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Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Druckpolster vor dem Kolben.
Die Erfindung bezweckt die Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen,
deren Verbrennungsluft bzw. Brennstoffluftgemisch in den Verbrennungsräumen von
einfach wirkenden Arbeitskolben verdichtet wird, einerseits durch Verminderung des
Brennstoffverbrauchs, anderseits durch bessere Ausnutzung der Baustoffe. Es wird
dies erreicht durch Entlastung des Gestänges, indem die zur Verdichtung der Ladung
im Verbrennungsraum erforderliche Arbeit unter Umgehung oder teilweiser Umgehung
des Gestänges unmittelbar von der Arbeitsleistung eines oder mehrerer Kolben der
benachbarten Zylinder entnommen wird.
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Zu diesem Zweck werden die vor den Kolben befindlichen Räume sämtlicher
Zylinder miteinander verbunden und von .einem unter Druck befindlichen flüssigen
gas- oder dampfförmigen Verdrängungsmittel gefüllt, das unter annähernd gleichem
Druck gehalten wird.
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Das die Erfindung bildende Verfahren ist folgendes.
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Abb. i zeigt ein Indikatördiagramm einer gewöhnlichen mehrzylindrigen
Zweitakt-Gleichdruck-Brennkraftmaschine. Die horizontal schraffierte Fläche i entspricht
der Leistung während eines Arbeitshubes des Kolbens und die vertikal schraffierte
Fläche: 2 dem Arbeitsaufwand während des Spül- und Verdichtungshubes. Das Verhältnis
der von. der Welle nach außen abgegebenen Nutzleistung zu der Leistung entsprechend
dem Rest der Fläche i, vermindert um die Fläche 2, ergibt, abgesehen vom Antrieb
der Hilfsorgane, den mechanischen Nutzeffekt der Maschine. Nun aber entfallen auf
die Fläche 2, die bei Gleichdruckmaschinen besonders groß ist, doppelte Kurbelgestängeverluste,
einmal beim Arbeitshub und einmal beim Verdichtungshub. Da gemäß der Erfindung das
' Gestänge und die Welle von dieser Arbeit entlastet werden und die auf Gestänge
und Welle übertragenen maximalen Kolbendrücke um den Betrag des entgegengesetzten
Druckes des Verdrängungsmittels vermindert werden, werden einmal die Reibungsverluste
kleiner, und da das Gestänge und die Welle leichter gebaut werden können, findet
außerdem noch eine Verminderung der Reibungsverluste statt. Die Welle und das Gestänge
haben vorwiegend nur Nutzleistung zu übertragen. Auch kann das Maschinengestell
leichter gebaut werden. Dadurch werden die Brennstoffe besser ausgenutzt, oder für
gegebene Abmessungen der Wellte und des Gestänges kann eine Erhöhung der Leistungsübertragung
durch sie stattfinden.
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Ein weiterer Vorteil liegt in der gleichmäßigeren Gestaltung der auf
die Welle ein-, wirkenden Tangentialkräfte.
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Abb. 2 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einer mehrkurbligen
Zweitakt-Brennkraftmaschine. 3, 4, 5 sind die Arbeitsräume, in denen bei den Rückwärtshüben
der Kolben die Verdichtung des Gemisches erfolgt. Statt nun die Verdichtungsarbeit
(Fläche z, Abb. i) über das Gestänge 6, 7, ß zu leiten, wird die Übertragung durch
ein Verdrängungsmittel in der Weise bewirkt, daß die unteren Räume der Zylinder
durch ein flüssiges oder gasförmiges Verdrängungsmittel miteinander verbunden werden,
das sich in den geschlossenen, unter den Kolben befindlichen Räumen io befindet.
Das Verdrängungsmittel g wird unter einen solchen Druck i i (Abb. 3) gestellt, daß
der größte Teil der Verdichtungsarbeit entsprechend der Fläche 2 (Abb. i), von den
arbeitleistenden Kolben durch das Verdrängungsmittel unmittelbar auf den Kolben,
der die Verdichtungsarbeit zu leisten hat, übertragen wird.
