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Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf Dieselmaschinen, die nach dem Viertaktverfahren und nach einem mehr als vier Takte umfassenden Arbeitsverfahren arbeiten, wie z. B. im Seehstakt, Aehttakt usf. Die Erfindung zielt einerseits darauf ab, die Leistung solcher Maschinen zu erhöhen, und anderseits darauf, die Maschine zu befähigen, nach Belieben mit verschiedener Taktzahl laufen zu lassen, z. B. eine Viertaktmaschine auch als Zweitaktmaschine oder eine Sechstaktmaschine als Zweitakt-oder Viertaktmaschine usf.
Die Fähigkeit einer Dieselmaschine, mit verschiedener Taktzahl zu laufen, bietet
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einführung sowie Zerstäubung, u. zw. in letzterer Hinsicht besonders bei hohen Drehzahlen bieten, auszunutze, und in jenen Belastungsgebieten, in denen die Zweitaktmasehine bzw. die mit einer geringen Taktzahl arbeitende Maschine Vorteile bietet, auf diese Arbeitsweise überzugehen und dadurch die bestmöglichen Arbeitsverhältnisse zu schaffen ; anderseits bietet diese Fähigkeit ein Mittel zur Erleichterung des Anlassens von Viertakt-und Mehrtaktmaschinen, indem diese als Zweitaktmaschine angelassen und dann auf die normale Taktzahl umgeschaltet werden können, wobei diese Umschaltung bei Maschinen, die nach einem mehr als vier Takte umfassenden Arbeitsverfahren laufen, unmittelbar oder stufenweise erfolgen kann.
Das Arbeitsverfahren gemäss der Erfindung besteht darin, dass der Arbeitszylinder der Dieselmaschine beim Hubwechsel am Ende des Verbrennungshubes wie bei einer Zweitaktmaschine mit von einem Ladeverdichter erzeugter Frischluft gespült und in einem bereits einen Verbrennungshub (Arbeitshub) ermöglichenden Ausmass geladen wird und dass diese Ladung, die nur einen Teil der ganzen in einem Arbeitsspiel verarbeiteten Luftladung bildet, im Verein mit während der folgenden Hübe des Arbeitsspieles geförderter Nachladeluft im Arbeitszylinder während seines der Verbrennung unmittelbar vor- angehenden Einwärtshubes mindestens bis zur Erreichung der Zündtemperatur des am Ende dieses Hubes eingeführten Brennstoffes verdichtet wird.
Nach einer Ausführungsform dieses Verfahrens saugt der Arbeitszylinder überhaupt keine Luft aus der Atmosphäre an, sondern es wird die ganze in einem Arbeitsspiel verarbeitete Ladeluftmenge ausschliesslich durch den Luftverdichter in Teilmengen gefördert.
Nach einer anderen Ausführungsform erfolgt die Zufuhr der Nachladeluft in den Arbeitszylinder, die auf die mit der Spülung verbundene Luftfüllung folgt, nicht nur mittels des Ladeverdiehters. sondern auch durch Luftansaugung in den Arbeitszylinder.
Das Verfahren kann erfindungsgemäss in der Weise durchgeführt werden, dass die dem letzten vor dem Verbrennungshub erfolgenden Verdichtungshub im Arbeitszylinder vorangehenden Verdichtungshübe zur Förderung von Luft in einen Behälter dienen, aus dem die Luft zu Beginn oder während des letzten Verdichtungshubes in den Arbeitszylinder zurückgeführt wird. Dieser Behälter dient somit zur zeitweiligen Speicherung der vom Ladeverdichter geförderten und durch den Arbeitszylinder hindurchgeführten Luft, gegebenenfalls aber auch der vom Arbeitszylinder selbst angesaugten Frischluft. Überdies kann noch ein zweiter Behälter zwischen Ladeverdichter und Arbeitszylinder vorgesehen werden und zur zeitweiligen Lagerung eines Teiles der vom Verdichter geförderten Luft dienen.
