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Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen mit weiterer Expansion
in nachgeschalteten Dehnungsstufen Die Erfindung betrifft ein ' Verfahren zum Betriebe
von Brennkraftmaschinen mit Expansion der Abgase in nachgeschalteten Dehnungssfufen.
Es sind Brennkraftmaschinen dieser Art bekanntgeworden, bei denen die Brennkraftzylinder
etwa das Doppelte oder ein noch größeres Ladegewicht erhalten als eine nicht aufgeladene
Maschine und der Druck am Ende der Dehnung in den Brennkraftzylindern denjenigen
bei einer nicht aufgeladenen Maschine übersteigt. Bei einigen dieser als Verbundbrennlcraftmaschinen
ausgeführten Maschinen ist durch Vergrößerung des Verdichtungsraumes der Brennkraftzylinder
der Verdichtungsenddruck auf der gleichen Höhe wie bei einer üblichen ohne Überladung
arbeitenden Maschine gehalten, so daß am Ende des Arbeitshubes der Brennkraftstufe
das teilentspannte Verbrennungsgas eine höhere Temperatur, und zwar eine solche
von 1boo bis 170o° C besitzt. Bei dieser Temperatur wurde, wenn das Verbrennungsgas
von der Brennkraftstufe zur Entspannungsstufe überströmt, das hierzu benötigte Steuerorgan
durch die hohe Temperatur zerstört werden.
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Ferner sind Brerinkraftmaschinen bekanntgeworden, bei denen bei der
oben beschriebenen Überladung der Brennkraftzylinder das volumetrische Verdichtungsverhältnis
dieser Zylinder gegenüber demjenigen bei üblichen einstufigen Brennkraftmaschinen
nicht geändert ist und 'bei denen mit den Verbrennungsgasen nach ihrer Teilentspannung
eine Abgasturbine beäufschlagt wird.
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Bei diesen Maschinen übersteigt zwar der Druck am Ende der Dehnung
in den Brennkraftzylindern denjenigen bei einer nicht aufgeladenen Maschine, jedoch
läßt sich von dem vorhandenen Druckgefälle bei steigender Rufladung ein immer geringerer
Prozentsatz der in diesem noch vorhandenen Energie durch die Abgasturbine in mechanische
Arbeit verwandeln, da im Anschluß an die adiabatische Entspannung des Verbrennungszylinders
eine Entspannung mit kostantem Wärmeinhalt erfolgt, während nur der der Gasgeschwindigkeit
entsprechende Teil der Energie entsprechend eines geringen Teiles des Druckgefälles
im Laufrad in mechanische Arbeit verwandelt wird. Bei steigender Rufladung stimmt
wohl die Zylinderleistung zu, jedoch bleibt der Wirkungsgrad konstant.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren zum Betriebe von
Brennkraftmaschinen mit Expansion der Abgase in nachgeschalteten Dehnungsstufen,
bei denen die Brennkraftmaschine etwa das doppelte oder ein noch größeres Ladegewicht
erhält*als eine
nicht aufgeladene Maschine und der Druck am Ende
der Dehnung in der Brennkraftmaschine denjenigen bei einer nicht aufgeladenen Maschine
übersteigt, wobei das volumetrische Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine
gegenüber demjenigen bei üblichen einstufigen Brennkraftmasehinen nicht geändert
ist, derart, daß der Entspannungsenddruck,, aber nicht die End@@Ektemperatur der
Brennkraftmaschine höher liegt als bei der üblichen Maschine, angeNvendet bei Brennkraftmaschinen,
deren nachgeschaltete Stufen mit hin und her gehendem oder rotierendem Kolben in
Verbundwirkung arbeiten. Hierbei wird das gesamte Druckgefälle hinter den Brennkraftzylindern
ausgenutzt zur Umwandlung von Energie in mechanische Arbeit, so daß also bei steigender
Rufladung ein immer größerer Teil des in den Verbrennungsgasen noch vorhandenen
Wärmeinhaltes in Arbeit verwandelt wird. Hierdurch steigt mit zunehmender Rufladung
auch der Wirkungsgrad. Ein weiterer Vorteil ist auch noch darin zu erblicken, daß
bei denn Verfahren gemäß der Erfindung die Arbeit der Brennkraftstufe annähernd
gleich der Arbeit der Entspannungsstufe ist, wodurch ein gleichmäßiger Lauf der
Maschine erhalten wird.
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Bei- dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch Dampf zum Schluß des
Füllhubes bzw. zu Anfang des Verdichtungshubes eingeführt werden, wobei dieser entweder
bereits mit einem etwas über dem Fülldruck liegenden Druck erzeugt und in die Verbrennungsstufe
geleitet wird oder aber indem der Dampf zweckmäßig aus dem Kühlmantel der Verbrennungsstufe
angesaugt und mit der Luft oder dem Gemisch zusammen verdichtet und dann in die
Verbrennungsstufe geleitet wird.
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Als Beispiel soll für Gleichraumverbrennung und Gleichdruckverbrennung
an Hand von Arbeits- und Steuerschaubildern das Wesen des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung erläutert werden. Hierbei sind sowohl in Fig. i als auch in Fig. 3 die
Maßstäbe der Diagramme von der I. und 1I. Stufe so gewählt, daß die Flächeneinheit
der Arbeit bei beiden gleich groß ist.
