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Verbundbrennkraftmaschine Die Untersuchungen über die Verteilung der
Arbeit der Gase in Hochdruck- und Niederdruckzylindern von Verbundbrennkraftmaschinen
bezwecken einerseits eine Verbesserung des Wirkungsgrades durch hohe Verdichtungen
und einen Ausgleich der Gesamtdrücke, anderseits durch die Herabsetzung der Hublängen
große Umlaufgeschwindigkeiten zu ermöglichen, wobei natürlich gedrungene Bauarten
für den Verbrennungsraum beibehalten werden können, der sich auf diese Weise für
eine rasche Verbrennung des bei hohen Drücken mit Hilfe einer Pumpe unmittelbar
eingespritzten Brennstoffes eignet, falls es sich um eine Dieselmaschine handelt.
Im übrigen erstreckt sich das thermische Gefälle einer und derselben Ladung bei
einer solchen Verbundanordnung über einen größeren Teil des Arbeitszyklus als bei
dem einfachen Motor, wodurch eine größere Betriebsbeständigkeit gewährleistet wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbundbrennkraftmaschine sind j e einem
Niederdruckzylinder zwei abwechselnd mit diesem verbundene Hochdruckzylinder zugeordnet.
Diese Anordnung ist zwar bekannt, jedoch in der Form, daß die Hochdruckzylinder
im Viertakt, der Niederdruckzylinder im Zweitakt arbeitet.
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Beim Erfindungsgegenstand dagegen arbeiten bei doppelter Hubzahl des
Niederdruckzylinderkolbens gegenüber dem Hochdruckzylinderkolben sämtliche Zylinder
im Zweitakt. Dies ist eine Lösung, durch welche der Wirkungsgrad und die Verhältnisse
für die Erreichung einer großen Umlaufgeschwindigkeit in der Weise noch verbessert
werden, daß im Volumendiagramm der Verlauf der Entspannungskurve zunächst einen
langsamen Abfall zeigt, der dann sehr rasch beschleunigt wird.
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Abb. z zeigt eine lotrechte Projektion des Motors auf eine zur Achse
der Kurbelwelle senkrechte Ebene mit Teilschnitt durch die Zylinder nach den Linien
in.-rfa, yz-rz (Abb. 2). Abb. 2 ist eine lotrechte Projektion auf eine mit der Kurbelwelle
parallele Ebene mit Teilschnitt durch die Zylinder nach der Linie c-c (Abb. z) und
Längsteilschnitt durch die Wellen A und A 1.
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Als Einheit betrachtet, besteht der Motor aus einem Kolben P, der
sich in einem lotrechten Zylinder B, der als Niederdruckzylinder ausgebildet ist,
bewegt. Über dem Niederdruckzylinder B ist eine Gruppe von zwei waagerechten, miteinander
parallelen, in gleicher Richtung angeordneten und zur Kurbelwelle senkrecht liegenden
Hochdruckzylindern h, hl (Abb. = und 2) angeordnet. Die Kolben P, p1 dieser beiden
Hochdruckzylinder bewegen sich gleichzeitig, aber in entgegengesetzter Richtung,
wobei der eine verdichtet, während der andere
arbeitet. Je einem
einfachen Hub der beiden Kolben P, P1 entspricht ein Doppelhub des Kolbens P; die
Art der Verbindung dieser Bewegungen miteinander ist weiter unten angegeben. Die
beiden Hochdruckzylinder stehen mit dem Niederdruckzylinder durch je eine Öffnung
o bzw. o1 (Abb. i und 2), deren hinterer Rand, d. h. der den Verbrennungsräumen
am nächsten liegende Rand, mit dem Kolben bei halbem Hub übereinstimmt, in Verbindung,
so daß die eine der beiden Öffnungen sich zu öffnen beginnt, wenn die andere sich
soeben geschlossen hat.
