DE363758C - Compound internal combustion engine - Google Patents

Description

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.Compound internal combustion engine. The invention is a Internal combustion engine, in which, after ignition, the gases in a high-pressure cylinder expand partially and then be transferred to a low-pressure cylinder, in which further expansion takes place. According to the invention, the cylinder walls and the other surfaces that the burned gases face during expansion in Come into contact at temperatures kept where steam from such pressure is generated that it can be used to generate force. The order is made so that the steam initially partially on the back of the High pressure piston of the internal combustion engine expands and then to the further Expansion is performed on the back of the piston of the low pressure cylinder. The hot cooling ensures that the pressure of the gases in the high-pressure cylinder high after the expansion at the time of the outflow into the low pressure cylinder is enough to still do effective work in the low pressure cylinder. aside from that the heat losses of the gases during combustion are reduced as a result of the hot cooling, Expansion and transfer are reduced and the mechanical efficiency is reduced the effect of the steam on the pistons during the idle strokes of the combustion circuit elevated.

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.The actual temperature at which the cylinder walls and the remaining surfaces are held can be different. Without a specific one To want to determine the degree of warmth, it can be assumed that a temperature of 175 Abis 2oo ° C is sufficient. For this purpose, the cylinder jacket is used as part of a Steam generator and the coolant, which can be steam or water, is fed to this jacket at a temperature of about 150 ° C. With compliance These temperatures can produce steam from your coat of one temperature and one pressure whose expansion can be effectively used.

Die Zeichnung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, und zwar ist Abb. i ein Schnitt durch eine gemäß der Erfindung ausgeführte Verbrennungskraftmaschine.The drawing shows an example embodiment of the invention, namely Fig. i is a section through an internal combustion engine constructed in accordance with the invention.

Die Abb. 2 bis d4 zeigen schematisch die einzelnen Kurbelstellungen.Fig. 2 to d4 show schematically the individual crank positions.

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.In the drawing is the high pressure combustion cylinder with i, the Low-pressure cylinder designated with 2. The outlet openings 3 of the high pressure cylinder lead into the low pressure cylinder 2. The two cylinders i and 2 are made of one Component made with the exhaust ducts 3 of the high pressure cylinder i, and the latter lead immediately after the working space d4 of the low pressure cylinder 2. That of the crankshaft the opposite end of the cylinder is closed off by a valve. The valve 6a of the high pressure cylinder controls the inlet openings io and the valve 6 of the low pressure cylinder controls the outlet openings B.

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.Pipes or lines ioa are connected to the inlet openings Io which lead through the jacket I2. The fuel-air mixture is fed through these lines drawn in after the inlet openings io. Similarly arranged tubes 8a go from the Outlet channels 8 and lead the exhaust gases in, the housing 7 of the waste heat generator. The cylinder jacket i2 is filled with a cooling liquid, which is steam or water of relatively high temperature, e.g. B. i5o ° C, and serves to the Maintain the cylinder at the desired working temperature while pulling out the cylinder walls The heat absorbed serves to produce steam of a suitable temperature and a suitable one To generate pressure for use in the machine.

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.The end of the cylinder facing away from the combustion chamber forms the steam cylinder, in which the work released by the steam expansion is transferred to the pistons will. The steam is admitted in the usual manner through suitably arranged valves and discharged, and it acts first on the back of the high pressure piston and on it on the back of the low pressure piston.

Die Bauart und die Anordnung sind so, daß folgender in Abb. 3 und 4 schematisch dargestellter Kreislauf entsteht.The design and the arrangement are such that the following in Fig. 3 and 4 schematically shown circuit arises.

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.The ignition and combustion take place in the high-pressure cylinder i the period between the crank positions a and b, then the expansion takes place from crank position b to crank position c. The opening 3 is now released (see Fig. i). It remains open from c to d, so that the gases from the High pressure cylinder can be done in the low pressure cylinder, whereupon the low pressure piston its downward movement begins. Open immediately after releasing opening 3 the inlet openings io and remain between the crank positions c and f (Fig. 3) open. During this time the pressure cylinder is given a fresh charge supplied under overpressure. Simultaneously or shortly after the opening of the inlet openings io (crank position dl in Fig. 4) open the outlet channels 8,, d. h: so still .before opening 3 is closed. This makes high pressure and low pressure cylinders at the same time associated with the exhaust. The simultaneous release the openings 3 and the outlet channels 8 takes place only for a short period of time, which, however, is sufficient for a complete flushing of the high pressure cylinder, whereupon then de opening 3 through. the upward movement of the high pressure piston yes again will be closed. The outlet channels 8 remain in Alb. 4th between d1 and d1 open time. It can be seen from this that the effective Stroke of the low-pressure piston 2a only a small part (crank position b1, d1) of the entire downward movement. The period of this effective stroke (b1, d1) however, is sufficient to do effective work, and this worker is just doing during the time when which of the high pressure bulges is near its lower From Fig. D4 it can also be seen that the compression in the low-pressure cylinder lasts from a1 to b1. The resulting pressure is used to control the low-pressure piston bring it over its top dead center. The opening 3 eats open while being moves the crank from b1 to cl. The channels 8 are opened at point dl.