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In Fig. 3, dem Diagramm der 1I. Stufe, stellt die ausgezogene Linie
den Fall des unmittelbaren Übertritts der Gase in die Verbundstufe und die strichpunktierte
den Fall bei Vorschaltung eines Aufnehmers dar.
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Die Änderung des Druckes im Punkt d' (Fig.3) erfolgt dadurch, daß
der Punkt a (Fig. i) durch die Rufladung mehr oder weniger hoch gelegt wird. Während
bei den üblichen Verfahren im. Punkt d ein Druck von etwa 4 ata bei iooo° herrscht,
sind bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung im Punkt d etwa 8 bis 12 ata und
looo°, so daß von der noch vorhandenen Wärme in diesem Falle das Doppelte in Arbeit
verwandelt werden kann.
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Gemäß Fig. i wird also bis zum Punkt a eingefüllt, bis. b verdichtet,
nach Zündung der Punkt c erreicht und bis d entspannt. Der Ausschub erfolgt entweder
längs der ausgezogenen Linie bei gleichzeitigem Eintritt in die 1I. Stufe, so daß
in dieser gemäß Fig. 3 längs der Linie d'-e entspannt wird, oder bei Ausschub mit
Gegendruck längs der strichpunktierten Linie, so daß in der II. Stufe längs der
Linie d'-d"-e entspannt wird. Fig. 2 zeigt das Steuerdiagramm der Brennkraftstufe.
In Fig. 4 ist das Steuerdiagramm der Entspannungsstufe für den Fall dargestellt,
daß der Ausschub aus der Brennkraftstufe und die Entspannung in der Dehnungsstufe
gleichzeitig bei freier Verbindung beider Zylinder erfolgt. In Fig.5 ist das Steuerdiagramm
der Entspannungsstufe für den Fall gezeichnet, daß Ausschub aus der Brennkraftstufe
mit Gegendruck in einen Aufnehmer erfolgt,-aus dem dann die Entspannungsstufe das
Verbrennungsgas zur weiteren Dehnung erhält.
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In den Steuerdiagrammen bedeuten El bzw. E.. das Öffnen bzw. Schließen
des Einlaßventils der Brennkraftstufe, E'1 bzw. E'2 das Öffnen bzw. Schließen des
Einlaßventils der Entspannungsstufe bei Ausschub mit Gegendruck, Ü1 bzw. 0g das
Öffnen bzw. Schließen des Überströmveütils von der I. zur II. Stufe, A1 bzw. A"
das. Öffnen bzw. Schließen des Auslaßventils der IL Stufe im Falle unmittelbaren
Ausschiebens in die Verbundstufe, Al bzw. A2 das Öffnen bzw. Schließen des Auslaßventils
der 1I. Stufe beim Ausschieben unter Gegendruck.
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Ferner bedeutet Tu = Totpunkt unten, To --_ Totpunkt oben.
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In Fig. 6 ist das Druckvolumendiagramm entsprechend Fig. i für die
Brennkraftstufe und Fig. 3 für die Entspannungsstufe aneinandergereiht dargestellt.
.Hierin bedeutet o - 2 Aufladender Brennkraftstufe, 2' - 3 Verdichten in der Brennkraftstufe,
3 - 4 Gleichraumverbrennung in der Brennkraftstufe, 4 - 5 Entspannen in der Brennkraftstufe,
5 -o Überschieben aus der Brennkraftstufe gleichzeitig mit 5 - 6 Entspannen in der
Entspannungsstufe.
Die Fläche 5'- 6'- o - 2 stellt auch die Arbeit
der Entspannungsstufe dar und wurde zum besseren Vergleich mit der in der Brennkraftstufe
erhaltenen Arbeitsfläche so gezeichnet, daß bei Verkleinern des Volumenmaßstabes
im gleichen Verhältnis der Druckmaßstab vergrößert wurde, so daß der Flächenmaßstab
für beide Arbeitsflächen der gleiche ist.
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In Fig. 7 ist für Gleichdruckverbrennung das Diagramm der Brennkraftstufe
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung und demjenigen eines bekannten Verfahrens
dargestellt. Hierin stellt der Linienzug a das Druckvolumendiagramm des Verfahrens
gemäß der Erfindung und der Linienzug b das Druckvolumendiagramm gemäß dem bekannten
Verfahren dar. Hiernach ist bei dem bekannten Verfahren bei höherer Aufladung das
Verdichtungsverhältnis so weit herabgesetzt, daß der Verbrennungsdruck ungefähr
gleich dem einer üblichen Maschine ist, während bei dem Verfahren der vorliegenden
Erfindung infolge des gleichen Verdichtungsverhältnisses wie bei der üblichen Maschine
bei doppelter Rufladung auch der Verbrennungsdruck etwa doppelt so hoch ist. Wie
aus den Temperatur= linien, d für das Verfahren der vorliegenden Erfindung und b'
für das bekannte Verfahren, ersichtlich ist, liegt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung
.entsprechend dem größeren Ausdehnungsverhältnis die Temperatur am Ende des Arbeitshubes
um etwa 35o° niedriger, so daß ein Verbrennen des Steuer-. organs beim Überströmen
vermieden wird.