Es ist ferner möglich, die vom Verdichter geförderte Luft im Arbeitszylinder selbst zu sammeln, der somit zugleich als Sammelbehälter dient und in diesem Falle ohne Frischluftansaugung arbeitet. Um die Taktzahl eines Arbeitsspieles in der eingangs angegebenen Weise zu verändern, genügt es. die Steuerung des Arbeitszylinders entsprechend verstellbar auszubilden.
In den Fig. 1-3 der Zeichnung sind mehrere beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens
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dichterkolben, 5 das Saugventil des Verdichters, 6 das Druekveutil des Verdichters, 7 das Auspuffventil des Arbeitszylinders, 8 das Überströmventil vom Arbeitszylinder zu einem Behälter 9 und umgekehrt.
Der Verdichter ist durch eine an das Druckventil 6 angeschlossene Leitung 12 mit dem Arbeitszylinder verbunden. Der Arbeitszylinder besitzt ausser den in die Figur eingezeichneten Ventilen 7 und 8 auch noch ein nicht gezeichnetes Saugventil. Das Nadelventile dient zur Brennstoffeinführung in denArbeitszylinder.
Die nach diesem Ausführungsbeispiel ausgeführte Maschine kann je nach der Stellung der Steuerung sowohl nach dem Zweitakt wie auch nach dem Viertakt, Sechstakt oder einem anderen Mehrtakt arbeiten.
Die Wirkungsweise ist also von der Taktzahl abhängig, mit welcher der Arbeitszylinder arbeiten soll.
Beim Arbeiten im Zweitakt ist der Vorgang folgender : Der Arbeitskolben geht aus seiner oberen Totpunktstellung nach unten, während der Verdichterkolben sich ebenfalls von seiner oberen Totpunktstellung ausgehend nach unten bewegt. Im Arbeitszylinder findet während dieses Hubes Verbrennung und Ausdehnung statt, während im Verdichterzylinder die Luft verdichtet und gegen Ende des Hubes durch das Druckventil 6 in das Rohr 12 geschoben wird. Bevor der Arbeitskolben die in der Zylinder-
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durch das Druckventil 6 und das Verbindungsrohr 12 durch die Schlitze 11 in den Arbeitszylinder und drückt die noch in diesem befindlichen entspannten Verbrennungsgase durch das Auspuffventil 7 ins
Freie.
Beim nächsten Hub geht der Kolben 2 nach oben ; es findet Verdichtung im Arbeitszylinder bis zu der die Selbstzündung des am Verdichtungshubende einzuführenden Brennstoffes herbeiführenden
Temperatur statt. Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 4 ebenfalls nach oben und saugt durch das Saugventil 5 frische Luft an. Beim Arbeiten im Zweitakt kommt also das in die Figur nicht eingezeichnete
Saugventil des Arbeitszylinders überhaupt nicht zur Wirkung, und es wird dementsprechend nur jene Luftmenge im Arbeitszylinder aufgearbeitet, die vom Verdichter geliefert wird.
Das Arbeiten dieser Maschine z. B. im Sechstakt ist folgendes. Erster Takt oder erster Hub : Der Arbeitszylinderkolben bewegt sich von oben nach unten, und es erfolgt im Zylinder Verbrennung und Ausdehnung. Gleichzeitig bewegt sich auch der Verdichterkolben von oben nach unten und verdichtet die vorher angesaugte Luft. In der Nähe des unteren Totpunktes, bevor der Arbeitskolben die in der Zylinderwand befindlichen Schlitze 11 öffnet, wird das Auspuffventil 7 geöffnet und die Verbrennungsgase strömen aus dem Arbeitszylinder ins Freie ; es findet eine Entspannung dieser Gase im Zylinder statt.-Gleich darnach werden die Schlitze 11 durch den Kolben 2 geöffnet, worauf Luft durch diese Schlitze in den Arbeitszylinder strömt und diesen von den Verbrennungsgasen reinigt.
