DE314788C

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Publication number: DE314788C
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundverbrennungskraftmaschinen, bei welchen der Hochdruckkolben als Schieber für .den Niederdruckzylinder wirkt, indem er sowohl die Einströmung wie die Ausströmung für diesen Zylinder steuert, und bei welchen der Niederdruckzylinder auf seiner vorderen Seite als Frischluftpumpe zwecks Spülung des Hochdruckzylinders arbeitet. Bei diesen Maschinen werden nach erfolgter Expansion die beiden Zylinderräume des Niederdruckzylinders durch den Hochdruckzylinder hindurch miteinander in Verbindung gesetzt. Verbrennungskraftmaschinen dieser Art sind schon bekannt. Die Erfindung bezweckt den Wirkungsgrad derartiger Maschinen zu erhöhen, und zwar ohne allzu große Zylinderabmessungen zu verwenden. Dieses wird dadurch erreicht, daß im NiederdruckzylinderThe invention relates to compound internal combustion engines in which the The high pressure piston acts as a slide for the low pressure cylinder by pushing both the Inflow how the outflow for this cylinder controls, and at which the low pressure cylinder on its front one Side works as a fresh air pump for the purpose of flushing the high pressure cylinder. With these After expansion, machines become the two cylinder chambers of the low-pressure cylinder communicated with each other through the high pressure cylinder. Internal combustion engines of this type are already known. The invention aims to To increase the efficiency of such machines, without excessively large cylinder dimensions to use. This is achieved in that in the low pressure cylinder

während des letzten Teiles des Rückgangshubes die Gase soweit verdichtet werden, daß bei \⁷erbindung beider Zylinder der Druck im Niederdruckzylinder dem Druck im Hochdruckzylinder gleich oder annähernd gleichduring the last part of the Rückgangshubes the gases are compacted to the extent that when \ ⁷ of both cylinders Getting Connected to the pressure in the low pressure cylinder the pressure in the high pressure cylinder is equal to or approximately equal to

ist. Hierdurch wird ein plötzlicher Druckabfall und ein entsprechender Arbeitsverlust während der Expansion verhindert. Um eine möglichst große Leistung zu erhalten, muß die darauffolgende Expansion bis zum atmosphärischen Druck getrieben werden, was aber bei bekannten Ausführungen von Verbrennungskraftmaschinen verhältnismäßig große Zylinderabmessungen voransetzt. Gemäß der Erfindung werden die Gase im Niederdruckzylinder dadurch vollständig ausgenutzt, daß der Arbeitsraum des Niederdruckzylinders nach erfolgter Expansion in beiden Zylindern und vor dem Auspuffen durch den rückgehenden Hochdruckkolben vollständig abgeschlossen wird, wobei eine zweite Expansion im Niederdruckzylinder herbeigeführt wird. Die Anordnung einer derartigen zusätzlichen Expansion durch Absperrung der Verbindung zwischen den Zylindern ist zwar . an sich bekannt, aber in den bisherigen Ausführungen war sie mit einem Kraftverlust verbunden, indem ein Unterdruck im Nieder₇ druckzylinder erzeugt wurde. Dies wird ge- _s;. maß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Spülung unter einem Überdruck erfolgt, der so groß ist, daß ein Überdruck während der Schlußexpansion gesichert wird.is. This prevents a sudden drop in pressure and a corresponding loss of work during expansion. In order to obtain the greatest possible power, the subsequent expansion must be driven to atmospheric pressure, which, however, in known designs of internal combustion engines requires relatively large cylinder dimensions. According to the invention, the gases in the low-pressure cylinder are fully utilized in that the working space of the low-pressure cylinder is completely closed off by the receding high-pressure piston after expansion has taken place in both cylinders and before exhausting, a second expansion being brought about in the low-pressure cylinder. The arrangement of such additional expansion by blocking the connection between the cylinders is. known per se, but in the previous embodiments it was connected with a power loss by a negative pressure generated in the low-pressure cylinder _7. This is _s;. According to the invention, the flushing takes place under an overpressure which is so great that an overpressure is ensured during the final expansion.

