DE546460C - Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents

Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine

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DE546460C
DE546460C DE1930546460D DE546460DD DE546460C DE 546460 C DE546460 C DE 546460C DE 1930546460 D DE1930546460 D DE 1930546460D DE 546460D D DE546460D D DE 546460DD DE 546460 C DE546460 C DE 546460C
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Germany
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piston
double
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exhaust gases
pressure
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F02B41/08Two-stroke compound engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

Description

  • Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine Man hat bereits bei doppelt wirkenden Zweitaktverbrennungsmaschinen die Wirtschaftlichkeit dadurch gesteigert, daß man die in den Abgasen enthaltene Energie zur Leistung mechanischer Arbeit in einem Hilfsrnotor verwendet. Auch ist schon mittels dieses Hilfsmotors die Spülpumpe angetrieben worden, um die Spül- und Ladearbeit durch eine sonst für die Arbeitserzeugung im Kraftzvlinder nicht ausmitzbare Energie zu leisten. Schließlich ist auch schon eine durch Abgase betriebene Hilfsmaschine bekannt geworden, die von der Kurbelwelle der Hauptmaschine unter einer solchen Übersetzung angetrieben wird, daß die Hubdauer des Kolbens der Hilfsmaschine nur einen Teil der Hubdauer des Kolbens der Hauptmaschine beträgt, und bei der der durch die expandierenden Abgase vorwärts getriebene Hilfsmaschinenkolben den Abgasen erst dann den Weg zur Abströmung nach außen freigibt, nachdem sie in gewünschtem Maße ihre Energie abgegeben haben, wobei die eine Kolbenseite der Hauptmaschine ihre Abgase nach der einen Kolbenseite der Hilfsmaschine schickt, die andere Kolbenseite der Hauptmaschine ihre Abgase nach der anderen Kolbenseite der Hilfsmaschine.
  • Vorliegende Erfindung unterscheidet sich nun von den bekannten Konstruktionen dadurch, daß bei einer doppelt wirkenden Zweitaktbrennkraftmaschine mit vom Arbeitskolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzen und einer von den Abgasen beaufschlagten, mittels eines Übersetzungsgetriebes mit der Kurbelwelle verbundenen doppelt wirkenden Niederdruckmaschine, von der eine Spül- und Ladepumpe unmittelbar angetrieben wird, zwei doppelt wirkende Hochdruckzylinder vorgesehen sind, von denen der eine die Abgase beider Kolbenseiten durch einen gemeinsamen Abgaskanal zu der einen und der andere die Abgase beider Kolbenseiten gleichfalls durch einen gemeinsamen Abgaskanal zu der anderen Seite der doppelt wirkenden Niederdruckmaschine übertreten läßt.
  • Die Erfindung ist auf der Zeichnung schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zeigen Abb. i einen schematischen teilweisen Längsschnitt, Abb. z eine schematische teilweise Seitenansicht, Abb.3 ein Arbeitsdiagramm des Niederdruckzylinders, Abb. 4 ein Arbeitsdiagramtn des Hochdruckzylinders, Abb. 5 Wirkungsgrade und Abb. 6 eine Anordnung für Lokomotiven. In Abb. i ist der Erfindungsgedanke schematisch dargestellt, und stellt diese Abbildung gewissermaßen einen Satz Zylinder dar, so daß jede gewünschte Anzahl dieser Sätze zu einer Maschine vereinigt werden kann. Auf der Zeichnung sind die beiden Hochdruckzvlinder mit 5 und 5e bezeichnet. Ihre Konstruktion ist gleich, so daß die Beschreibung des einen auf den anderen zutrifft.