Zweiter Hub : Die Kolben 2 und 4 bewegen sich nach oben ; im Arbeitszylinder findet Verdichtung statt ; da aber gegen Ende des Hubes das Überströmventil 8 geöffnet wird, wird die verdichtete Luft in den Behälter 9 gefördert. Während dieses Hubes saugt der Verdichterkolben 4 frische Luft durch das
Saugventil 5 an.
Dritter Hub : Während der Arbeitsbewegung saugt der Arbeitskolben 2 durch das in die Figur nicht eingezeichnete Saugventil frische Luft in den Arbeitszylinder, während der ebenfalls sich nach abwärts bewegende Kolben 4 die vorher angesaugte Luft verdichtet und in das Rohr 12 ausschiebt.
Gegen Ende des Hubes öffnet Kolben 2 - nachdem vorher das in die Figur nicht eingezeichnete Saugventil des Arbeitszylinders geschlossen wurde-die Schlitze 11, und es wird die vom Arbeitskolben angesaugte Luft durch die vom Verdichter geförderte und durch die Schlitze 11 einströmende Luft vermehrt. der Arbeitszylinder also durch die letztgenannte Luftmenge überladen.
Vierter Hub : Während dieses Hubes wird ebenso wie während des zweiten Hubes die im Arbeitszylinder befindliehe Luft in den Behälter 9 gepresst und im Verdichter frische Luft angesaugt.
Fünfter Hub : Der Verlauf dieses Hubes gleicht vollkommen dem dritten Hube.
Sechster Hub : Der Arbeitskolben 2 bewegt sich nach oben und verdichtet die Luft bis zu einem gewünschten Grad (dem Grad der Vorverdichtung), der durch den Hubteil festgesetzt ist, den der Kolben während dieser Verdichtung bestreicht. Diese Vorverdichtung kann aber auch wegbleiben. Nach erfolgter Vorverdichtung oder bei Wegbleiben derselben nach erfolgtem Abschlüsse der Schlitze 11, wird das Ventil 8 geöffnet ; die während der früheren zwei Ladehübe in den Behälter 9 gepresste Luft strömt in den Arbeitszylinder zurück, so dass dieser mit einem Mehrfachen jener Luftmenge gefüllt ist, die ihn bei atmosphärischem Druck ausfüllen würde.
Das Ventil 8 wird nach einer entsprechend bemessenen kurzen Eröffnungszeit geschlossen, und während der weiteren Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 erfolgt die endgültige Verdichtung bis zu jenem Enddrueke, bei dem die Verbrennung stattfinden soll. Während dieses Hubes saugt der Verdichterkolben 4 Luft in den Verdichterzylinder.
Wenn die Maschine im Viertakt arbeiten soll, dann werden die Ventile 7 und 8 so gesteuert, dass nach dem ersten und zweiten Hub gleich der beim Seehstakt als fünfter und sechster Hub beschriebene Vorgang (als dritter und vierter Hub) erfolgt.
Es hängt also nur von der Steuerung der bezeichneten Ventile ab, ob die Maschine im Zweitakt, Viertakt, Sechstakt oder Mehrtakt arbeitet. Durch eine Verstellung, z. B. Verschiebung oder irgendwie anders durchgeführte Verstellung der Steuerwelle kann daher erreicht werden, dass die Maschine zeitweilig und nacheinander nach verschiedenen Taktzahlen arbeitet.
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während die Ordinaten den jeweils im Arbeitszylinder herrschenden Druck darstellen.
Die zeitweilige Lagerung der Verbrennungsluft kann auch im Arbeitszylinder selbst erfolgen.
In diesem Falle fällt der Behälter 9 und das Ventil 8 weg. Im Gegensatz zur früher beschriebenen Arbeits- weise, bei der nicht nur die vom Verdichter, sondern auch die vom Arbeitskolben angesaugte Luft ver- arbeitet wird, kann im Falle der Lagerung der Luft im Arbeitszylinder selbst nur die vom Verdichter gelieferte Luft verarbeitet werden, da im Arbeitszylinder während aller HÜbe ein grösserer Druck herrscht als der Druck der Atmosphäre, ein Ansaugen von Frischluft also nicht erfolgen kann. Die in diesem Falle im Arbeitszylinder herrschenden Drücke sind in Fig. a für eine im Sechstakt arbeitende Maschine dar- gestellt.
