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Verbund -Verbrenn ungskraftmaschine. Gegenstand der Erfindung betrifft
eine Verbund-Verbrennungskraftmaschine.
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Bei Verbrennungskraftmaschinen werden bekanntlich etwa 40 Prozent
vom Energiewert des Brennstoffes durch das Kühlwasser vernichtet, 25 und
mehr Prozent gehen durch Abwärme, Strahlung usw. verloren, so daß im günstigsten
Falle (in der Dieselmaschine) nur etwa 35 Prozent der Wärmeenergie ausgenutzt werden
können. Eine wesentliche VerLesserung des Wirkungsgrades ist nur zu erreichen, wenn
diese _ @rerluste vermieden werden und die bisher verlorengegangene Wärmemenge in
der Maschine selbst in Arbeit umgesetzt wird.
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Es ist bekannt, bei Verbrennungskraftmaschinen die ausstrahlende Wärme
'zu verschiedenen Zwecken zu benutzen. Bei der Erfindung wird die Wärme so ausgenutzt,
daß die Spülluft für den Niederdruckzylinder
durch die Kühlräume
des oder der Hochdruckzylinder geleitet wird und als Arbeitsluft dann zur Verwendung
gelangt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in den
Abt. i und 2 schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt den beginnenden Arbeitshub im Niederdruckzylinder; Abb.2
veranschaulicht die Kühl- und Spülwirkung; Abb. 3 zeigt ein Diagramm des Leistungsgewinnes
durch den Niederdruck.
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Die im Viertakt arbeitenden beiden äußeren Hochdruckzylinder i und
2 geben abwechselnd ihre Abgabe an den mittleren im Zweitakt arbeitenden Niederdruckzylinder
3 ab. Der Niederdruckzvlinder bildet im unteren eil die Spülluftpumpe, welche, da
der Kolben des Niederdruckzylinders bedeutend größer ist als die Hochdruckkolben,
bei jedem zweiten Hub Luft in reichlicher Menge fördert. Selbstverständlich kann
die Spülluft aber auch durch eine besondere Anlage erzeugt werden. Der N iederdruckkolben
hat Schlitze 4., durch welche die leicht verdichtete Spülluft beim unteren Totpunkt
durch ebensolche Schlitze 5 im N iederdruckzylinder in die Kühlräume der Hochdruckzylinder
übertreten kann (siehe Abb.2). Die Spülluft durchströmt in der Pfeilrichtung die
Kühlräume der Hochdruckzylinder, geht dann, die Ventile 6 und 7 kühlend, über die
Zylinderköpfe hinweg und treibt die verbrauchten Abgase des voraufgegangenen Arbeitshubes
durch die Auspuffschlitze 8 aus dem Niederdruckzylinder.
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Beim Aufwärtsgang des Niederdruckkolbens werden die Ein- und Auslaßschlitze
in bekannter Weise wieder geschlossen, die eingeblasene kalte Luft, welche die Hochdruckzylinder
nun umgibt, entzieht den Hochdruckzylindern die überschüssige Wärme, dehnt sich
dadurch aus und treibt, wenn der Niederdruckkolben am oberen Totpunkt angelangt
ist, diesen mit den nun aus einem der Hochdruckzylinder austretenden Abgasen, welche-
die eingeschlossenene Luft weiter erhitzen,- herunter.
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Durch die im Zweitakt vorgenommene Spülung der Kühlräume wird jeder
im Viertakt arbeitende Hochdruckzylinder nach jeder Verbrennung mit reichlicher
Luftmenge zweimal im Gegenstrom gekühlt, so daß von den Hochdruckzylindern eine
genügende Wärmezufuhr bewirkt wird und schädliche Überhitzungen in den Hochdruckzylindern
vermieden werden.
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Da der Verdichtungsraum des Niederdruckzylinders und die Kühlräume
der Hochdruckzylinder einen zusammenhängenden Raum bilden, der schädliche Raum des
Niederdruckzylinders also sehr groß ist, und die Verdichtung im N iederdruckzylinder
erst nach Schluß der Schlitze beginnt ist die Drucksteigerung beim Verdichtungshub,
Weg a-b, zunächst gering, so daß diese bei 45' vor dem oberen Totpunkt erst gleich
etwa o,i5 bis o,2o Atm. über dem Atmosphärendruck ist. Bei etwa 2o° vor dem oberen
Totpunkt erreicht die Verdichtung unter Einwirkung der Wärmeabführung von den Hochdruckzylindern
etwa 0,5 Atm. Überdruck und steigt nun schnell, da jetzt das Auslaßventil
eines Hochdruckzylinders aufgeht und die eingeschlossene Luft die Abgase einer Verbrennung
aus dem geöffneten Hochdruckzylinder aufnehmen muß, bis b auf etwa 1,2 Atin. Überdruck.
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Der schädliche Raum ist so bemessen, daß eine höhere Drucksteigerung
nicht eintreten kann, da sonst eine Verbrennung des Schmieröls eintreten würde.
Beim Arbeits- bzw. Expansionshube von b-c fällt der Druck infolge des großen schädlichen
Raumes und infolge der ständigen Wärmezufuhr von den Hochdruckzylindern nur langsam,
so daß ein mittlerer Druck von etwa i,1 Atm. Überdruck auf den Niederdruckkoll_en
wirkt.
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Weil nun die Fläche des N iederdruckkolbens um ein Vielfaches größer
ist als die des bei offenem Auslaßventil entgegenwirkenden Hochdruckkolhens und
der Niederdruckkolben im Zweitakt arbeitet, ist die Leistung des N iederdruckzylinders
mindestens ebenso groß als die der beiden Hochdruckzylinder.
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Von c-d-a-1I3 des Kurbelweges erfolgt dann Auslaß und Spülung und
beginnt bei a die Wiederholung des Spieles.
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Die Wärmeenergie ist, da die Abgase die Maschine mit nur etwa 2oo°
C verlassen, in denkbar günstigster Weise ausgenutzt. Die geringen Verluste durch
Wärmeausstrahlung können durch geeignete Isolation der Zylinder vermieden werden,
so daß bei Maschinen mit hoher Tourenzahl ein Gesamtwirkungsgrad von So bis 6o Prozent
und bei langsam laufenden Maschinen ein solcher von 70 bis 75 Prozent möglich
wird.