Wesentlich für die Erfindung ist somit die Kompression der Gase im Niederdruckzylinder bis auf den Druck des Hochdruckzylinders im Augenblicke der Öffnung der Verbindung' zwischen beiden Zylindern in Verbindung mit der weiteren Expansion im Nieder- ■ druckzylinder und der Aufrechterhaltung eines Überdruckes während der Spülung zwecks Erhaltung einer effektiven Arbeit aus dem Niederdruckzylinder während der Schlußexpansion.The compression of the gases in the low-pressure cylinder is therefore essential for the invention except for the pressure of the high pressure cylinder at the moment the connection is opened ' between the two cylinders in connection with the further expansion in the low ■ pressure cylinder and the maintenance of an overpressure during flushing in order to maintain an effective work from the low pressure cylinder during Final expansion.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung ver-'The invention is shown in the drawing

anschaulicht, und zwar zeigen Fig. i, 2 und 3 drei verschiedene gegenseitige Lagen der Kolben einer Ausführungsform und Fig. 4, 5 und 6 eine andere Ausführungsform..
Der Deutlichkeit halber sind sämtliche Teile auf der Zeichnung in derselben Ebene angeordnet, obwohl tatsächlich die Ausführung eine andere ist.
■ α bezeichnet den Hochdruckzylinder, b den Hochdruckkolben, c den Niederdruckzylinder und d den Niederdruckkolben, e bezeichnet das Drucklufteinlaßventil des Hochdruckzylinders, / ein Einlaßventil für Frischluft zum Pumpenraum unter dem Niederdruckkolben und g das Druckventil des Pumpenraumes. h bezeichnet einen Kanal, der die beiden Ventile e und g miteinander verbindet. ; i bezeichnet ein Einlaßventil für Brennstoff oder' Brennstoff und Luft. j1, 2 and 3 show three different mutual positions of the pistons of one embodiment and FIGS. 4, 5 and 6 show another embodiment.
For the sake of clarity, all parts in the drawing are arranged in the same plane, although in fact the design is different.
■ α denotes the high pressure cylinder, b the high pressure piston, c the low pressure cylinder and d the low pressure piston, e denotes the compressed air inlet valve of the high pressure cylinder, / an inlet valve for fresh air to the pump chamber under the low pressure piston and g the pressure valve of the pump chamber. h denotes a channel that connects the two valves e and g with one another. ; i denotes an inlet valve for fuel or 'fuel and air. j

Durch eine · vom Hochdruckkolben gesteuerte öffnung k wird der Niederdruckzylinder teils mit dem Hochdruckzylinder oberhalb des Kolbens b, teils mit dem Auspuff m durch eine ringförmige Aussparung I des Hochdruckkolbens in Verbindung gesetzt. Through an opening k controlled by the high pressure piston, the low pressure cylinder is connected partly to the high pressure cylinder above the piston b and partly to the exhaust m through an annular recess I of the high pressure piston.

Zur Erreichung eines ■ günstigen Wirkungsgrades ist es zweckmäßig, die Kurbeln für beide Kolben so zueinander zu versetzen, daß der Hohdruckkolben einen mehr als 90⁰ . oder weniger als i8o° entsprechenden Weg zurückgelegt hat, ehe der Niederdrückkolben seinen Arbeitshub beginnt. Wenn die Kolben in üblicher Weise auf je eine Kurbel wirken, soll demnach der AVinkel zwischen den Kurbeln größer als 90⁰ und weniger als i8o°, zweckmäßig iio°, sein.To achieve a ■ low efficiency, it is appropriate to move the cranks for both pistons to each other so that the Hohdruckkolben a more than 90 ^0th or has covered less than 180 ° of the corresponding distance before the push-down piston begins its working stroke. When the pistons each act on a crank in a conventional manner, thus to the AVinkel between the cranks is greater than ⁰ and less than 90 ° i8o, advantageously be iio °.

