DE313703C - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbundverbrennungskraftmaschine, bei · welcher der Hochdruckzylinder, nachdem der Hochdruckkolben einen Teil seines Hubes zurückgelegt hat, mit dem Niederdruckzylinder in Verbindung gesetzt wird und nach erfolgter Expansion mit Frischluft gespült wird. Bei den bekannten Maschinen dieser Art arbeitet der Niederdruckkolben gewöhnlich als Saugpumpe des Hochdruckzylinderra'umes zwecks Spülung · desselben, was zur Folge hat, daß wenigstens bei gewissen Füllungen ein erheblicher Unterdruck in den Zylinderräumen.entsteht, der einen Arbeitsverlust bedeutet. Die Erfindung bezweckt, derartige Arbeitsverluste zu vermeiden, was dadurch erreicht wird, daß die Spülung bei einem gewissen Überdruck (z'. B. 0,5 bis ι Atm.) erfolgt, der so groß ist, daß kein Unterdruck in den -Zylindern Nvährend der Expansion hervorgerufen wird. Um diesen Überdruck auch bei Änderung der Füllung aufrechtzuerhalten, wird das öffnen des Frischluftvehtils gemäß der Erfindung derart in Abhängigkeit von der Füllung zweckmäßig selbsttätig geregelt, daß es bei Verminderung der Füllung früher geöffnet wird, und zwar jeweils so früh, daß kein Unterdruck während der Expansion entsteht.
Die Erfindung ist'besonders von Bedeutung bei Maschinen der oben angegebenen Art, bei welchen der Hochdruckkolben auch den Auspuff aus dem Niederdruckzylinder steuert und der Niederdruckzylinderraum, während der Niederdruckkolben sich nach auswärts bewegt, gegen den Hochdruckzylinderraum durch den rüdkkehrenden Hochdruckkolben abgeschlossen wird, wobei eine zweite Expansion unmittelbar vor Auspuff im Niederdruckzylinder herbeigeführt wird. Gemäß der Erfindung soll die Spülung bei einem so großen Überdruck erfolgen, daß auch während dieser Schlußexpansion im Niederdruckzylinder kein Unterdruck entsteht. Zweckmäßig wird die Expansion nicht bis zum atmosphärischen Drucke getrieben, sondern soll am Schluß der Expansion im Niederdruckzylinder ein kleiner Überdruck, z. B. 0,2 oder 0,3, vorhanden sein, bei welchem somit der Auspuff erfolgt.

Bei der Maschine, welche den Gegenstand der Erfindung bildet, wird für die Spülung Überdruckluft einer verhältnismäßig niedrigen Spannung, z. B. zwischen 1 und ¹Z₂ atm. Überdruck, verwendet, und es ist deshalb möglich, die Expansionskurve im Punkte D des Diagramms (Fig. 1) höher als den atmosphärischen Druck zu-erhalten, und zwar um so höher, als der Druck der Spülluft höher ist als der atmosphärische Druck, was seinerseits eine Erhöhung bzw. Vergrößerung des Ar-

beitsdiagramms bedeutet. Es bietet bei einem derartigen Verfahren keine Schwierigkeiten, mit einer Füllung von 20 Prozent zu arbeiten, da man mit einem solchen Füllungsverhältnis im Punkte D einen Überdruck von nur ¹J₂ Atm. erhält, und es ist deshalb bei einem derartigen Füllungsverhältnis Spülluft mit einem Überdruck von nur V₂ Atm. erforderlich.
Während der Schlußexpansion E-F im Niederdruckzylinder sinkt der Druck von y₂ Atm. bis auf einen Überdruck von 0,3 bis 0,2 Atm., vodurch ein ganz beträchtlicher Teil der zum Erhalten der Überdruckluft verwendeten Arbeit zurückgewonnen wird.