Während der einzelnen nacheinander erfolgenden Hübe reihen sich folgende Zustandsänderungen im Arbeitszylinder aneinander :
Erster Hub : Verbrennung und Ausdehnung, bis durch Öffnung des Ventiles 7 die Entspannung
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durch die durch den Verdichter während eines Hubes gelieferte Luft erfolgt.
Zweiter Hub : Verdichtung der Füllung.
Dritter Hub : Ausdehnung der Füllung bei geschlossenem Ansaugventil, bis bei geschlossenem
Auspuffventil nach Eröffnung der Schlitze die zweite Ladung erfolgt.
Vierter Hub : Verdichtung der doppelten Ladung.
Fünfter Hub : Ausdehnung der doppelten Ladung bei geschlossenem Ansaugventil, bis nach Er- öffnung der Schlitze 11 die dritte Ladung erfolgt.
Sechster Hub : Verdichtung der dreifachen Ladung, an deren Ende der bei der Verbrennung gewünschte Enddruck entsteht.
Diese Maschine kann ebenso wie die vorhin beschriebene im Zweitakt, Viertakt, Sechstakt oder nach einem mehr als sechs Takte umfassenden Arbeitsverfahren arbeiten, und die zur Veränderung der
Taktzahl notwendige Vorkehrung besteht einfach darin, dass die Steuerwelle verschoben oder auf irgend- eine andere Art das Auspuffventil und das Brennstoffeinspritzventil nach jeder Umdrehung oder nach jeder zweiten bzw. dritten Umdrehung der Maschinenwelle geöffnet wird.
In Fig. 2 ist eine zweite beispielsweise Ausführung des Erfindungsgedankens dargestellt.
Der Unterschied gegenüber der in Fig. 1 bezeichneten Ausführung besteht darin, dass hier ein
Stufenkolben 13 als Arbeits-und Verdichterkolben dient und dass das Auspuffventil 14 am Hubende angeordnet und durch Schlitze mit dem Arbeitszylinderraum verbunden ist. Das Ventil 15 ist das Über- strömventil zu einem Behälter 16 ; das Nadelventil 17 dient zur Einführung des Brennstoffes. Bei dem in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiel arbeiten je zwei mit um 180 verdrehten Kurbeln vers henen Zylinder zusammen, wie in der Figur durch die Rohrverbindungen 18 dargestellt ist. Die zu den beiden Arbeitszylindern gehörenden Behälter 16 können durch eine in die Figur strichliert eingezeich- nete Leitung 19 verbunden werden.
Die für Fig. 1 weiter oben beschriebenen zweierlei Arbeitsweisen (zeitweilige Lagerung der Luft in einem Behälter oder im Arbeitszylinder selbst) können auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht werden. Bei Verwendung des Behälters 9 bzw. 16 wird somit die vom Ladeverdichter geförderte Luft durch den Arbeitszylinder hindurch in den Behälter gefördert und hier gespeichert ; ebenso wird, wenn die Maschine mit Ansaugen von Luft durch das (nicht dargestellte) Saugventil arbeitet, auch diese Luft mit der vom Ladeverdichter geförderten zeitweilig in dem gemeinsamen Behälter 9 bzw. 16 gespeichert.
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das sich von den oben erörterten dadurch unterscheidet, dass die vom Arbeitszylinder angesaugte und die vom Verdichter gelieferte Luft in je einem besonderen Behälter 20 bzw. 21 gelagert wird.
Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform, z. B. im Sechstakt, ist folgende :
Erster Hub : Arbeitskolben 22 und Verdiehterkolben 23 bewegen sich nach unten. Im Arbeits- zylinder erfolgt Verbrennung und Ausdehnung. Im Verdichterzylinder erfolgt Verdichtung und Aus- schub der Luft durch das Druckventil 24 in den Zwischenbehälter 21. Bevor der Arbeitskolben 22 die am unteren Hubende in der Arbeitszylinderwand befindlichen Schlitze 25 öffnet, wird das Auspuff- ventil 26 geöffnet, und die Entspannung der Verbrennungsgase erfolgt. Gleich danach wird durch die
Schlitze 25 bei Öffnung des Ventils 27 Luft aus dem Zwischenbehälter 21 in den Arbeitszylinder geblasen, wodurch der Arbeitszylinder von den Verbrennungsgasen gereinigt und mit frischer Luft gefüllt wird.
Zweiter Hub : Beide Kolben gehen nach aufwärts ; im Arbeitszylinder wird die Ladung zuerst ein wenig verdichtet und dann durch das Ventil 28 in den Behälter 20 gepresst. Im Verdichterzylinder wird während dieses Hubes durch das Ventil 29 Luft angesaugt.
Dritter Hub : Im Arbeitszylinder wird durch ein nicht in der Figur gezeichnetes Saugventil frische
Luft angesaugt. Im Verdichter wird die Luft verdichtet und durch das Ventil 24 in den Behälter 21 gepresst.
Vierter Hub : Im Arbeitszylinder wirdLuft wie beim zweiten Hub verdichtet und in den Behälter 20 gepresst, während im Verdichterzylinder frische Luft angesangt wird.
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wie beim dritten Hub. Sobald aber der Arbeitskolben nahe dem unteren Hubende die Schlitze 25 öffnet, wird Ventil 27 geöffnet, und es strömt die während den vorangegangenen Druckhüben in den Behälter 21 gepresste Luft durch dieses Ventil 27 in den Arbeitszylinder, wodurch dieser überladen wird.
Sechster Hub : Nachdem der Arbeitskolben während seiner Aufwärtsbewegung die Schlitze 26 geschlossen hat bzw. wenn bereits die Ladung durch eine weitere Vorwärtsschreitung des Kolbens auf ein gewünschtes Mass verdichtet ist, wird durch Öffnung des Ventils 28 der Arbeitszylinder mit dem Behälter 20 in Verbindung gebracht, wodurch ein Druckausgleich, d. h. die Zurückströmung der bei den vorangegangenen Hüben in den Behälter 20 gepressten Luft in den Arbeitszylinder-also ein weiteres Überladen desselben-, hervorgerufen wird.
Nach einer entsprechenden Öffnungszeit des Ventils 28 schliesst dieses und die ganze Ladung wird im Arbeitszylinder während der Bewegung des Arbeitskolbens bis zu seiner oberen Totpunktstellung endgültig bis zu dem gewünschten Verbrennungsdruek verdichtet.
In Fig. 5 wurde der im Arbeitszylinder erfolgende Druckverlauf strichliert eingezeichnet.
Die oben beschriebenen Arbeitsverfahren können selbstverständlich miteinander zweckensprechend kombiniert werden.
Durch Heizung der Behälter mit den Auspuffgasen kann in die verdichtete Luft die sonst in Verlust gehende Abfallwärme überführt und zur Arbeitsleistung herangezogen werden. Diese Heizung kann auch im Falle der zeitweiligen Lagerung der Luft im Arbeitszylinder selbst durch in diesem angeordnete Heizflächen durchgeführt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Arbeitsverfahren für mit vier und mehr als vier Takten arbeitende Dieselmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitszylinder beim Hubwechsel am Ende des Verbrennungshubes mittels eines Ladeverdichters mit Frischluft gespült und in einem bereits einen Verbrennungshub (Arbeitshub) ermöglichenden Ausmass geladen wird und dass diese Ladung, die nur einen Teil der ganzen in einem Arbeitsspiel verarbeiteten Luftladung bildet, im Verein mit während der folgenden Hübe des Arbeitsspieles geförderter Nachladeluft im Arbeitszylinder während seines der Verbrennung unmittelbar vorangehenden Einwärtshubes mindestens bis zur Erreichung der Zündtemperatur des am Ende dieses Hubes eingeführten Brennstoffes verdichtet wird.