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Verbundverbrennungskraftmaschine. Gegenstand der Erfindung ist eine
Verbrennungskraftmaschine, bei welcher nach der Entzündung die Gase in einem Hochdruckzylinder
teilweise expandieren und alsdann in einen Niederdruckzylinder übergeführt werden,
in dem eine weitere Expansion stattfindet. Gemäß der Erfindung werden die Zylinderwandungen
und die anderen Flächen, mit denen die verbrannten Gase währendAer Expansion in
Berührung kommen, bei Temperaturen
gehalten, bei denen Dampf von
solchem Druck erzeugt wird, daß er zur Krafterzeugung benutzt werden kann. Die Anordnung
ist dabei so getroffen, daß der Dampf zunächst teilweise auf ,der Rückseite des
Hochdruckkolbens der Verbrennungskraftmaschine expandiert und dann zur weiteren
Expansion auf die Rückseite des Kolbens des Niederdruclczylinders geführt wird.
Durch die Heißkühlung wird erreicht, daß der Druck der Gase in dem Hochdruckzylinder
nach der Expansion in dem Zeitpunkt des Ausströmens in den Niederdruckzylinder hoch
genug ist, um noch in dem Niederdruckzylinder wirksame Arbeit zu leisten. Außerdem
werden infolge der Heißkühlung die Wärmeverluste der Gase während der Verbrennung,
Expansion undder Überführung herabgesetzt und der mechanische Wirkungsgrad durch
die Wirkung des Dampfes auf die Kolben während der Leerhübe des Verbrennungskreislaufs
erhöht.
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Die tatsächliche Temperatur, auf welcher die Zylinderwandungen und
die übrigen Flächen gehalten werden, kann verschieden sein. Ohne einen bestimmten
Wärmegrad festlegen zu wollen, kann angenommen werden, daß eine Temperatur von I75
Abis 2oo° C ausreichend ist. Zu diesem Zweck wird der Zylindermantel als Teil eines
Dampferzeugers ausgebildet und das Kühlmittel, welches Dampf oder Wasser sein kann,
wird diesem Mantel bei einer Temperatur von etwa I5o° C zugeführt. Bei Einhaltung
dieser Temperaturen kann aus dein Mantel Dampf von einer Temperatur und einem Druck
entnommen werden, dessen Expansion wirksam verwendet werden kann.
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Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung,
und zwar ist Abb. i ein Schnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgeführte Verbrennungskraftmaschine.
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Die Abb. 2 bis d4 zeigen schematisch die einzelnen Kurbelstellungen.
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In der Zeichnung ist der Hochdruck- Verbrennungszylinder mit i, der
Niederdruckzylinder mit 2 bezeichnet. Die Auslaßöffnungen 3 des Hochdruckzylinders
führen in den Niederdruckzylinder 2. Die beiden Zylinder i und 2 sind aus einem
Bauteil mit den Auspuffkanälen 3 des Hochdruckzylinders i hergestellt, und letztere
führen unmittelbar nach dem Arbeitsraum d4 des Niederdruckzylinders 2. Das der Kurbelwelle
abgekehrte Ende der Zylinder wird durch je ein Ventil abgeschlossen. Das Ventil
6a des Hochdruckzylinders steuert die Einlaßöffnungen io, und das Ventil 6 des Niederdruckzvlinders
steuert die Auslaßöffnungen B.
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An die Einlaßöffnungen Io schließen sich Rohre oder Leitungen ioa
an, welche durch den Mantel I2 hindurchführen. Durch diese Leitungen wird das Brennstoffluftgemisch
nach den Einlaßöffnungen io zuggeführt. Ähnlich angeordnete Rohre 8a gehen von den
Auslaßkanälen 8 aus und führen die Auspuffgase in ,das Gehäuse 7 des Abwärmegenerators.
Der Zylindermantel i2 ist mit einer Kühlflüssigkeit gefüllt, welche Dampf oder Wasser
von v erhältnismäßig hoher Temperatur, z. B. i5o° C, sein kann und dazu dient, die
Zylinder bei der gewünschten Arbeitstemperatur zu halten, während die aus den Zylinderwänden
aufgenommene Wärme dazu dient, Dampf von einer geigneten Temperatur und einem geeigneten
Druck zur Verwendung in der Maschine zu erzeugen.
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Das dem Verbrennungsraum abgekehrte Zylinderende bildet den Dampfzylinder,
in welchem die durch die Dampfexpansion abgegebene Arbeit auf die Kolben übertragen
wird. Der Dampf wird durch geeignet angeordnete Ventile in der üblichen Weise zugelassen
und abgeführt, und er wirkt zuerst auf die Rückseite des Hochdruckkolbens und darauf
auf die Rückseite des Niederdruckkolbens.
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Die Bauart und die Anordnung sind so, daß folgender in Abb. 3 und
4 schematisch dargestellter Kreislauf entsteht.