  • Zwischen den Hochdruckzylindern 5 und 5a ist ein Niederdruckzylinder 6 angeordnet, über dem eine Spülpumpe 7 sitzt. 8 und 9 sind die Kurbelwellen zu den Hochdruckkolben io in den Zylindern 5 und 5a. Eine Hilfskurbelwelle i i ist zwischen und über den Kurbelwellen 8 und 9 angeordnet und wird vom Kolben 12 des Niederdrtickzylinders 6 betätigt. - Die Kurbelwelle i i ist mit den Kurbelwellen 8 und 9 im Verhältnis der Kurbelradien von 1 : 2 gekuppelt, so daß eine Umdrehung der Wellen 8 und 9 zwei Umdrehungen der Welle i i entsprechen. Die Anordnung der Kurbeln 8 und 9 mit Bezug auf die Kurbel i i ist so getroffen, daß beide Kurbeln 8 und 9 der Kurbel i i voreilen, so daß z. B. der Auspuff aus Zylinder 5 5 ° früher anfängt, bevor der Niederdruckkolben 12 den oberen Totpunkt erreicht hat (Abb. 2). Von dieser Zeit an bewegt sich die Kurbel 8 um io5° vorwärts, bis der Auspuff wieder geschlossen ist. Dieser Vorgang gilt für beide Hochdruckzylinder 5 und 5a, jedoch für den Hochdruckzylinder 5 mit Bezug auf die obere Kolbenseite des Niederdruchzylinders 43, für den Hochdruckzylinder 511 mit Bezug auf die untere Kolbenseite des Niederdruckzylinders :I3a.
  • Durch die Zuleitung 2o wird -in bekannter Weise 0I unter Druck in die Zylinder gegeben vermittels Zerstäubungsdüsen oder Injektoren irgendwelcher Art, wie sie bei anderen Ölmaschinen gemeinhin bekannt sind. Die Düsen und deren Steuerung sind nicht gezeichnet, da sie nicht Gegenstand der Erfindung sind.
  • Die Spülluft wird in der Mitte der Zylinder 5 und 511 eingeführt und durch die Ventile 23 und 24 gesteuert. Die Steuerung erfolgt von der Hilfskurbelwelle i i aus durch die Zahnräder 27 und 28, die Lenkstange 29, die Verbindungsstange 30 und die Ventilhebel 25 und 26. Inmitten der Hochdruckzylinder 5 und 5a sind mehrere Auspufföffnungen vorgesehen, welche in Auspuffräume 42 und 4.2a führen, von wo die Abgase durch die obere linke Öffnung 4.3 bzw. untere rechte Öffnung :I3a nach dem Niederdruckzylinder hingeleitet werden.
  • Die Spülpumpe 7 hat Lufteinlaßrückschlaa#-ventile 58 und 59 und Auslaßrückschlagventile 6o und 61, welche nach den Rohren 62 und zu den Ventilen 23 und 24. nach beiden Seiten der Maschine in bekannter Weise führen.
  • Nimmt man in Abb. i an, daß der Kolben io des Hochdruckzylinders 5 nach unten geht und eben die Abgasekammer 42-geöffnet hat, dann hat der Kolben 12 des Nieder druckzylinders den obersten Totpunkt erreicht. Die Abgase der oberen Kolbenseite des Zylinders werden nun durch die Abgasekammer 42 und die linke obere Öffnung 43 in den Nieder-. druckzylinder treten und den Niederdruckkolben 1 2 nach unten drücken. Solange die Abgase in den Niederdruckzylinder 6 strömen, wird der Kolben abwärts gehen, bis er seine unterste Stellung erreicht hat. In dieser Stellung sind die Auspufföffnungen 48 offen, so daß die Abgase mit angenähert atmosphärischem Druck entweichen können, während der linke Kolben io sich in seiner unteren Durcheilung des Totpunktes nur ganz langsam bewegt. Bevor nun der Kolben io ganz im Totpunkt angelangt ist, öffnet sich das Ventil 23 und läßt Spülluft in den Zylinder 5 hinein und spült die Abgase hinaus; Ventil 23 schließt erst wieder, kurz nachdem der Kanal 4.2 vom linken Kolben io abgeschlossen worden ist, so daß numnehr die Luft weiter unter Druck eingeblasen wird, bis der Kanal .1.2 geschlossen ist, um mehr Luft als erforderlich zu liefern. Beim weiteren Hochgang des Kolbens io tritt Verdichtung der Luft ein und Einspritzung des Brennstoffes in den Zylinder 5, der nach Entzündung den Kolben i o wieder nach unten drückt.
  • Während dieses eben beschriebenen Vorganges im Zylinder 5 hat der Kolben io des Zylinders 5a seinen Weg nach unten vollendet und seine Aufwärtsbewegung angetreten, d. h. die Abgase aus dem Zylinder 5a haben den Kolben 12 nach oben gedrückt, uad wenn der linke Kolben io den unteren Totpunkt erreicht hat, hat der rechte Kolben io die Abgasekammer 42" geschlossen. Auch hat Ventil 24 kurz darauf geschlossen, so daß der Arbeitsvorgang oberhalb des rechten Kolbens, wie vorher für den Zylinder 5 beschrieben, einsetzt. Wenn nun die untere Kolbenkante des Zylinders 5a die Abgaseöffnung 4.2a öffnet, gehen die Abgase durch die untere Eintrittsöffnung 43a auf die untere Seite in den Niederdruckzylinder 6 unter den Kolben, gerade eben bevor dieser in seine unterste Lage gelangt ist. Bei diesem Vorgang öffnet 1,_ entil 24 des Hochdruckzylinders 5a gerade dann, wenn der rechte Kolben i o den oberen Totpunkt erreicht hat, und schließt erst wieder, nachdem dieser rechte Kolben io die Abgasekammer q.2a wieder geschlossen hat.