Eine weitere Herabsetzung des Abgasdruckes ist auch nicht erwünscht, da der Reibungswiderstand im Motor nicht eine weiter getriebene Expansion berechtigt. Bei kleineren Füllungsverhälthissen wird ein Überdruck von % Atm. früher als im Punkte D, z. B. in Z?¹, erhalten, und das Frischluftventil wird deshalb schon in diesem Punkte geöffnet, wodurch die Auspuffperiode somit verlängert wird, und zwar in demselben Maße, wie die Füllung vermindert wird. Durch diese Regelung entsteht kein Arbeitsverlust, auch nicht, wenn das Füllungsverhältnis bis zur Leerlaufarbeit vermindert wird.
Bei Verwendung von Spülluft von einem Überdruck von 1 Atm. wird das Füllungsverhältnis ganz beträchtlich über 20 Prozent erhöht, so daß der Druck der expandierten Gase im Punkte D einen Wert von 1 Atm. erhält. Während der Expansionsperiode B-F sinkt dann der atmosphärische Überdruck bis auf ungefähr 0,7 Atm., wobei also der Auspuffdruck verhältnismäßig hoch angesehen werden kann, was einen Verlust bedeutet, der doch in gewissen Fällen berechtigt ist, und zwar mit Rücksicht auf die erhöhte Leistung des Motors. Dies ist besonders bei Schiffsbetrieben bei erhöhtem Gange berechtigt.

Der Arbeitsverlust während der Expansionsperiode E-F des Diagramms gemäß Fig. ι und 2 kann natürlich vermieden werden, wenn der Zylinderraum schon im Punkte E in Verbindung mit der Atmosphäre gesetzt wird. Dies ist aber nicht nötig, wenn der Hochdruckkolben als Schieber des Niederdruckkolbens dient, außer wenn ein besonderes Organ zu diesem Zwecke vorgesehen wird. Die Fig. 2 zeigt schematisch eine Aus^ führungsform eines Motors gemäß der Erfindung, der gemäß dem Diagramm der Fig. ι arbeitet.

Der Deutlichkeit halber sind alle Teile in derselben Ebene vorgesehen. Sie werden aber zweckmäßig in der Wirklichkeit in anderer

Weise angeordnet.

ι bezeichnet den Hochdruckzylinder, 2 den Hochdruckkolben, 3 den Niederdruckzylinder und 4 den Niederdruckkolben. 5 bezeichnet den Abgaskanal, 6 eine Aussparung im Kolben 2 zwecks Auspuff ens aus dem Niederdruckzylinderraume durch die Öffnung 7 in der Wand zwischen den beiden Zylindern.

8 bezeichnet das Brennstoff- und Lufteinlaßventil und 9 das Luftventil zur Spülung des Hochdruckzylinders.

Unter dem Niederdruckkolben 4 befindet sich ein Saugventil 10 und ein Druckventil 11 zu bzw. von , dem Räume 12 unter dem Kolben. Durch Vermittlung des Kanals 13 steht der Raum 12 mit dem Räume 14 über Ventil 9 in Verbindung.

Die Wirkungsweise ist die folgende:

Bei der auf der Zeichnung dargestellten Lage beginnt im Hochdruckzylinder I die Brennstoffzuführung und die Verbrennung. 80 · Dabei bewegt sich der Kolben 2 abwärts, der Kolben 4 dagegen aufwärts, wobei der Auspuff der expandierten Gase aus dem Niederdruckzylinderraume durch die Aussparung 6 und den Abgaskahal 5 erfolgt. Wenn der Kolben 2 die Öffnung 7 vollständig gedeckt hat, befindet sich der Kolben 4 in einer solchen Lage, daß seine Oberkante ungefähr die Unterkante der Öffnung 7 erreicht hat und die Kompression der im Niederdruckzylinder verbliebenen Gase beginnt. Infolge der Kurbelstellung, die zweckmäßig ungefähr iio° (zwischen 90⁰ und i8o°) ist, läuft der Kolben 2 nun mit großer, der Kolben 4 dagegen mit geringer Geschwindigkeit.

Ungefähr wenn die Oberkante des Kolbens 2 an der Oberkante der Öffnung 7 vorbeigeht, werden die beiden Zylinder miteinander in Verbindung gesetzt, und der Niederdruckkolben kehrt etwa in demselben Augenblicke um. In diesem Augenblicke ist der Druck ungefähr derselbe in beiden Zylinderräumen. Beide Kolben bewegen sich nun abwärts, und die Expansion erfolgt in beiden Zylinderräumen. ·

Wenn der Hochdruckkolben 2 unten angelangt ist und umkehrt, hat der Niederdruck- kolben 4 noch nicht das Ende seines Hubes erreicht, sondern kurz vorher die Mitte desselben durchlaufen. Während der folgenden Bewegung setzt aber die Expansion sich fort, da der Niederdruckkolben teils erheblich ■ größer ist als der Hochdruckkolben, teils sich mit erheblich größerer Geschwindigkeit als letzterer bewegt, und die Volumenvergrößerung im Niederdruckzylinder ist deshalb um ein Vielfaches größer als die Volumenverminderung im Hochdruckzylinder pro Zeiteinheit.

