 90 % bei 35 PS). Um die alle 5 Minuten direkt abgelesenen Ampère und Volt bezw. ihr Produkt in Watt in Pferdestärken auszudrücken, dient das Diagramm der genannten Figur. Die Linie OC bezeichnet die Arbeit auf der Welle der Dynamomaschine in Watt bezw. in Pferdestärken; Linie OD entspricht der Arbeit auf der Motorwelle, also mit Zuschlag des Gleitverlustes des Riemens, welcher mit 3 % angenommen wurde. Um daher die gesuchte Arbeitsgrösse zu finden, beispielsweise für eine beliebige Anzahl Watt ON, wird eine Horizontale NM bis zum Schnitt mit A B und eine Vertikale MB bis zum Schnitt mit OB gezogen; die Horizontale ES trifft in S die gesuchte Zahl Pferdestärken. Die Temperatur der Abgase wurde durch ein Quecksilberthermometer mit Kohlensäurefüllung bestimmt, das in ein mit Sand gefülltes unten geschlossenes Porzellanröhrchen eingeführt war, welches in das Auspuffrohr in nächster Nähe des Auspuffventils eingeschraubt wurde. Der Druck der Auspuffgase konnte mittels eines gewöhnlichen Siphons nicht gemessen werden wegen der Stosswirkung der Gase; eine passendere Messvorrichtung war jedoch nicht zur Hand. Das Kühlwasser wurde am ersten Tage durch einen Wassermesser mit oscillierender Scheibe bestimmt; jedoch zeigte der Apparat so erhebliche Fehler, dass die folgenden Male ein hohes cylinderförmiges Gefäss benutzt wurde mit Schwimmereinrichtung; alle 5 Minuten wurde der Wasserstand bezeichnet und später wurden die dem Niveau entsprechenden Wassermengen durch Wägen bestimmt. Die Temperaturen des Kühlwassers beim Ein- und Austritt aus dem Cylindermantel wurden durch gewöhnliche Thermometer bestimmt und das spezifische* Gewicht der Naphtha durch ein Aräometer. Die Abgase wurden durch einen Orsat-Apparat analysiert, später auch besonders aufgefangen und ins Laboratorium der Michael-Artillerieakademie gebracht, wo sie von Prof. W. Ssaposhnikoff untersucht wurden, welcher gleichzeitig auch den Brennwert der gebrauchten Naphtha in der Barthelot'schen Bombe bestimmte. Der Naphthaverbrauch wurde in der Weise bestimmt, dass ein besonderes Gefäss dazu vorgesehen war, welches auf einer Wagschale stand, und aus welchem die Pumpe dem Motor den Brennstoff zuführte. Wenn man nun soviel Gewichte auf der anderen Wagschale hatte, dass sie leichter war als die erste, so konnte man mit grosser Genauigkeit den Moment bestimmen, wann soviel Naphtha verbraucht war, dass für einen Augenblick Gleichgewicht eintrat und der Zeiger der Wage durch den Nullpunkt ging. Die Versuche fanden an folgenden Tagen statt: Am 3. April – ein vorläufiger Versuch von 1 Std.41½ Min. Dauer; „ 7. „ – Dauer 7 Std. 1 Min. „ 14. „ – „ 2 „ 46 „ „ 17. „ – „ 6 „ 20 „ Der Versuch mit dem 20-PS-Motor fand am 6. Dezember 1899 statt und dauerte 3 Std. 54½ Min. Ich übergehe die genauere Beschreibung der Versuche und weise nur auf das folgende hin. Textabbildung Bd. 316, S. 2 Fig. 3. Textabbildung Bd. 316, S. 2 Fig. 4. Textabbildung Bd. 316, S. 2 Fig. 5. Wegen der geringen Fläche der Diagramme bei Leergang erwies sich eine genaue Berechnung derselben ausserordentlich schwierig, so dass die Bestimmung der indizierten Arbeit bei Leerlauf unsicher wird. Ferner erhält man Diagramme verschiedener Form. Der Verlauf der Kurve nach der Zündung kann ein regelmässiger