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.The pressure in the chamber 7 is lower than the external air pressure, as a result of the cooling of the liquid flowing through tube g and as a result the velocity of the gases as they exit through opening IIa. the Gases are cooled in the chamber 7, and this creates a partial negative pressure, whereby the evacuation of the gases still in the low pressure cylinder is effected. Before the opening 3, which from the high pressure cylinder after the low pressure cylinder leads, finally closes, opens the valve 6a, which the high pressure cylinder closes at the top, and a new charge is introduced or pressed in. These enters the cylinder through the openings Io and simultaneously effects, in particular when it is pressed in, the pressing out of the high pressure cylinder is still about located gases in the low pressure cylinder.

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.The piston now compresses the new filling in the upward gear, while the outlet and inlet ports of this cylinder are closed. In the meantime the pressure in the chamber 7 rises because the exhaust gases come out of the low pressure cylinder entered this Chamber. As a result, the valve i i opens, which the chamber 7 closes, and the cooled exhaust gases are discharged into the outside air. The valve 6 closes the exhaust lines 8a before the upstroke of the low pressure piston is completed (crank position a1 in Fig. 4), and that in the low-pressure cylinder gases remaining from the previous stroke are compressed to such an extent that their Pressure exceeds the pressure of the gases in the high pressure cylinder when the overflow openings 3 between the cylinders are released. These compressed Gases then expand again until the pressure in the low-pressure cylinder is around the pressure of the overflow gases of the high pressure cylinder is equal, and with this expansion the low-pressure piston is moved just above its dead center. Thereupon takes place again the release of the overflow opening 3 (point b1 in Fig. 4) from the high pressure cylinder, and the cycle repeats itself.

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.The one in the cooling water jacket or another steam generation point extracted steam is introduced to the back of the high-pressure piston, it expands there and is passed from here to the back narrowing of the low-pressure piston. It acts here on a larger piston cross-section, as is the case with composite steam engines is known. The cylinders are located in the jacket or housing I2, which one revolution the coolant is buried, and this jacket forms part of the steam generator ng device.

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.It is essential for the invention that the cylinder walls are hotter than is usual and that they are also more even Preserve the degree of warmth. This is done by the fact that the coolant, which is water or steam can be a relatively high temperature in the jacket, e.g. B. 15o ° C, assumes whereby an average temperature is generated in the entire cylinder walls, which has proven to be sufficient.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Venbundverbrennungskraftmaschine, bei welcher de entzündeten. Gase in einem Hochdruckzylinder teilweise expandieren und alsdann in ebnen N:ie.derdruckzylinder übergeführt werden, ein dem eine weitere Expansion stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwandungen und andere Flächen, mit denen die Gase lvährend .der Expansion ii-n Berührung kommen, auf Temperaturen gehalten werden, ,bei denen -Dampf von :hohem Druck erzeugt #werden kann, und daß der Dampf zunächst teilweise auf der Rücksaite des Hochdruckkolbens der Verbrennungskraftmaschine expandiert und dann zur weiteren Expansion auf 'die Rückseite des Kolbens des Niederdruckzyl.inders geführt wird.PATENT CLAIM: Combined internal combustion engine, in which de ignited. Gases partially expand in a high pressure cylinder and then level in N: ie.the pressure cylinder be transferred, to which a further expansion takes place, characterized in that that the cylinder walls and other surfaces with which the gases are during the expansion ii-n come into contact, be kept at temperatures at which -vapor of: high Pressure can be generated, and that the steam is initially partially on the back string of the high pressure piston of the internal combustion engine expands and then to the further Expansion on 'the back of the piston of the Niederdruckzyl.inders is performed.