DE360675C - Verbrennungskraftmaschine mit zusaetzlichem regelbaren Ladeluftverdichter - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 6. OKTOBER 1922

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

- JVi 360675 KLASSE 46 b GRUPPE 13

(P ₃₇₉₉6 Il4ßb)

Otto Philipp in Basel, Schweiz.

Verbrennungskraftmaschine mit zusätzlichem regelbaren Ladeluftverdichter. Patentiert im Deutschen Reiche vom 29. Juni 1919 ab.

Es ist bei zeitweise mit Überlast arbeiten- eines von -der Maschine seihst angetriebenen den Verbrennungskraftniaschmen bekannt, Ladeluftvorverdichters in den Arlbeitszylin- denwährend des Überlastungsbetriebes er- der hineinzubringen und diesen Vorverdicb-

forderlichen, über den Vallastladeluftbedarf - ter so zu regeln, daß er für jede Überlast hinausgehenden Bedarf an Ladeluft mit Hilfe stets nur diejenige Ladeluftmenge in den Zy-

linder hineinbringt, welche zur Verbrennung der entsprechend der Überlast bemessenen Brennstoffmenge gerade genügt. Diese Maschinen haben den Nachteil, daß die bei allen S Belastungen zwischen Vollast und Leerlauf stets eine zu große Ladeluftmenge, und zwar diejenige unveränderliche Ladeluftmenge in den Zylinder fördern, welche zur Verbrennung des bei Vollast erforderlichen Brennstoffes ίο erforderlich ist, und die bei dein Druck der äußeren Luft den Inhalt des Zylinders gerade ausfüllt. Bei alten Belastungen unterhalb der Vollast wird also von diesen Maschinen mehr Ladeluft gefördert, als sie zur Verbrennung bedürfen, und^: ziwar ist der über den Bedarf hinaiisgehende Überschuß an Ladeluft um so ' größer, je kleiner die Belastung, der Maschine ist. Bei mittleren und kleineren Belastungen muß demnaah ein erheblicher Teil der vom ao Brennstoff gelieferten Arbeit dazu verwendet werden, diesen vollständig unnützen Ladeluftüiberschuß durch die Maschine hindurcll·- zufördern, wobei dieser Überschuß noch dadurch schädlich wirkt, daß er einen großen as Teil der im Arbeitszylinder entwickelten Wärme aufnimmt und in den Auspuff abführt. Maschinen, die nicht dauernd vollbelastet sind, arbeiten also infolge der erwähnten Nachteile des Ladeluftüberischu'sses sehr !«!wirtschaftlich.

Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Maschine als eine mit einem zusätzlichen, regelbaren Ladeluftverdichiter vereinigte, doppelt wirkende Zweitaktverbrennungiskraftmaschine mit Verbundwirkung ausgebildet ist, bei der die Verbrennung auf der kleinen, die Nachexpansion auf der großen Seite eines abgestuften Zylinders stattfindet, und bei welcher der durch die Abstufung entstandene ringförmige Zylinderraum als Ladepumpe dient, und so bemessen ist, daß er nur die für kleine Belastung der Maschine erforderliche Ladeluftmenge zu liefern vermag, während der für die mittleren Belastungen erforderliche Mehrbedarf an Ladeluft vom Zusatzverdichter regelbar geliefert wird.

Eine AusführungBform der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt. Der Kolben 4 der Maschine ist als Stufenkolben ausgebildet. Der ringförmige Raum= 2 der äußeren Seite des NiederdruckzyHnders bildet die erste Verdichtungsstufe den Vorvendichter, die Kurbelseite 3 desselben die zweite Expansionsstufe, während der im Durchmesser kleinere Zylinder 1 die Hoch^ druckstufe, und zwar abwechselnd die zweite Verdichtungs- und erste Expansionsisitufe. bildet. Bei dieser Anordnung ist also die Maschine doppelt wirkend und es können die Triebkräfte von oben und von unten für die gewöhnliche Leistung annähernd gleich' gemacht werden. Die Kolbenstange und die Stopfbüchse sind nur den verhältnismäßig niedrigen Spannungen und Temperaturen der zweiten Expansionsstufe ausgesetzt. Ein j Einblasen von Brennstoff und Ausspulen fällt : auf der Kurbelseite weg und für Ein- und Auslaß der in der zweiten Stufe arbeitenden Verbrennungsgase ist nur eine Steuervorrichtung erforderlich.
Die Größe der drei, durch den Stufenkolben 4 gebildeten Zylinderräume kann ver-ί schieden angenommen -werden. Angenommen das Zylinderverhältnis für die Verdichtung der Laideluft sei beispielsweise gleich 2, so ist dasjenige für die Expansion -gleich 3 (abzüglich der Kolbenstange).