sein wie bei Diagramm Fig. 3; man erhält dann verhältnismässig geringe mittlere Spannungen (1,86 at), oder es ergeben sich infolge von Störungen bei der Verbrennung stossweise Wirkungen (Diagramm Fig. 4). Würden wir alle Diagramme berücksichtigen, und aus ihnen den mittleren Druck ableiten, so erhielten wir über 19 PS, was zu viel ist, denn die Reibungsarbeit, die sich bei Belastung als Differenz der Nutzleistung und indizierten Arbeit ergibt, erweist sich bedeutend kleiner, z.B. bei der Belastung von 8,79 PS – zu 25,59 – 8,79 = 16,8 PS. Zur Berechnung der indizierten Leistung habe ich daher nur Diagramme, die richtig verlaufen, herangezogen. Damit ergibt sich der mittlere Druck = 2,16 at oder die indizierte Leistung = 14,07 PS. Die meisten Diagramme, von welchen Fig. 5 und 6 bei voller bezw. halber Belastung genommen wurden, waren durch fünffaches Umfahren des Schreibstiftes erhalten und wiesen richtige Formen auf. Ich führe hier ferner eine Reihe Diagramme (Fig. 7) an, welche bei sehr wechselnder Belastung genommen wurde, und ein Anlassdiagramm (Fig. 8), welches die Vorgänge beim Anlassen der Maschine mit Druckluft deutlich zeigt. Der Massstab für diese, sowie für sämtliche übrige Diagramme ist 1 mm = 1 at. Die Diagramme sind in den Fig. 3 bis 8 auf 9/10 der ursprünglichen Grosse verkleinert. Textabbildung Bd. 316, S. 3 Fig. 6. Textabbildung Bd. 316, S. 3 Fig. 7. Textabbildung Bd. 316, S. 3 Fig. 8. An 2 Tagen war auch das Kühlwasser gemessen worden. Die Resultate der Messungen sind in der folgenden Tabelle enthalten: Da-tum Indiz.Arbeit Effekt.Arbeit Kühlwasserverbrauchpro Stunde MittlereTemperatur Ins Kühlwasserstündlich ab-geführt imganzen proPSi proPSe des Zu-flusses des Ab-flusses proPSi proPSe April PS PS kg/h kg/h kg/h °C. °C. Kal. Kal. 14 43,26 22,29 590 13,6 26,7 10,0 51,0   560 1090 14 (19,80) 0,0 574 (29,0) –   8,0 45,0 1070 – 14 48,58 31,96 600 12,3 18,7 10,0 51,0   505   770 17 33,01 17,63 574 17,4 33,2 13,5 42,0   495   940 17 37,95 23,30 682 17,9 29,4 11,5 42,5   556   910 17 – 28,50 721 – 25,2 11,0 44,0 –   830 17 44,98 31,64 890 19,8 28,2 11,0 45,0   672   960 17 49,35 34,21 600 12,2 17,5 11,0 48,0   452   650 Die Resultate weisen manche zufällige Verschiedenheiten auf. Nehmen wir als normal für 18 PS – 940 Kal., für 28 PS – 830 Kal. und legen wir durch die durch diese Grossen als Abscissen bezw. Ordinaten bestimmten Punkte eine Kurve, welche sich den übrigen Daten möglichst anschliesst, so erhalten wir folgende angenäherte mittlere Werte: Effektive Leistung PS 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 Kalorienverlust pro   eff. Leistung Kal. 940 920 900 875 850 830 805 785 770 755 Kühlwasserverbrauch   pro eff. Leistung   bei 35°Temperatur-   differenz kg/h 27 26 25,5 25 24 23,5 23 22,5 22 21,5 Die Temperaturunterschiede der Abgase waren je nach Belastung, Menge und Temperatur des Kühlwassers verschieden. Im allgemeinen steigt die Temperatur mit der Belastung, da bei höherer Belastung eben mehr Brennstoff in den Cylinder eingeführt wird, dabei aber das Luftquantum konstant bleibt. Trägt man die Temperaturen als Ordinaten, die effektive Arbeit als Abscissen auf, so erhält man eine Kurve, welche für die einzelnen Belastungen etwa folgende Temperaturwerte gibt: Effektive