In Abb.
2 ist der Kolben i a gerade am Ende des Verdichtungshubes angelangt. Nach der Zündung
des Gemisches im Zylinder 3 wird der Kolben 12 Verdichtungsarbeit mit Hilfe des
Verdrängungsmittels auf den im Aufwärtsgang sich befindenden Kolben 13 übertragen,
unterstützt von dem Kolben 14, der seinen Arbeitshub vollendet.
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Es ist zweckmäßig, den Druck i i (Abb. 3) mindestens so groß zu wählen,
daß die vertikal schraffierte Fläche 15 annähernd gleich der Fläche 2 in Abb. i
wird, d. h. daß die vom Verdrängungsmittel übertragene Leistung gleich der Verdichtungsarbeit
bemessen wird.
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Aus der Abb. 3 ist zu erkennen, da& die Verzögerungs- und Beschleunigungskräfte
der hin und her gehenden Massen bei normaler Umdrehungszahl die Gestalt des Rechteckes
15
so verändern, daß eine starke Annäherung an den Verlauf der Verdichtungskurve
in Abb. i erzielt wird.
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Der Druck ii (Abb.3) kann auch so groß gewählt werden, daß bei Zweitakt-Brennkraftmaschinen
das Gestänge von seinen Lagerflächen, wenn der Kolben im unteren Totpunkt sich befindet,
sich abhebt, wodurch infolge erleichterten Zuganges des Schmieröles zu den Lagerflächen
die Abnutzung derselben vermindert wird. Es kann aber der Druck i i so groß gewählt
werden, daß über die Kompressionsarbeit hinaus eine überschüssige Leistung übertragen
wird, wodurch eine ähnliche Wirkung wie bei einer doppelt wirkenden Maschine, bezogen
auf die Welle, erreicht wird.
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Abb. 4 stellt ein Tangentialdruckdiagramm einer Brennkraftmaschine
gemäß der Erfindung dar, in der die einiache Nutzarbeitleistung der Kolben in. eine
doppelt wirkende, bezogen auf die Welle, verwandelt wird. Die Kurven 23 und 16 stellen
den Verlauf der Tangentialkräfte einer gewöhnlichen, einfach wirkenden Maschine
ohne und mit besonderer Berücksichtigung der Beschleunigungskräfte der hin und her
gehenden Massen im Laufe der beiden Kolbenhübe 17-18, 17-i9 dar. Kurve 2o zeigt
die Arbeitsverteilung auf die beiden Hübe bei Benutzung des Verdrängungsmittels
entsprechend den schraffierten Flächen 2 i, 22. Hieraus erkennt man,
daß im Gegensatz zur gewöhnlichen, einfach wirkenden Maschine auf beide Hübe annähernd
gleichmäßig verteilte Nutzarbeit entfällt, wodurch eine angenäherte Doppelwirkung,
bezogen auf die Kurbel, erreicht wird.
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Der Druck des Verdrängungsmittels kann auch während des Betriebes
verändert werden, z. B. in Abhängigkeit von der Maschinenleistung vom Höchstdruck
oder von der Temperatur der Zylinderwandung.
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Es wird zweckmäßig sein, die Kurbelstellungen so zu wählen, daß das
Volumen des Verdrängungsmittels 9 und somit des Druckes i i annähernd gleichbleibt,
obwohl Abweichungen, namentlich bei gasförmigen übertragungsmitteln, zulässig sind.
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Die Erfindung kann sinngemäß Anwendung finden bei Brennkraftmaschinen
mit gegenläufigen Kolben.
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Eine besonders empfehlenswerte Anwendung der Erfindung besteht darin,
das Verdrängungsmittelg für das Kühlen der Arbeitskolben mit ioder ohne Abwärmeverwertung
heranzuziehen. In diesem Falle werden die Kolben vorzugsweise als nach unten öffene
Körper mit einfacher Wandung ausgebildet, mit denen das wärmeaufnehmende Verdrängungsmittel
in Berührung kommt.