Während der Abwärtsbewegung des Kolbens 4 wird die während des Aufwärtshubes durch das Ventil 10 eingesaugte Luft im Räume 12, Kanäle 13 und; Räume 14 korn-

primier^, und wenn der Druck der Luft etwa 1,5 Atm. beträgt, ist gleichzeitig der Druck in den beiden Zylinderräumen auf denselben oder einen kleineren Wert ' gesunken. Das Ventil 9 wird deshalb unter dem Überdruck der Luft in der Überstromleitung 13 selbsttätig geöffnet. Der Niederdruckkolben bewegt sich fortwährend abwärts, und die Spülung des Hochdruckzylinderraumes dauert während* der Abwärtsbewegung des Kolbens 4.

Während der Spülperiode wird die Mündung des Kanales 5 vom Kolben 2 geschlossen gehalten, so daß während der ganzen Spülperiode der Niederdruckzylinderraum gegen den Kanal 5 abgesperrt ist. Der Hochdruckzylinderraum steht'in keinem Augenblicke mit dem Kanal 5 in unmittelbarer 1 Verbindung. Während der fortgesetzten Aufwärtsbewegung des Hochdruckkolbens 2 wird zuerst die öffnung 7 durch diesen Kolben gedeckt.

Dann erfolgt die Kompression der vorher in den Hochdruckzylinderraum eingeführten Frischluft, bis der Kolben 2 seine oberste Lage erreicht hat, bei welcher die Brennstoffeinspritzung und die Verbrennung beginnen. Sobald die Öffnung 7 mit der Aussparung 6 und somit mit dem Abgaskanal 5 in Verbindung gekommen ist, was während des letzten Teiles der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 und nach .der Umkehrung des Kolbens 4 eingetreten ist, beginnt der Auspuff aus dem Niederdruckzylinderraume, welcher Auspuff nach der Umkehrung des Kolbens 2 fortgesetzt wird. Nun wiederholen sich die Arbeitsvorgänge.

Es dürfte offenbar sein, daß in dem Maße, wie die Füllung· sich ändert, was beispielsweise bei Veränderungen der Belastung erfolgt, auch das Ventil 9 früher oder später geöffnet wird, wenn dieselben Druckverhältnisse auf beiden Seiten desselben wie bei normaler Füllung eingetreten sind, und daß demzufolge, abgesehen von dem Füllungsverhältnis, die Spülung selbsttätig eintreten wird, und zwar bei einem Drucke im Räume 14, der bei jedem Füllungsverhältnis derselbe oder beinahe derselbe ist. Der Auspuff verhält sich in derselben Weise. Der Auspuff wird immer bei einem Überdruck im Niederdruckzylinder von ungefähr 0,2 bis 0,3 Atm., unabhängig von dem Füllungsverhältnis, erfolgen.

Es ist offenbar, daß das öffnen des Frischluftventils auch durch eine Steuerung erfolgen kann, wobei die Regelung der Öffnungszeit des Ventils gleichzeitig mit der Regelung des Füllungsverhältnisses erfolgt.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   r. Verbundverbrennungskraftmaschine, bei welcher der Hochdruckzylinder, nachdem der Hochdruckkolben einen Teil seines Hubes zurückgelegt hat, mit dem Niederdruckzylinder in Verbindung gesetzt wird und nach erfolgter Expansion mit Frischluft gespült wird, dadurch gekennzeichnet, daß das öffnen des Frischluftventils derart in Abhängigkeit von der Füllung geregelt wird, daß es bei Verminderung der Füllung früher geöffnet wird, so daß kein Unterdruck im Hochdruckzylinder während der Expansion hervorgerufen wird.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch i, bei welcher der Hochdruckkolben auch den Auspuff aus dem Niederdruckzylinder steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Spülung des Hochdruckzylinders bei einem so großen Überdruck erfolgt, daß der Druck auch im Niederdruckzylinder während der auf die Spülung folgenden Schlußexpansion nicht unter den atmosphärischen Druck heruntergeht.
3. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Schluß der Expansion im Niederdruckzylinder ein kleiner Überdruck, z. B. 0,2 oder 0,3 bis 1 Atm., vorhanden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.