Arbeit PS 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 Temperatur der   Abgase °C 465 455 445 435 420 395 365 325 275 230 Die zu den Versuchen benutzte Naphtha wurde unvermengt mit leichteren Oelen verwendet. Das spezifische Gewicht bei 15° C. war an den einzelnen Tagen etwas verschieden, wie folgende Zusammenstellung zeigt: 3. April 7. April 17. April 6. Dez. Spezifisches Gewicht 0,8754 0,8776 0,8786 0,8786 Beobachtete Temperatur 16½ 16 23 13½ Das spezifische Gewicht wurde auf dasjenige bei 15° reduziert unter der Annahme der Aenderung des spezifischenGewichtes um 0,0006 pro 1° C. Der Brennwert der Naphtha ergab sich in der kalorimetrischen Bombe von Berthelot bei zwei Versuchen zu 10888 und 10955 Kal., Mittelwert K= 10921,5 Kal. Bei der Verbrennung von 1 kg Naphtha wurde 1,237 kg Wasser erhalten, was einem Gehalt an Wasserstoff von \frac{1,237}{9}=0,1374 entspricht. Somit wäre in 1 kg Naphtha 1 – 0,1374 = 0,8626 kg Kohlen- und Sauerstoff enthalten. Nehmen wir den Sauerstoff auf Grund der gewöhnlichen Daten zu 0,001 an, so ergibt sich die Zusammensetzung des Brennstoffes zu: 13,74 % H + 86,16 % C + 0,10 % O. Da es vielfach üblich ist, den Nutzeffekt nicht auf den vollen Brennwert zu beziehen, sondern auf den wirklich ausnutzbaren Teil desselben, d.h. mit Abzug der latenten Wärme des Wasserdampfes, so sei derselbe hier auch angegeben und mit K' bezeichnet. Es ergibt sich zu K' = 10921,5 – 1,237 (606,5 + 0,305 . 100 – 15) = 10921,6 – 625 . 1,237 = 10921,5 – 773,1 = 10148,4 Kal. Die Ergebnisse der Gasanalyse werden insofern in ihrem Werte beeinträchtigt, als es versäumt wurde, bei Entnahme der Proben genau die Belastung anzugeben. Die Rechnung zeigt nämlich, dass die Zusammensetzung sich ganz ungemein rasch ändert mit der Menge des eingeführten Brennstoffes, also mit der Belastung. Um die Verluste bei der Wärmebilanz festzustellen, namentlich die Verluste in den Auspuffgasen, ist eine Momentprobe unter Angabe der gleichzeitigen Belastung durchaus erforderlich. Immerhin sind die Ergebnisse der chemischen Untersuchung dadurch interessant, dass sie die vollkommene Verbrennung der Naphtha konstatieren, indem weder Kohlenoxyd noch Kohlenwasserstoffe gefunden wurden. Nur einmal zeigte sich Kohlenoxyd. Nr. 1 2 3 4 5 6 7 8 CO2   3,4   5,0   4,76   4,59   4,90   4,90   6,85   6,05 O 14,6 17,0 14,03 14,49   9,60   9,60 11,21 12,32 CO   0,4   0,4 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 H – – 0,0 0,0 – – 0,0 0,0 N 81,6 77,6 81,21 80,92 85,50 85,60 81,94 81,63 α   3,1   6,0   5,80   7,00   1,73   1,73   1,90   2,60 Bei den ersten vier Versuchen betrug die Belastung etwa 17,5 PS, bei dem 5. und 6. gegen 32 PS, bei den zwei letzten gegen 29 PS. Posten 1, 2, 5 und 6 sind Beobachtungen im Orsat-Apparat; das Vorhandensein von CO ist bei 1 und 2 fraglich. Die übrigen Analysen wurden sorgfältigst im chemischen Laboratorium der Artillerieakademie ausgeführt, wobei speziell auf die Ermittelung von Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoffen Wert gelegt wurde. Die ungefähren Belastungen bei der Entnahme der Proben entsprechen für die Posten 3, 4, 7 und 8 – 100 . 111, 100 . 115, 160 . 115 und 160 . 