Der Arbeitsgang der Maschine vollzieht sich in der Weise, daß der niedergehende Stufenkolben 4 Frischluft durch das Saugventil 10 in den Ringraum 2 'saugt. Nach Überschreitung des unteren Totpunktes verdichtet er diese Frischluft auf den Zwischendruck/ί ^un'd drückt sie durch das· Druckventil 11 in den Ladebehälter 6. Beim nächsten Kolbenniedergang öffnen am Hochdruckj zylinder 1 die Ladesahlitze 5 kurz vor dem unteren Totpunkt, es strömt aus dem Behälter eine Ladung Frischluft vom Druck p_x ein und verdrängt die noch im Hochdrucfczylinder ι enthaltenen Verbrennungsgase durch die Auspu'ffschlitze 7, durch die Überströmleitung 8 und durch die Steuervorrichtung 12 in den Niederdruckzylinder 3. Beim folgenden Kolbenhochgang wird die Frischluftladung im Hochidrudkzylinder 1 auf den für sichere Zündung notwendigen Druck p₂ im Verbrennungsraum verdichtet. In der Nähe das oberen Totpunktes wird der Brennstoff durch das Brennstoffventil 9 eingespritzt oder eingeblasen, wobei das sich bildende Brennstoff hiftgemi sch sich entzündet und verbrennt. Die hochgespannten Verbrennungsgase dehnen sich hierauf aus, indem sie den Hochdruckkolben abwärts treiben, bis zum Beginn der Öffnung der Auspuffschlitze 7 des Hochdruckzylinders 1. In den Niederdruckzylinder 3 sind inzwischen beim unmittelbar vorhergegangenen Aufwärtsgang des Stufenkolibens die Verbrennungsgase des Hochdruckzylinders übertreten, wobei ihre Spannung unter den Druck P₁ der frischen vorverdichteten Ladeluft gesunken- ist. Nach Abschluß der Steuerglieder 12 an der Überstromleitung 8 arbeiten die Gase unter dem Niederdruckkolben ibis kurz vor dem,¹ oberen Totpunkt, wo das Steuerglied 12 die Verbindung mit der Auspuff leitung 13 öffnet. Es erfolgt zuerstDruckauisgleich mit der äußeren Luft und dann Abschieben der Verbren-■nungsgase durch den abwärtsgehenden Nie-

derdruckkolben. Dabei ist vorausgesetzt,' daß eine solche Maschine in der Regel nicht bloß mit einem Zylindersatz (Hochdruck und Niederdruck), sondern mit einer Mehrzahl von solchen als Zwei-, Drei-, Vier- und MelirzylindermaBchinen ausgeführt wird, sei es nun, daß von diesen Zylindersätzen jeder auf eine besondere Kurbel oder mehrere derselben, auf ein und dieselbe Kurbel wirken.

ίο Es werden also in der einen oder anderen dieser Anordnungen die Verbrennungsgase je eines Hochdruckzylinders in zwei oder mehr Niederdruckzylindern zur Weiterexpansion kommen.

Während bei gewöhnlichen Zwei- oder Viertaktmaschinen die angesaugte Menge Verbrennungsluft (abgesehen vom volumetrischen Nutzeffekt) und das· Endvolumen der Expansion gleich groß sind, wird bei der vorliegenden Verbundmaschine die Expansion im Niederdruckzylinder über den Inhalt des Vorverdichters 2 hinaus weitergetrieben·, es wind also der Enddructk der Expansion niedriger sein als bei der gewöhnlichen Maschine.