  • Aus diesem beschriebenen Kreislauf ist zu erkennen, daß dieselbe Art der Einführung von Spül- und Lädeluft in die zum Kolben gegenüberliegende Zylinderseite stattfindet, ebenso wie die Abführung der Abgase nach dem Niederdruckzylinder erfolgt, um den Niederdruckkolben 12 zu betätigen, wobei dieselbe Abgasekammer 42 oder 4211 für je einen der beiden Hochdruckzylinder 5 oder 511 zur Aufnahme der Abgase von beiden Zylinderseiten desselben Hochdruckzylinders dient.
  • Der Arbeitsvorgang zeigt, daß die Abgasetemperatur noch in einem zweiten Arbeitsgang ausgenutzt, also an die Expansion im Hochdruckzylinder noch eine zweite Expansion im N iederdruckzylinder angeschlossen wird. Es wird also auch hier wie in den bekannten Konstruktionen ein hoher Betrag an Arbeit gewonnen. Durch Anschluß der Spülpumpe an den Niederdruckzylinder gewinnt man ein sehr einfaches Erzeugungsmittel für Spülluft und durch die Ventile 23 und 24. ein einfaches Verteilungsmittel an die beiden Hochdruckzylinder, wodurch die ganze Maschine einfach und gedrungen wird in Anordnung und Anpassungsfähigkeit. Während des Abwärts- und Aufwärtshubes des Kolbens 12 geht ferner die zugeführte Spülluft nicht völlig verloren, sondern verweilt in den Abgasekammern 4a und .12a und wird durch die Verdichtung und Expansion im Arbeitsprozeß wieder zur Mitwirkung gebracht. Diese Luft wird aber außerdem noch durch die durch die Kammern 42 und _12a abströmenden Gase vorgewärmt.
  • Man kann auch noch andere Mittel als die Ventile 23 und 24 verwenden, um die Spülluft steuern zu können. Auch können diese Ventile beliebig angeordnet werden. Das vorliegende System ist ferner auch nicht an das gewählte Beispiel einer doppelt wirkenden Zweitaktmaschine gebunden, es kann bei allen Maschinenarten mit ähnlichem Arbeitsprozeß, also bei allen Arten von Verbrennungsmaschinen, verwendet werden.
  • Auch läßt sich die Konstruktion vorzüglich für Lokomotivantriebe verwenden nach Abb. 6 mit stehender Maschine, wobei die Kurbeln durch Zahnräder gekuppelt gedacht sind.
  • Die Vorteile dieser Erfindung bestehen darin, daß die Energie der Abgase bis angenähert auf atmosphärischen Druck während der ganzen Expansionsperiode des Hochdruckkolbens ausgenutzt, die Gesamtexpansion des Hochdruckkolbens gewissermaßen um 20 °/a vergrößert und dadurch die Leistung uni 5 bis i o °/o erhöht wird.
  • N immt man z. B. die Abmessungen des Verbrennungszylinders zu 5oo mm Durchmesser, goo mm Hub bei 6 Atm. mittleren effektiven Druck an und die des Niederdruckzylinders zu 750 mm Durchmesser bei 6oo mm Hub, wovon .4oo mm als effektiver Hub (nach Abzug der Hublänge über den Exhaustkanal) verbleiben, und 2 Atm. mittleren effektiven Druck, so ergibt sich für den Hochdruckzylinder Fläche mal Hub mal 6 Atm. + Niederdruckzylinder Fläche mal Hub mal 2 Atm., was in diesem Falle einen Gewinn von etwa 33 °/a bedeutet.
  • Die Spülluft, welche aus den Hochdruckzylindern entweicht, ist nicht mehr als unnützer Arbeitsaufwand zu werten wie sonst, sie verbleibt vielmehr in den Abgasekammern 42 und 42a nach dem Niederdruckzylinder, wo sie von der Kompressions- und Expansionsarbeit des Niederdruckzylinders aufgenommen und weiter verwertet wird. nachdem sie durch die Abgase noch vorgewärmt worden ist.
  • Man kann deshalb auch mehr Spülluft verwenden als bei den sonst bekannten Motoren, was den Arbeitsprozeß günstig beeinflußt, und schließlich wird der thermischeWirkungsgrad auf über 5o °/" erhöht. , Abb.5 zeigt die thermischen Wirkungsgrade, und zwar zeigt die untere Kurve die effektiven der Maschine, die obere Kurve zeigt die dazu gezählten Verluste durch Kühlung der Zylinder, Kolben und Ventile, während der verbleibende Rest auf ioo °/o Verluste die verbleibende Wärme in den Abgasen darstellt.
  • Abb.3 und 4. zeigen je ein Arbeitsdiagramm des Hochdruck- und Niederdruckzylinders, aus denen zu ersehen ist, wie das Diagramm nach Abb. 3 gewissermaßen eine Fortsetzung des Diagramms nach Abb. ,4 darstellt. .