115 Ampèrevolt, wobei die Proben 3 und 7 unter Wasser, 4 und 8 direkt (da die Abgase unter Druck austreten) genommen wurden. Der Luftüberschuss a ist nach der Formel \alpha=\frac{209\,N}{209\,N-791\,O} berechnet. Zum Vergleich führe ich die Resultate an, welche Prof. Schröter bei der Untersuchung eines 20-PS-Motors erhielt, wobei allerdings nicht Naphtha, sondern Petroleum verwendet wurde: Grenzwerte Mittel Grenzwerte Mittel CO2 %   9,8   bis 10,2   9,96   5,8   bis   6,2   5,95 O %   4,6     „    5,0   4,70 11,7    „  11,3 11,75 CO %   0,1     „    0,3   0,20 0   0,0 N % 84,8     „  85,9 85,14 82,0    bis 82,4 82,30 α –   1,254 „    1,285   1,262   2,147 „    2,180   2,16 Belastung – voll halb Textabbildung Bd. 316, S. 4 Fig. 9. Die gewonnenen Versuchsresultate sind nun von Carlsund graphisch aufgetragen worden und es wurden dann Kurven gezogen, welche möglichst nahe an den einzelnen Punkten vorbei gehen. Dadurch wurden korrigierte Mittelwerte erhalten, welche wohl mit genügender Genauigkeit der Wirklichkeit entsprechen. Diese Kurven sind in Fig. 9 und 10 dargestellt, bei welchen der Naphthaverbrauch pro 1 kg/h als Ordinaten, die effektive Arbeit als Abscissen aufgetragen wurde, und zwar entspricht die Kurve AB (Fig. 9) dem Totalnaphthaverbrauch, die Kurve AB (Fig. 10) dem Verbrauch pro 1 PSe, und die Linie CD (Fig. 10) dem Verbrauch pro 1 PSi und Stunde. Nach den Kurven wurde die folgende Tabelle entworfen: Arbeit des Motors Touren-zahl proMinute Naphthaverbrauch pro Stunde PSe PSi Innere PS im ganzen pro PSe pro PSi kg/h kg/h kg/h   0 14,45 14,45 181,3 2,50 – 0,173   2 16,50 14,50 181,0 2,69 1,345 0,163   4 18,56 14,56 180,8 2,91 0,728 0,157   6 20,62 14,62 180,5 3,18 0,530 0,155   8 22,70 14,70 180,2 3,48 0,435 0,153 10 24,80 14,80 179,9 3,79 0,379 0,153 12 26,95 14,95 179,7 4,12 0,343 0,153 14 29,07 15,07 179,4 4,47 0,319 0,154 16 31,22 15,22 179,2 4,83 0,302 0,155 18 33,40 15,40 178,9 5,20 0,289 0,156 20 35,54 15,54 178,6 5,57 0,278 0,157 22 37,70 15,70 178,3 5,94 0,270 0,158 24 39,87 15,87 178,1 6,32 0,263 0,158 26 42,00 16,00 177,8 6,70 0,257 0,159 28 44,16 16,16 177,5 7,09 0,253 0,161 30 46,35 16,35 177,2 7,48 0,249 0,161 32 48,54 16,54 177,0 7,90 0,247 0,163 34 50,73 16,73 176,7 8,32 0,245 0,164 36 52,94 16,94 176,4 8,78 0,244 0,166 Zunächst ist zu bemerken, dass spätere und auch frühere Versuche bei Leerlauf mehrfach einen Naphthaverbrauch von 2,5 kg/h ergaben; derselbe ist daher hier eingeführt. Ferner sind die Kurven so gelegt, dass der Naphthaverbrauch pro effektive und indizierte Pferdekraft, sowie auch die innere oder Reibungsarbeit (Differenz der indizierten und Nutzarbeit) sich möglichst gleichmässig ändert. Auf diese Weise werden zufällige Beobachtungsfehlereliminiert und möglichst wahrscheinliche Werte erhalten. Auf die Schwierigkeit der Berechnung so kleiner Indikatordiagramme, wie sie bei Motoren mit so hohem Druck auftreten, ist schon hingewiesen worden. Sie erklärt zur Genüge die Differenzen in der Reihe der berechneten Indikatordiagramme. Die Tabelle zeigt, dass: Textabbildung Bd. 316, S. 4 Fig. 10. 