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Die Zeichnung zeigt den Motor in dem Augenblick, wo der Kolben P sich
am Ende seines Abwärtshubes befindet, während sich die beiden Kolben P und p 1 am
Ende des Entspannungshubes bzw. am Ende des Verdichtungshubes befinden. Von dieser
Stufe ausgehend, wird der vollständige Arbeitszyklus mit den einzelnen Stufen dann
zu Ende sein, wenn die beiden Hochdruckkolben je einen Hub ausgeführt haben, während
der Niederdruckkolben zwei aufeinanderfolgende Hübe ausgeführt hat; die beiden Hochdruckkolben
zusammen befinden sich nämlich dann gegenüber dem Niederdruckkolben in derselben
Lage wie zu Anfang. Der Kolben P1 steht also im Begriff, seinen Arbeitshub im Zylinder
hl auszuführen. In dem anderen Hochdruckzylinder lt und in dem Zylinder B
erfolgt gerade die Ausspülung der Gase. Die beispielsweise durch eine Pumpe geförderte
Frischladung tritt durch die Öffnung 0 des Zylinders B ein, wird durch die Ausbildung
des Bodens des Kolbens P als Ablenker nach oben geleitet und treibt vor sich die
verbrannten Gase, die durch die Öffnung 01 und auch durch die Öffnung
i des Zylinders la austreten. Die Ausspülung erreicht ihr Ende mit dem Schließen
dieser Öffnungen durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens P und durch die Bewegung
des Kolbens P von links nach rechts; alsdann- verdichten diese beiden Kolben zusammen
bis zum Ende des Hubes des Kolbens P und bis zum halben Hub des Kolbens P ; in diesem
Augenblick wird die Öffnung o durch letzteren Kolben vollständig verschlossen, der
dann allein weiterverdichtet; in demselben Augenblick gibt der Kolben PI die Öffnung
o1 frei, die daher den Durchgang der bereits während des ersten halben Hubes dieses
Kolbens entspannten Gase ermöglicht, die in den Zylinder B eintreten und sich nunmehr
gleichzeitig in den beiden Zylindern hl und B bis zur Öffnung der Spülschlitze weiterentspannen.
An den Totpunkten angelangt, nehmen die Hoch- und Niederdruckkolben dieselben gegenseitigen
Stellungen wie zu Anfang ein, wobei nur die Hochdruckkolben sich in umgekehrter
Stellung befinden.
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So drückt z. B. der Kolben P in seinen Aufwärtshüben die Ladung des
zugehörigen Zylinders abwechselnd in den einen und den anderen der beiden Zylinder
la und hl, und in seinen Abwärtshüben wird er abwechselnd aus dem einen und dem
anderen dieser Zylinder dem Druck der Verbrennungsgase unterworfen, die sich bereits
darin während eines halben -Hubes entspannt haben und die sich nunmehr stets gleichzeitig
in der zweiten Hälfte eines Hochdruckzylinders und in dem ganzen Niederdruckzylinder
weiterentspannen.
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Durch den Übertritt der Ladung aus dem großen in einen der kleinen
Zylinder entsteht in der Ladungsmasse ein Durcheinanderwirbeln, das zusammen mit
den hohen Verdichtungen und den harmonischen Verhältnissen des Raumes zu einer raschen
Verbrennung beiträgt.
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Der Eintritt der glühenden Gase in den großen Zylinder durch die Öffnung
o bzw. o1 beginnt in dem Augenblick, wo der Kolben P bzw. l51 diese Öffnung
freigibt und sich mit der größten Geschwindigkeit bewegt und wo der Kolben P sich
am Ende seines Aufwärtshubes im Totpunkt befindet, d.11. unter den günstigsten Bedingungen,
um Druckverluste der Verbrennungsgase auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Denn dieser
Übergang der Gase erfolgt unmittelbar, ohne merklichen schädlichen Raum, da der
Boden des Niederdruckkolbens die Hochdruckkolben fast berührt, und derart, daß.
irgendeine auf einer Seite erhitzte Wand immer von der anderen Seite durch das Kühlwasser
bespült wird.
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Der Zusammenhang zwischen den Bewegungen der Hochdruck- und des Niederdruckkolbens
ist folgender: Parallel zur einfachen Kurbelwelle AI' des Niederdruckzylinders ist
eine zweite Kurbelwelle D angeordnet, die mit zwei Rollenexzentern E, El (bzw. mit
zwei Kröpfungen) versehen ist, die um 18o' gegeneinander versetzt sind. Diese beiden
Wellen sind durch ein Triebrad r und ein Rad R verbunden, deren Zähnezahlen im Verhältnis
von x : 2 zueinander stehen. Es bleibt nur noch übrig, die Lenkstangenexzenterbügel
mit den Lenkstangen der Hochdruckkolben in Verbindung zu bringen. Dieses geschieht
mit Hilfe von zwei Balanciers V,Th, die um dieselbe geometrische Achse Y-X schwingen
und deren obere und untere Arme A, Al ineinandergreifen. Diese beiden Wellen erhalten
somit schwingende Bewegungen in entgegengesetzter Richtung, und die Gesamtheit derselben
kann durch die beiden Außenzapfen der inneren Welle allein aufrechterhalten werden.
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Bei einem Doppelmotor kann die Anzahl der Zylinder des einfachen Motors
durch einen zweiten lotrechten Niederdruckzylinder verdoppelt werden, wobei die
Welle 1V1 dann zwei um i8o ° gegeneinander versetzte Kurbeln oder Kröpfungen erhält
und zwei weitere Hochdruckzylinder in derselben waagerechten Ebene wie
die
ersten, aber in entgegengesetzter Richtung, d. h. auf der entgegengesetzten Seite
offen, angeordnet werden.