Die Wirkungsweise der Maschine ist die folgende. Bei der Stellung der PIg. 1 beginnt der Hochdruckkolben b seinen Krafthub, während der dem Hochdruckkolben & um iio° nacheilende Niederdruckkolben d sich nach 'aufwärts bewegt, wobei der Nie- ! derdruckz)'linder mit dem Auspuff m durch den Kanal k und durch die Kolbenaussparung I in Verbindung steht. Bei seiner Abwärtsbewegung sperrt der Hochdruckkolben die Verbindung zwischen dem Nieder- ;, druckzylinder und dem Auspuffkanal in in der in Fig. 2 dargestellten Lage ab, so daß darauf eine Kompression der im Niederdruckzylinder noch verbliebenen Gase ein- ; tritt. Während der folgenden Abwärtsbewegung des Hochdruckkolbens und Auf- | wärtsbewegung des Niederdruckkolbens steigt der Druck im Niederdruckzylinder, bis er dieselbe oder annähernd dieselbe HöheThe operation of the machine is as follows. In the position of the PIg. 1, the high-pressure piston b begins its power stroke, while the low-pressure piston d , lagging behind the high-pressure piston by iio °, moves upwards, with the low-pressure piston! derdruckz) 'is connected to the exhaust m through the channel k and through the piston recess I. During its downward movement of the high-pressure piston blocks the connection between the low;, impression cylinder and the exhaust passage in the position shown in Figure 2, so that it once compression of the remaining in the low-pressure cylinder gases. occurs. During the following downward movement of the high pressure piston and up | downward movement of the low pressure piston increases the pressure in the low pressure cylinder until it is the same or approximately the same level

, wie im Hochdruckzylinder erreicht hat.as achieved in the high pressure cylinder.

Wenn der Kolben sich in der in Fig. 3 dargestellten Lage befindet, beginnt der Hochdruckkolben b die öffnung k freizugeben, so daß die Expansion der Gase in beiden Zylindern erfolgen kann. Der niedergehende Niederdruckkolben bewirkt dabei gleichzeitig eine Kompression der Spülluft in seinem vorderen .Pumpenraum und im Kanal h. Während des letzten Teiles des Abwärtshubes des Niederdruckkolbens, wenn der Hochdruckkolben schon seine Bewegungsrichtung geändert hat und sich aufwärts be- wegt, ist die Expansion in den ■ Zylindern und die Kompression der Spülluft so weit getrieben, daß Spülluft unter einem gewissen Überdruck durch das Ventil e eingepreßt wird, wobei die Gase durch die Sp.ülluft aus dem Hochdruckzylinder in den Niederdruckzylinder getrieben werden. Trotzdem der Hochdruckkolben b sich aufwärts bewegt, wird die Expansion der Gase fortgesetzt, da der Niederdruckkolben d, der größer ist als der Hochdruckkolben, sich abwärts bewegt, und da die Geschwindigkeit des letzteren in diesem Augenblicke beträchtlich höher ist und demzufolge die Raumvergrößerung im Niederdruckzylinder um ein mehrfaches größer ist als die Raumverminderung im Hochdruckzylinder.When the piston is in the position shown in FIG. 3, the high-pressure piston b begins to open the opening k , so that the gases can expand in both cylinders. The descending low-pressure piston simultaneously compresses the scavenging air in its front pump chamber and in channel h. During the last part of the downward stroke of the low-pressure piston, when the high-pressure piston has already changed its direction of movement and is moving upwards, the expansion in the cylinders and the compression of the scavenging air is driven so far that scavenging air passes through valve e under a certain overpressure is injected, the gases being driven by the purge air from the high pressure cylinder into the low pressure cylinder. In spite of the fact that the high-pressure piston b moves upwards, the expansion of the gases continues, since the low-pressure piston d, which is larger than the high-pressure piston, moves downwards, and since the speed of the latter is considerably higher at this moment and consequently the increase in space in the low-pressure cylinder is several times greater than the space reduction in the high pressure cylinder.