1. die Reibungsarbeit mit wachsender Belastung zunimmt; 2. der Naphthaverbrauch pro effektive Pferdekraft mit der Belastung abnimmt, dagegen 3. der Verbrauch pro indizierte Pferdekraft mit wachsender Belastung steigt; und nur anfangs bei ganz geringer Belastung etwas abnimmt – Minimum bei etwa ⅓ der normalen Belastung. Auf Grund obiger Tabelle sind nun auch die Wirkungsgrade berechnet, und zwar: 1. der mechanische Wirkungsgrad η4 – Verhältnis der Nutzarbeit zur indizierten; 2. der Gesamtnutzeffekt \eta=\frac{N\,\cdot\,75\,\cdot\,3600}{427}\,\cdot\,\frac{1}{K\,\cdot\,M}=\frac{632,3\,N}{K\,M} bezogen auf die obere Grenze K des Brennwertes; 3. der Gesamtnutzeffekt \eta'=\frac{632,3\,N}{K'\,M} bezogen auf die untere Grenze K' des Brennwertes; 4. und 5. die Nutzeffekte der indizierten Arbeit Ni \eta_1=\frac{632,3\,N_i}{K\,M} und \eta'_1=\frac{632,3\,N_i}{K'\,M} ebenfalls auf den oberen und unteren Wert K und K' bezogen. Hierin ist M die pro Stunde verbrauchte Petroleummenge. N N i \eta_4= \frac{N}{N_i}\,100 632,3 N KM η K'M η' 632,3 Ni η1 η1'   0 14,45   0,0       0,0 27303,8   0,0 25371,0   0,0   9135,7 33,5 36,0   2 16,50 12,1   1264,6 29378,8   4,3 27299,2   4,6 10433,3 35,6 38,2   4 18,56 21,5   2529,3 31781,6   7,9 29531,8   8,5 11635,9 36,6 39,7   6 20,62 29,1   3793,9 34730,4 10,9 32271,9 11,8 13038,4 37,8 40,2   8 22,70 35,2   5058,5 38006,8 13,3 35316,4 14,3 14353,7 37,7 40,7 10 24,80 40,3   6323,2 41392,5 15,3 38462,4 16,5 15681,5 38,0 40,7 12 26,95 44,5   7587,8 44996,6 16,9 41811,4 18,1 17041,0 37,8 40,7 14 29,07 48,2   8852,5 48819,1 18,2 45363,3 19,5 18381,5 37,7 40,5 16 31,22 51,2 10117,1 52750,8 19,2 49016,8 20,6 19741,0 37,6 40,2 18 33,40 53,9 11381,8 56791,8 20,0 52771,7 21,5 21119,5 37,2 40,0 20 35,54 56,3 12646,4 60832,8 20,8 56526,6 22,4 22472,7 36,9 39,7 22 37,70 58,6 13911,0 64873,7 21,4 60281,5 23,1 23838,5 36,9 39,4 24 39,87 60,2 15175,7 69023,9 21,9 64137,9 23,7 25110,6 36,3 39,4 26 42,00 61,9 16440,3 73174,1 22,5 67994,2 24,3 26557,4 36,4 39,2 28 44,16 63,4 17705,0 77433,4 22,9 71952,2 24,6 27923,3 36,1 38,7 30 46,35 64,7 18969,6 81692,7 23,2 75910,0 25,0 29308,0 35,9 38,6 32 48,54 65,9 20234,2 86279,8 23,4 80172,4 25,3 30699,1 35,5 38,3 34 50,73 67,0 21498,9 90866,9 23,6 84434,7 25,5 32077,1 34,2 38,0 36 52,94 68,0 22763,5 95890,8 23,7 89103,0 25,7 33475,0 33,8 37,5 Die Werte der Nutzeffekte aus dieser Tabelle sind in Fig. 11 graphisch aufgetragen, in welcher 1. η' durch die Linie AB, 2. η1' „ „ „ CD und 3. η 4 „ „ „ EF dargestellt werden. Entsprechend dem Minimum des Naphthaverbrauchs pro indizierte Pferdekraft sehen wir hier den Maximalwert des Nutzeffektes der indizierten Arbeit. Textabbildung Bd. 316, S. 5 Fig. 11. Der Einblasedruck, d.h. die Spannung im Einblasereservoir, betrug meist 50 (bis 52 at); die Kompressionsspannung war bei Arbeitsbelastung 32, bei Leerlauf bis 30 at; die Maximalspannung 34 bis 35 at. In ähnlicher Weise wie beim 30pferdigen Motor fanden auch mit dem 20pferdigen Motor Versuche statt, und zwar am 6. Dezember. Dieser Motor ist das zweite auf der Nobel'schen Fabrik hergestellte Exemplar; er unterscheidet sich von dem Augsburger Typus, wie oben bemerkt, nur in einigen Details. Die Hauptdimensionen sind: Durchmesser und Hub des Kolbens – 26 cm und 0,41 m; die indizierte Arbeit berechnet sich demzufolge bei gegebenem mittlerem Druck p und der Tourenzahl n zu N_i=p\,\frac{\pi\,\cdot\,26^2}{4}\,\cdot\,0,41\,\cdot\,\frac{n}{2}\,\cdot\,\frac{1}{60\,\cdot\,75}=0,02422\,p\,n. Der Motor arbeitete nur mit der