Durch den Arbeitsgewinn infolge der weitergetriebenen Expansion kann ein Teil der mit dem Verbundsystem zusammenhängenden Verluste wieder eingebracht wenden. Eis kann die Maschine auch in dieser Anordnung bis zu einem gewissen Grade überlastet werden, in vielen Fällen aber wird, wenigstens für kürzere Zeiträume, noch eine erheblich größere Überlastungsfähigkeit verlangt.
Zu diesem Zwecke soll zu dem oder den Vorverdichtern 2 der einzelnen Zylindersätze ein Zusatzverdichter, der ebenfalls in den Ladebehälter 6 fördert und so die Ladung der einzelnen Hochdruckzylinder vergrößert, zugeschaltet wenden. . Der Enddruck der Verdichtung wind dann in den Hochdruckzylindern gesteigert; d. h. es wird bei Beginn der Einführung .des Brennstoffes ein größeres Luftgewicht vorhanden sein, daher auch ein größeres Brennstoffgewicht eingeführt und die Leistung· der Maschine entsprechend erhöht werden können.

Der Inhalt des Zusatzverdichters· kann beliebig gewählt werden, je nachdem bei mäßiger Überiastungsfähigkeit mehr die Brennstoff Ökonomie gewahrt ader auf Kosten der letzteren mehr eine große Überlast erreicht werden soll. Wenn die Maschine beispielsweise aus drei Arbeitszylindersätzen bestehen soll, so wird, wie oben angenommen, der Gesatntinhalt der drei Niederdruckzylinder = 9, dasjenige der drei Vorverdichter aber nur -= 6 sein, also würde der Zusatzverdichter len Inhalt 9—6 = 3 erhalten, sofern nicht sin Fall vorliegt, wo es sich um besonders große Überiastungsfähigkeit handelt, das Vo-Ium en des Zusatzveiidichters also noch größer als dasjenige eines Niederdruckzylinders gewählt würde. Selbstverständlich könnte ebenso in Ausnahmefällen der Zusatzverdichter auch kleiner als ein Niederdruckzylinder angenommen werden.

Die durch diesen Zusatzverdichter angesaugte Luftmenge kann durch Ventile .oder Schieber, vonHand oder selbsttätig derart geregelt werden, daß die zusätzlich' in den Ladebehälter geförderte Luftmenge gerade der verlangten Mehrleistung bzw. demmehreingeführtenBrennstoffgewichtentspricht. Zuinigleichen Zweck läßt sich auf gleiche Art auch die Fördermenge eines oder mehrere der Vorkompressoren 2 der Verbundmaschine regeln.

Der Zusatzverdichter läßt sich mit der ersten Stufe des mehrstufigen Einblaseverdichters derart vereinigen, daß die zweite Stufe dieses Einblaseverdichters die notwendige Luftmenge aus dem Ladebehälter 6 ansaugt, in weichen die erste Stufe als Zusatzverdichter ihre Luftmenge fördert. Die Regelung 'dieses Zusatzverdichters kann dann so eingerichtet werden, daß, wenn seine Föndermenge auf das kleinste Maß herabgesetzt ist, von den Oberstufen des Einblaseverdichters immer noch die. nötige Anlaß- und Einibtfäseluft geliefert wird;

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Verbrennungskraftmaschine mit zusätzlichem regelbaren Ladeluftverdichter, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine als eine doppelt wirkende Zweitaktverbrennungskraftmaschine mit Verbundiwirkung ausgebildet ist, bei der die Verbrennung auf der kleinen, die Nachexpansion auf der großen Seite eines abgestuften Zylinders 'Stattfindet, und bei welcher der durch die Abstufung entstandene ringförmige Zylinderrauin als Ladepumpe dient und so bemessen ist, daß sie nur die für eine kleine Belastung¹ der Maschine erforderliche Ladeluft zu liefern vermag, während der für die größeren Belastungen erforderliche Mehrbedarf an Ladduft vom Zusatzverdichter regelbar geliefert wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.