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In dem Hochdruckzylinder i erfolgt die Zündung und Verbrennung in
dem Zeitraum zwischen den Kurbelstellungen a und b, alsdann erfolgt die Expansion
von der Kurbelstellung b bis zur Kurbelstellung c. Nunmehr wird die Öffnung 3 freigegeben
(vgl. Abb. i). Sie bleibt von c his d offen, so daß ein Übertritt der Gase aus dem
Hochdruckzylinder in den Niederdruckzylinder erfolgen kann, worauf der Niederdruckkolben
seine Abwärtsbewegung beginnt. Unmittelbar nach der Freigabe der Öffnung 3 öffnen
sich auch die Einlaßöffnungen io und bleiben zwischen den Kurbelstellungen c und
f ( Abb. 3) offen. Während dieser Zeit wird dem Hodhdruckzylinder eine frische Ladung
unter Überdruck zugeführt. Gleichzeitig oder kurz nach der Freigabe der Einlaßöffnungen
io (Kurbelstellung dl in Abb. 4) öffnen sich die Auslaßkanäle 8, ,d. h: also noch
.bevor die Öffnung 3 geschlossen wird. Hierdurch werden Hochdruck- und Niederdruckzylinder
gleichzeitig mit dem Auspuff .in Verbindung gebracht. Die gleichzeitige Freigabe
der Öffnungen 3 und der Auslaßkanäle 8 erfolgt nur während eines kurzen Zeitraums,
der indessen zu einem vollständigen Spülen des Hochdrucliczylinders ausreicht, worauf
alsdann de Öffnung 3 durch. die Aufwärtsbewegung des Hochdruckkolbens ja wieder
geschlossen wiird. Die Au.slaßkanäle 8 bleiben wähnend- der in Alb. 4
zwischen
d1 und d1 liegenden Zeit geöffnet. Es ist hieraus ersichtlich, daß der wirksame
Hub des Niederdruckkolbens 2a nur einen kleinen Teil (Kurbelstellung b1, d1) der
gesamten Abwärtsbewegung ausmacht. Der Zeitraum dieses wirksamen Hubes (b1, d1)
reicht indessen aus, um wirksame Arbeit zu leisten und diese Arbeiterfolgt gerade
während der Zeit, wähnend welcher der Hochdruckkollben sich in der Nähe seines unteren
Totpunktes befindet Aus Abb. d4 ist ferner ersichtlich, daß die Kompression im Niedendruckzylinder
von a1 bis b1 währt. Der hierbei entstehende Druck wird dazu benutzt, den Niederdruckkolben
über seinem oberen Totpunkt hinwegzubringen. Die Öffnung 3 isst offen, während sich
die Kurbel von b1 nach cl bewegt. Im Punkt dl werden die Kanäle 8 geöffnet.
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Der Druck in der Kammer 7 ist niedriger als der äußere Luftdruck,
und zwar infolge der Kühlung der durch Rohr g strömenden Flüssigkeit und infolge
der Geschwindigkeit der Gase während ihres Austritts durch die Öffnung IIa. Die
Gase werden in der Kammer 7 gekühlt, und hierdurch entsteht ein teilweiser Unterdruck,
wodurch das Absaugen der noch im Niederdruckzylinder befindlichen Gase bewirkt wird.
Bevor die Öffnung 3, welche von dem Hochdruckzylinder nachdem Niederdruckzylinder
führt, sich endgültig schließt, öffnet sich das Ventil, 6a, welches den Hochdruckzylinder
oben abschließt, und es wird eine neue Ladung eingeführt oder eingepreßt. Diese
tritt durch die Öffnungen Io in den Zylinder ein und bewirkt gleichzeitig, insbesondere
wenn sie eingepreßt wird, das Herausdrücken der in dem Hochdruckzylinder etwa noch
befindlichen Gase in den Niederdruckzylinder.
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Der Kolben ja komprimiert nun heim Aufwärtsgang die neue Füllung,
während Auslaß- und Einlaßöffnungen dieses Zylinders geschlossen sind. Inzwischen
steigt der Druck in der Kammer 7, weil die Auspuffgase aus ,dem Niederdruckzylinder
in diese Kammer eingetreten sind. Infolgedavon öffnet seich das Ventil i i, welches
die Kammer 7 abschließt, und die gekühlten Auspuffgase werden in die Außenluft ausgestoßen.
Das Ventil 6 schließt die Auspuffleitungen 8a ab, bevor der Aufwärtshub des Niederdruckkolbens
vollendet ist (Kurbelstellung a1 in Abb. 4), und die in dem Niederdruckzylinder
von dem vorhergehenden Hub verbleibenden Gase werden soweit komprimiert, daß ihr
Druck den Druck der in dem Hochdruckzylinder befindlichen Gase übersteigt, wenn
die Überströmöffnungen 3 zwischen den Zylindern freigegeben werden. Diese komprimierten
Gase expandieren dann wieder so weit, his der Druck in dem Niederdruckzylinder etwa
dem Druck der Überströmgase des Hochdruckzylinders gleich ist, und bei dieser Expansion
wird der Niederdruckkolben gerade über seinem Totpunkt wegbewegt. Hierauf erfolgt
wiederum die Freigabe der Überströmöffnung 3 (Punkt b1 in Abb. 4) aus dem Hochdruckzylinder,
und der Kreislauf wiederholt sich.
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Der in dem Kühlwassermantel oder einer sonstigen Dampferzeugungsstelle
gewonnene Dampf wird auf die Rückseite des Hochdruckkolbens eingeführt, er expandiert
dort und wird von hier auf die Rücksenge des Niederdruckkolbens geleitet. Er wirkt
hier auf einen größeren Kolbenquerschnitt ein, wie es bei Verbunddampfmaschinen
bekannt ist. Die Zylinder liegen in dem Mantel oder Gehäuse I2, welches einen Umlauf
der Kühlflüssigkeit bestattet, und dieser Mantel bildet einen Teil der Dampferzeug
ngsvorrichtung.
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Wesentlich für die Erfindung ist es, daß die Zylinderwandungen heißer
gehalten werden, als es sonst üblich ist und daß sie auch einen gleichmäßigeren
Wärmegrad erhalten. Dies erfolgst dadurch, daß das Kühlmittel, welches Wasser oderDampf
sein kann, im Mantel eine verhältnismäßig hohe Temperatur, z. B. I5o° C, annimmt,
wodurch in den ganzen Zylinderwandungen eine Durchschnittstemperatur erzeugt wird,
die sich als ausreichend gezeigt hat.