Dynamomaschine. Die Tourenzahl wurde mit Hilfe des Tachometers und direkt bestimmt. Der Wasserverbrauch wurde nicht gemessen. Die Temperaturen der Abgase wurden eine Zeitlang bestimmt, bis das dazu dienende Thermometer durch einen Zufall zerbrach. Der Motor arbeitete zunächst bei normaler Belastung, dann bei halber, dann im Leerlauf und schliesslich bei Maximalbelastung. Textabbildung Bd. 316, S. 5 Fig. 12. Textabbildung Bd. 316, S. 5 Fig. 13. Fig. 12 zeigt ein Diagramm bei voller Belastung, Fig. 13 ein Diagramm bei Leergang. Die Temperaturen der Abgase schwankten zwischen 335 und 362° C., wobei die höheren Temperaturen bei jeder Belastung dem Beginn, die niedrigeren – dem Ende der jeweiligen Beobachtungsperiode entsprachen. Stellenwir die Temperaturen graphisch dar, und führen wir eine Kurve, welche den Mitteln der Temperaturen entspricht, so erhalten wir folgende korrigierte Werte: Effektive Pferdekraft 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Temperatur der Gase 230 258 282 305 325 345 360 375 388 Indem wir in gleicher Weise verfahren, wie beim 30pferdigen Motor, erhalten wir eine Reihe von Kurven, welche die korrigierten Werte der Tourenzahl, der indizierten Arbeit und des Naphtha Verbrauches ergeben. Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Resultate: Arbeit des Motors Touren-zahl proMinute Naphthaverbrauch pro Stunde PSe PSi Innere PS im ganzen pro PSe pro PSi kg/h kg/h kg/h   0 11,40 11,40 195,3 1,43 – 0,125   2 13,44 11,44 195,3 1,68 0,840 0,125   4 15,50 11,50 195,3 1,94 0,484 0,125   6 17,57 11,57 195,2 2,20 0,366 0,126   8 19,65 11,65 195,1 2,48 0,310 0,127 10 21,76 11,76 195,0 2,78 0,278 0,128 12 23,90 11,90 194,9 3,11 0,258 0,130 14 26,07 12,07 194,8 3,44 0,246 0,132 16 28,25 12,25 194,6 3,79 0,236 0,134 18 30,46 12,46 194,4 4,14 0,230 0,136 20 32,70 12,70 194,2 4,52 0,226 0,138 22 35,00 13,00 193,8 4,93 0,224 0,141 24 37,40 13,40 193,4 5,35 0,223 0,143 26 39,90 13,90 193,0 5,80 0,223 0,145 Textabbildung Bd. 316, S. 5 Fig. 14. Die dem Naphthaverbrauch entsprechenden Kurven finden sich in Fig. 9 Kurve CD – Naphthaverbrauch pro Stunde im ganzen und in Fig. 14 AB – pro effektive und CD pro indizierte Pferdekraft. N N i \eta_4= \frac{N}{N_i}\,100 632,3 N KM η K'M η' 632,3 Ni η1 η1' 0 11,40   0,0         0,0 15617,7   0,0 14512,2   0,0   6208,4 40,5 42,8 2 13,44 14,9   1264,6 18348,1   6,9 17049,3   7,4   8398,4 45,6 49,8 4 15,50 25,8   2529,3 21187,7 11,9 19687,9 12,8   9701,0 45,8 49,8 6 17,57 34,2   3793,3 24027,3 15,8 22326,5 17,0 11109,9 46,0 49,4 8 19,65 40,7   5058,5 27085,3 18,6 25168,0 20,1 12425,1 45,8 49,0 10 21,76 46,0   6323,2 30361,8 20,7 28212,6 22,3 13759,3 45,4 48,7 12 23,90 50,2   7587,8 33965,9 22,3 31561,5 24,1 15112,4 44,4 47,9 14 26,07 53,7   8852,5 37570,0 23,5 34910,5 25,3 16484,6 44,0 47,2 16 28,25 56,6 10117,1 41392,5 24,5 38462,4 26,4 17863,0 42,7 46,5 18 30,46 59,0 11381,8 45215,0 25,2 42014,4 27,1 19260,5 42,6 45,8 20 32,70 61,1 12646,9 49365,2 25,7 45870,8 27,6 20676,9 42,0 45,1 22 35,00 62,8 13911,0 53843,0 25,8 50031,6 27,8 22131,2 41,0 44,2 24 37,40 64,1 15175,7 58430,0 26,0 54293,9 27,9 23648,8 40,5 43,6 26 39,90 65,2 16440,3 63344,7 26,0 58860,7 27,9 25229,6 40,0 43,0 Bei Zusammenstellung der Tabelle wurden auch die Resultate von