Während der fortgesetzten Aüfwärtsbewegung des Hochdruckkolbens b wird die Spülung fortgesetzt, bis dieser Kolben die Öffnung Ic schließt, wobei der Niederdruckkolben d immer noch im Niedergang begriffen ist. Dann wird der Niederdruckzylinder durch den aufwärtsgehenden Hochdruckkolben vollständig abgeschlossen und demzufolge tritt nun eine zweite Expansion der Gase im Niedetdruckzylinder ein, indem der Niederdruckkolben sich fortwährend abwärts bewegt, wobei die Gase bis nahe zum atmosphärischen Druck expandieren. Der Niederdruckkolben erreicht seine) untere Endlage erst dann, wenn der hochgehende Kolben b mit seiner unteren Fläche den Kanal k wieder aufdeckt. Dieses erfolgt, wenn die Kurbel des Kolbens b sich um 110° aus ihrer unteren ■ Totlage gedreht hat. Nun werden. die Gase aus dem Niederdruckzylinder durch die Kanäle k, I, m nach außen geschoben, bis der niedergehende Hochdruckkolben, bei dessen oberer Totlage die Zündurig im Hochdruckzylinder erfolgt, nach seiner Umkehr den Kanal k zu schließen be- ; ginnt. Hierauf wiederholen sich die Arbeitsvorgänge. During the continued upward movement of the high-pressure piston b , the flushing is continued until this piston closes the opening Ic , the low-pressure piston d still in decline. The low-pressure cylinder is then completely closed by the upwardly moving high-pressure piston, and consequently a second expansion of the gases in the low-pressure cylinder occurs in that the low-pressure piston continues to move downward, the gases expanding to close to atmospheric pressure. The low-pressure piston only reaches its lower end position when the rising piston b reveals the channel k with its lower surface. This takes place when the crank of the piston b has rotated 110 ° from its bottom ■ dead position. Well be. the gases from the low-pressure cylinder are pushed out through the channels k, I, m until the descending high-pressure piston, in the upper dead position of which the ignition takes place in the high-pressure cylinder, closes the channel k after its reversal; begins. The work processes are then repeated.

j Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4. bis 6 sind die Ventile/ und g im oberen Teile des Niederdruckzylinders und die öffnung k im unteren Teile desselben vorge-] sehen..Die Wirkungsweise ist dieselbe wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3, nur 120· mit dem Unterschiede, daß der obere Teil des Niederdruckzylinders die Pumpe und seinIn the embodiments according to FIGS. 4 to 6, the valves / and g are provided in the upper part of the low-pressure cylinder and the opening k in the lower part of the same. The mode of operation is the same as in the embodiment according to FIGS 3, only 120 · with the difference that the upper part of the low pressure cylinder will be the pump and

unterer Teil den Expansionsraum bildet. Außerdem ist die gegenseitige Bewegung der Kolben eine andere, da bei dieser Ausführungsform der Niederdruckkolben dem Hoch-5. druckkolben voreilt und nicht nacheilt wie bei der Maschine der Fig. ι bis 3·. Wenn bei der Maschine der Fig. 1 bis 3' die Hochdruckkurbel der Niederdruckkurbel um iio° vorangeht, geht die .Hochdruckkurbel bei derthe lower part forms the expansion space. Also, the mutual movement is the Piston a different one, since in this embodiment the low-pressure piston corresponds to the high-5. Pressure piston leads and does not lag as in the machine of FIGS. 1 to 3 ·. If at the machine of FIGS. 1 to 3 'is preceded by the high pressure crank of the low pressure crank by iio °, goes the .High-pressure crank at the

ίο Maschine der Fig. 4 bis 6 der Niederdruckkurbel um 290⁰ voran oder in anderer Weise ausgedrückt, um 70° hinter derselben.4 to 6 of the low-pressure crank by 290 ⁰ ahead or expressed in another way, by 70 ° behind the same.

Die Vorteile der Ausführungsform gemäß Fig. 4 bis 6 sind teils darin zu sehen, daß derThe advantages of the embodiment according to FIGS. 4 to 6 can be seen partly in the fact that the

Kanal h beträchtlich kürzer als bei der Aus-. führungsform gemäß Fig. 1 bis 3 wird, teils darin, daß die Ventile / und g besser zugänglich werden.Channel h considerably shorter than that of the Aus. management form according to FIGS. 1 to 3, partly in that the valves / and g are more accessible.

Claims

Patent claim:

Working methods in compound internal combustion engines, in which the high pressure piston acts as a slide for the low pressure cylinder and both controls the inflow as the "outflow of gases, characterized in that that the in the low pressure cylinder during the last part of the decline stroke and during the first part of the Power stroke of the high pressure piston taking place compression is driven so far that when connecting the two cylinder chambers the pressure in the low pressure cylinder is equal to the pressure in the high pressure cylinder, and that after Expansion in both cylinder chambers scavenging air is introduced into the high pressure cylinder, while maintaining of a small overpressure in both cylinders, whereupon the pressure chamber of the low pressure cylinder first completely closed by the returning high pressure piston and then with the exhaust duct is connected, which connection lasts until the high-pressure piston is moved back of a part of its power stroke completely closes the * pressure chamber of the low-pressure cylinder again, with the Compression in the low pressure cylinder begins and the processes repeat.

For this purpose 2 sheets of drawings.