DE835662C

DE835662C - Verbrennungsmotor mit Nachexpansion

Info

Publication number: DE835662C
Application number: DEN1862A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Froede
Original assignee: NSU Werke AG
Current assignee: NSU Werke AG
Priority date: 1950-09-14
Filing date: 1950-09-14
Publication date: 1952-04-03

Description

Verbrennungsmotor mit Nachexpansion Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor, der nach dem Viertaktverfahren arbeitet, bei welchem der am Ende des Arbeitshubes noch im Zylinder verbleibende Gasdruck zum Antrieb eines Nachexpansionskolbens herangezogen wird.
Bekanntlich verlassen die Abgase bei einem Otto-Motor üblicher Bauart den Zylinder mit einem Überdruck von .4 bis 7 at und einer Temperatur von 700 bis 900'3'C.
Durch die gemäß Erfindung vorgeschlagene Nachexpansion wird der Endzustand auf einen Druckwert von 1,5 bis 3 atü bei gleichzeitiger Temperatursenkung auf 40o bis 50o° geändert.
Durch diese Anordnung wird zwar das Kompressionsverhältnis nicht berührt, der Expansionsgrad jedoch auf etwa das Doppelte erhöht, was einer Steigerung des theoretischen thermischen Wirkungsgrades entspricht. Es sind bereits Verbrennungsmotoren mit Nachexpansion bekannt, bei denen durch Überströmschlitze, die in der Nähe der unteren Totlage des Verbrennungszylinders freigegeben werden, ein Teil der verbrannten Gase in einen Nachexpansionszylinder geleitet wird. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Nachexpansion während des gesamten Aufwärtshubes des Verbrennungskolbens stattfindet, wodurch sich einerseits ein besonderes Auslaßventil für den Verbrennungszylinder erübrigt, andererseits die Entspannung der gesamten im Verbrennungszylinder befindlichen Gase erreicht wird. Ferner sind Verbrennungsmotoren mit Nachexpansion bekannt, bei denen Verbrennungszylinder und Nachexpansionszylinder mit einer gemeinsamen Kolbenstange versehen sind. Demgegenüber besteht bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Motor der Vorteil, durch Parallelanordnung der beiden Zylinder geringere Bauhöhe und unzerklüftete Brennräume zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, den Überströmkanal zwischen Verbrennungs- und Expansionszylinder so kurz wie möglich auszuführen, um Wärmeverluste während des Gasübertrittes weitgehend zu vermeiden.
Zur besseren Ausnutzung des Nachexpansionszylinders wird vorgeschlagen, diesen im Zweitakt arbeiten zu lassen, d. h. die Abgase von zwei Hauptzylindern, die im Viertakt laufen, auf einen Expansionszylinder wirken zu lassen.
Bei dieser Anordnung ist dafür Sorge zu tragen, daß jeweils nur ein Überströmkanal mit dem Expansionszylinder in Verbindung steht, da andernfalls der schädliche Raum unnötig groß wird. Erfindungsgemäß kann dieses erreicht werden durch eine zusätzliche Steuerung im Kopf des Expansionszylinders, die zweckmäßig als Kegeldrehschieber ausgeführt wird und den Expansionszylinder gegen die überströmkanäle bzw. den Auslaßlcanal abtrennt.
Die Abb. i zeigt einen derartigen Motor im Längsschnitt, wobei die Zylinder i und 2 normale, im Viertakt laufende Otto-Einheiten sind, die zweckmäßig kopfgesteuert werden mit schräg angeordneten Ein- und .Auslaßventilen, um möglichst geringe Volumina zwischen den Hauptzylindern und dem als 3 bezeichneten Expansionszylinder zu erreichen. Der Expansionszylinder ist in der Mitte zwischen den Einheiten i und 2 angeordnet und wird abwechslungsweise von diesen beschickt. Um den Expansionszylinder mit geringstem schädlichem Raum ausführen zu können, ist die Steuerung durch einen im Zylinderkopf untergebrachten Kegeldrehschieber vorgenommen, der beim Umlaufen abwechselnd die Gaszufuhr vom Arbeitszylinder i, den Auslaß aus Zylinder 3, den Einlaß aus Zylinder 2 und wieder den Auslaß aus Zylinder 3 steuert.
Das Arbeitsverfahren dieses Motors ist demnach folgendes: Normales Viertaktverfahren für Zylinder i, jedoch beim Öffnen des Auslasses kein Entweichen ins Freie, sondern Überströmen durch das Auslaßventil von i über den möglichst kurz gehaätenen Überströmkarial Ü1 und den Kegeldrehschieber in den Arbeitsraum des Expansionszylinders 3. Der Zylinder 3 ist um i8oa gegen i versetzt, beim Ausschub des Zylinders i werden die restlichen Abgase in Zylinder 3 übergeleitet bis dieser seinen unteren Totpunkt erreicht.
Bei unterer Totlage des Zylinders 3 bzw. kurz vorher öffnet der Drehschieber den Austritt ins Freie, und beim Aufwärtsgang des Kolbens 3 werden die stark entspannten Abgase ausgeschoben.
Bei Erreichen des oberen Totpunktes wird durch den Drehschieber der überströmkanal Ü2 zwischen Arbeitskolben 2 und Expansionszylinder freigegeben und der gleiche Expansionsvorgang wiederholt, wobei die Abgase aus Zylinder 2 herangezogen werden. Es sind daher die Arbeitskolben i und 2 gleichlaufend, jedoch um 36o° im Arbeitsspiel versetzt, der Expansionskolben 3 gegenüber i und 2 um 1800 verstellt.
Abb.2 zeigt das Arbeitsdiagramm eines derartigen Motors, wobei für das Volumen des Nachexpansionszylinders beispielsweise der 2,5fache Wert des Arbeitszylinders angenommen ist.
Die-im Diagramm schraffiert dargestellte Fläche bezeichnet den Arbeitsgewinn je Hub.

Claims

PATENTANSPRLCHE: i. Verbrennungsmotor, insbesondere Viertaktverbrennungsmotor mit Nachexpansion, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederdruckzylinder parallel zum Hochdruckzylinder angeordnet ist und während des gesamten Aufwärtshubes des Hochdruckkolbens im Anschluß an den Arbeitstakt (während des normalerweise als Ausschubtakt bezeichneten Intervalls) mit diesem in Verbindung steht.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung zwischen den Hauptzylindern und dem Expansionszylinder bzw. Expansionszylindern so kurz wie möglich gehalten ist und gegen jeden der Zylinder gesondert abgedichtet ist.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionszylinder zwischen zwei Hauptzylindern angeordnet ist. .
4. Verbrennungsmotor nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schädliche Raum im Expansionszylinder durch entsprechende Gestaltung von Kolbenoberfläche und Absperrorganen auf ein Minimum beschränkt ist.
5. Verbrennungsmotor nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschluß der Hauptzylinder gegen denÜberströmkanal schrägliegende Auslaßventile vorgesehen sind.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abschluß des Überströmkanals gegen den Expansionszylinder ein zentral angeordneter Kegeldrehschieber angeordnet ist.
7. Verbrennungsmotor nach Anspruch i oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Viertakt arbeitende Hauptzylinder, die im Arbeitsverfahren um zwei Takte versetzt sind, auf einen im Zweitakt arbeitenden Expansionszylinder geschaltet sind, der im Arbeitsverfahren um 180,3 gegen die Hauptzylinder versetzt ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 5i4 285, 657 765, 728 1o9.