Versuchen mitberücksichtigt, welche früher mit dem gleichen Motor ausgeführt wurden, und bei denen namentlich der Leergangs verbrauch bedeutend geringer gewesen war, nicht 1,579, sondern 1,430, ein Wert, der mehrfach bestätigt gefunden wurde. Die Tabelle der Wirkungsgrade ergibt sich demzufolge wie vorstehend angegeben. Der Nutzeffekt ist hier grösser als bei dem 30pferdigen Motor, eine bemerkenswerte Thatsache, die, wie bekannt, den Diesel-Motor vor anderen auszeichnet. Vor allem ist es hier der Einfluss der höheren Kompression, welche bis zu 37 at getrieben wurde, und einen Maximaldruck bis zu 39 at erzeugte. Der Einblasedruck betrug anfangs 52 at und fiel beim Leerlauf auf 47, bei der Maximalbelastung betrug er 53 at. – Der Verbrauch an Naphtha beträgt pro effektive Pferdekraft 0,223 kg/h, im Werte von nur 1,45 Pf., wenn wir 100 kg Naphtha zu 6,5 M. annehmen (1 Pud = 16,38 kg kostet in St. Petersburg etwa ½ Rubel, im Südosten des Reichs gar nur 12 bis 25 Kop.). Textabbildung Bd. 316, S. 6 Fig. 15. Die Kurven AB, CD und FF in Fig. 15 stellen die Nutzeffekte η', η1' und η4 beim 20pferdigen Motor dar, ähnlich wie die Fig. 11 bei dem 30pferdigen Motor. Textabbildung Bd. 316, S. 6 Fig. 16. Zur Aufstellung der Wärmebilanz des Diesel-Motors ist die Kenntnis der pro Hub angesaugten Luftmenge erforderlich. Dieselbe ergibt sich in einfacher Weise aus dem Indikatordiagramm (Fig. 16), welches die Verhältnisse der Ansaug- und Auspuffperiode im Massstabe 22,5 mm = 1 at zeigt. Dies Diagramm wurde mit Hilfe einer sehr schwachen Feder gewonnen. Hier ist ab die Auspufflinie, welche dreimal die Atmosphärenlinie schneidet, bc die dem Ansaugen entsprechende Linie, und cd ein Stück der Kompressionskurve, welch letztere in e die Atmosphärenlinie schneidet. Daraus folgt, dass das bei geringerem als dem Atmosphärendruck angesaugte Luftquantum FH (wo F der Kolbenquerschnitt und H der Hub) einem Luftquantum \frac{e\,f}{f\,g}\,F\,H von Atmosphärenspannung entspricht. Da das Verhältnis \frac{e\,f}{f\,g} gemäss dem Diagramm 0,96143 beträgt, so ist das pro Doppelumdrehung angesaugte Luftquantum 0,96143\,\cdot\,\frac{\pi}{4}\,\cdot\,0^2,2999\,\cdot\,0,4576=0,96143\,\cdot\,0,07064\,\cdot\,0,4576=0,03108\mbox{ cbm.} Nehmen wir nun ein konkretes Beispiel, z.B.: N = 34 PS, Ni = 50,73 PS, n = 176,7 Touren, M= 8,32 kg/h Naphtha, Temperatur der Abgase T = 455°C., Temperatur der Luft t = 15°, so ergibt sich die Temperatur der Luft im Cylinder folgendermassen: der schädliche Raum des Cylinders beträgt 1/15 des Hubvolumens, also ist die Temperatur des Luftgemisches zum mindesten x = 42,5°, was aus der Gleichung \frac{455}{15}+1\,\cdot\,15=\frac{16}{15}\,x hergeleitet werden kann. In Wirklichkeit ist die Temperatur noch höher; nehmen wir z.B. an, dass die Temperaturerhöhung der eingeführten Luft durch die Berührung mit den Cylinder wänden etwa ⅓ von derjenigen beträgt, welche durch die Mischung mit der im schädlichen Raum enthaltenen Luftmenge entsteht, so erhalten wir \frac{42,5-15}{3}=9,1^{\circ}. Somit können wir die mittlere Temperatur der Luft im Cylinder zu etwa 42,5 + 9,1 oder rund 52° annehmen. Daher wird eine Gewichtsmenge von 0,03108\,\cdot\,\frac{1,290}{1+\frac{52}{273}}=0,033676\mbox{ kg} Luft pro Doppelumdrehung in den Cylinder eingeführt, oder pro Stunde 0,033676\,\cdot\,\frac{176,7}{2}\,\cdot\,60=178,52\mbox{ kg}/\mbox{h}. Aus dem Cylinder muss aber auch die eingeführte Brennstoffmenge von 8,32 kg, also in Summa 186,84 kg/h Gase entfernt werden, deren Zusammensetzung leicht ermittelt werden kann. Nehmen wir an, dass Naphtha und Luft folgende Zusammensetzung haben: Naphtha. 