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftniaschine mit vom Arbeitskolben gesteuerten Ein- und Auslaßschlitzen und einer von den Abgasen beaufschlagten, mittels eines Übersetzungsgetriebes mit der Kurbelwelle verbundenen doppelt wirkenden Niederdruckkolbenmaschine, von der eine Spül- und Ladepumpe unmittelbar angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei doppelt wirkende Hochdruckzylinder (5 und 5a) vorgesehen sind, von denen der eine (5) die Abgase beider Kolbenseiten durch einen gemeinsamen Abgaskanal (q.2) zu der einen (43) und der andere (5a) die Abgase beider Kolbenseiten gleichfalls durch einen gemeinsamen Abgaskanal (4.2a) zu der anderen Seite (43a) der doppelt wirkenden Niederdruckmaschine übertreten läßt.
DE1930546460D 1930-02-11 1930-02-11 Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine Expired DE546460C (de)

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DE546460T 1930-02-11

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DE546460C true DE546460C (de) 1932-03-12

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ID=6561189

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DE1930546460D Expired DE546460C (de) 1930-02-11 1930-02-11 Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine

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DE (1) DE546460C (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE938158C (de) * 1953-07-18 1956-01-26 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder
AT397838B (de) * 1985-04-02 1994-07-25 Bruecker Helmut Dr Hubkolben-brennkraftmaschine
FR3001765A1 (fr) * 2013-02-07 2014-08-08 Andre Chaneac Moteurs trois temps
AT518217A1 (de) * 2015-12-15 2017-08-15 Ing Markus Dornauer Dipl Nutzung von Abgasenthalpie beim Zweitakt-Dieselmotor

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