0,137 H + 0,862 C + 0,0010 Luft 0,230 O + 0,7627 N + 0,0005 CO2 + 0,0068 H2O. Dann ist in den Abgasen enthalten: an Kohlensäure 8,32\,\cdot\,0,862\,\cdot\,\frac{11}{3}+0,0005\,\cdot\,178,52 =26,327+0,089=26,416\mbox{ kg} an Wasserdampf 8,32 . 0,137 . 9 + 0,0068 . 178,52= 10,184 + 1,214 = 11,398 kg an freiem Sauerstoff 178,52\,\cdot\,0,23-8,32\,\cdot\,0,862\,\cdot\,\frac{8}{3}-8,32\,\cdot\,0,137\,\cdot\,8+0,001\,\cdot\,8,32=41,060+0,008-19,144-9,052=12,872\mbox{ kg} an Stickstoff 178,52 . 0,7627 = 136,157 kg. Die Volumina der gasförmigen Produkte werden für 0°: \frac{26,416}{1,965} =   13,443 cbm oder 10,26 % CO2 \frac{12,872}{1,429} =     9,007 cbm oder 6,88 % O \frac{136,157}{1,255} = 108,492 cbm oder 82,86 % N –––––––– Summa    130,942 cbm oder 100,00 %. Der Luftüberschuss berechnet sich nach dem theoretischen Luftquantum 8,33\,(0,863\,\cdot\,\frac{8}{3}+0,136\,\cdot\,8-0,001)\,\frac{100}{23}=8,32\,\cdot\,3,389\,\frac{100}{23}=2819,648=122,593 zu \frac{178,52}{122,593}=1,456. Die spezifische Wärme der Gase bei 455° und bei 15° ist: Kohlensäure c1 = 0,189 + 0,000095 . 455 = 0,232       bezw. c1' = 0,191 Stickstoff c3 = 0,239 + 0,00005 . 455 = 0,262      bezw. c3' = 0,240 Sauerstoff c_4=\frac{7}{8}\,c_3=\frac{7}{8}\,\cdot\,0,262=0,229      bezw. c4' = 0,210 Wasserdämpfe c2 = 0,41 + 0,000206 . 455 = 0,504      bezw. c2' = 0,413. Damit ergibt sich die in den Gasen enthaltene Wärmemenge: In der Kohlensäure   26,416 (0,232 . 455) =   2788,473 Kal. Im Sauerstoff   12,872 (0,229 . 455) =   1341,120 „ Im Stickstoff 136,157 (0,262.455)   = 16231,276 „ In den Wasserdämpfen   11,398 (637 + 0,504 . 455)    = 11,398 . 866,32 = 9874,315 „ Die zugeführte Luft enthielt 178,520 (0,23 . 0,210 . 15 + 0,7627 . 0,24 . 15 + 0,0005 . 0,191 . 15 + 0,0068 . 0,413 . 15) = 178,520 (0,725 + 2,746 + 0,002 + 0,042) = 178,520 . 3,515 = 627,498 Kal. Nehmen wir die spezifische Wärme der Naphtha zu 0,4 an, so ist in derselben 8,32 . 0,4 . 15 = 49,92 Kal. Wärme enthalten. Somit beträgt der Wärmeverlust in den Gasen 2788,473 + 1341,120 + 16231,276 – 627,498 – 49,92 = 19683,451 Kal. Im Kühlwasser geht nach der oben angeführten Tabelle 770 Kal. pro effektive Pferdekraft verloren, also hier 34 . 770 = 26180 Kal. Damit ergibt sich die Wärmebilanz, wenn wir den oberen Heizwert berücksichtigen: In effektive Arbeit übergeführt: \frac{34\,\cdot\,75\,\cdot\,3600}{427}=34\,\cdot\,632,3=21498\mbox{ Kal.} oder 23,66 % Verluste: In den Gasen 19683,451 Kal. oder 21,66 % Im Wasserdampf 9874,315 „ „ 10,87 % Im Kühlwasser 26180,000 „ „ 28,81 % Durch Ausstrahlung 13627,234 „ „ 15,00 % ––––––––––––––––––––––––––––––– Gesamtwärme 8,32 . 10921 = 90863,000 Kal. oder 100,00 % Nehmen wir dagegen den unteren Heizwert, so ergibt sich: In effektive Arbeit übergeführt 21498 Kal. oder 25,48 % „ indizierte „ „ 32077 „ „ 38,00 % –––––––––––––––––––––––––– Gesamtwärme 8,32 . 10142 = 84431 Kal. (Schluss folgt.)