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Aus wenigstens zwei Viertakthochdruckzylindern und wenigstens einem
gemeinsamen Zweitaktniederdruckzylinder bestehende Verbundbrennkraftmaschine Es
sind Verbundbrennkraftmaschinen bekannt, bei welchen zwei Viertakthochdruckzylinder
mit einem gemeinsamen Zweitaktniederdruck7vlinder durch Überströmkanäle und -ventile
verbunden sind, die im Niederdruckzylinder verdichtete Luft in die Hochdruckzylinder
zur Ausnutzung bei der Verbrennung in diesen übergeführt wird und die Verbrennungsgase
der Hochdruckzylinder außer in diesen durch Überführung in den N iederdruckzvlinder
auch in letzterem arbeiten, wobei dieser mit einer üblichen Spülanordnung versehen
ist.
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Die bekannten Maschinen dieser Art haben den Nachteil, daß eine gewisse
Menge der verdichteten Luft ständig in den Überströmkanälen zurückbleibt, also nicht
in die Hochdruckzylinder gelangt und in diesen für die Verbrennung nicht nutzbar
gemacht wird.
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Dieser Übelstand wird gemäß der Erfindung dadurch behoben, daß die
Überströmventile derart gesteuert werden, daß sie sich in ihren Öffnungszeiten so
weit überdecken, daß am Ende des Verdichtungshubes des Niederdruckzylinders die
gesamte in diesem Zylinder und den Überströmkanälen verdichtete Luft durch die Verbrennungsgase
eines oder mehrerer der Hochdruckzylinder, die den Arbeitshub ausgeführt haben,
in einen oder mehrere andere Hochdruckzylinder, die den Saughub ausgeführt haben,
übergeführt wird. Dementsprechend wird die gesamte oder fast die g es.amte im N
iederdruckzylinder verdichtete Luft für die Verbrennung in den Hoctidruckzylindern
nutzbar gemacht. Hierdurch ergibt sich eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades
der Maschine.
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Wie an sich bei ähnlichen Maschinen bekannt, sieht die Erfindung außer
der üblichen Spülung für den Niederdruckzylinder noch eine Zusatzspülung vor, und
zwar dient diese zum Austreiben der Verbrennungsgase aus den Überströmkanälen. Die
Zusatzspülleitungen sind in den Köpfen der Hochdruckzylinder bis zu den Überströmventilen
geführt und werden von diesen gesteuert, und zwar derart, daß die Spülleitungen
während des Spülvorganges im Niederdruckzylinder geöffnet werden, wobei Spülluft
aus diesen Leitungen durch die Überströmkanäle in den N iederdruckzylinder strömt.
Durch die Zusatzspülluft findet nicht nur eine gute Spülung der Überströmkanäle,
sondern, da die Luft über die Überströmventile geleitet wird, durch diese Luft gleichzeitig
eine wirksame Kühlung dieser Ventile statt.
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Bei Belastungsschwankungen kann eis vorkommen, daß die im Niederdruckzylin.der
verdichtete Luft nicht vollständig in die Hochdruckzylinder gelangt, weil die Dauer
der Überdeckungsperiode der Öffnungszeiten der Überströmventile nicht ausreicht.
Des-
| halb können die Überströrnventile gemäß der |
| Erfindung mit einer Einstellvorrichtung ver- |
| sehen werden, durch welche bei steigendem. |
| mittleren Druck oder bei steigender Drehza@b,.@ |
| der Maschine die Ventile von Hand c |
| selbsttätig so verstellt werden, daß die Übt',. |
deckungsper iode der Öffnungszeiten de-r"# Ventile in Abhängigkeit von der Druck--bzw.
Drehzahlerhöhung vergrößert wird. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei Belastungsschwankungen
am Ende des Verdichtungshubes des Niederdruckzylinders stets möglichst die gesamte
oder nahezu gesamte in ihm Lind den Überströmrohren verdichtete Luft in die Hochdruckzylinder
gelangt.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i eine schematische Darstellung von vier aufeinanderfolgenden
Stellungen der Arbeitsteile der Maschine gemäß einer Ausführungsform, Abb, 2 Druckdiagramme
für drei Zylinder, Abb.3 ein kombiniertes Druckdiagramm, Abb.d. eine scliematischeDarstellung,
welche die Arbeitsweise der Überströmventile veranschaulicht, Abb. 5 und 6 eine
Ausführungsform eines Überströmventils, Abb. 7 eine Seitenansicht einer Vorrichtung
zur Einstellung der überstrümventile und . Abb. 8, 9 und io schematische Darstellungen
von anderen Ausführungsformen der Maschine.
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Die Maschine gemäß Abb. i besteht aus zwei Viertakthochdruckzylindern
i und 2 und einem Zweitaktniederdruckzylinder 3, wobei die Kurbeln der Hochdruckzylinder
zur Kurbel des IN- iederdruckzylinders in einem Winkel von iSo° versetzt sind. Die
Hochdruckzylinder sind mit Brennstoffeinspritzz entilen 14 und 15 sowie ÜberStrörilventilen
12 und 13 versehen und werden wechselweise durch Überströmrohre io und i i zu bestimmten
Zeiten mit dem Niederdruckzylinder 3 verbunden. Der Niederdruckzylinder 3 besitzt
Auspuffschlitze 17 und Spülschlitze 16.
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In der Stellung A ist das erste Überströmventil 12 noch offen, und
der erste Hochdruckzvlinder i hat die Verbrennungsgase in den V iederdruckzylinder
3 gedrückt, der sich am Ende des Arbeitshubes befindet und die Entladung und Spülung
ausführt. Der zweite Hochdruckzylinder 2 andererseits befindet sich am Ende des
Verdichtungshubes, wobei das zweite Überströmventil 13 geschlossen ist, und beginnt
bei geöffnetem Einspritzventil 15 die Verbrennung.
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Zwischen den Stellungen
A und
B wird die Luft in dem
Niederdruckzylinder 3 durch den Kolben 6 verdichtet und in den ersten Hoch-
| druckzylinder i hinübergedrückt. Der zweite |
| Hochdruckzylinder 2 führt seinerseits den |
| Arbeitshub aus. In der Stellung B ist das |
| -.'^-."ste überströmventil 12 geschlossen und das |
| .-eite Überströmventil 13 geöffnet. Der |
| !." iederdruckzvlinder ist also von dem ersten |
w`Hoclidruclczylinder i abgeschnitten, während er mit dem zweiten Hochdruckzylinder
2 in Verbindung steht. Um zu verhiiten, daß in dieser Stellung ein Teil der im Niederdruckzylinder
3 verdichteten Lift in dem Verdichtungsraum 9 und in den Überströmrohren io und
i i zurückbleibt, also nicht in den ersten Hochdruckzylinder i zwecks Ausnutzung
für die Verbrennung übergeführt ilird, werden die Überströmventile derart gesteuert,
daß das Öffnen des zweiten Überströmventils 13 bereits einsetzt, bevor das erste
Überströmventil 12 sich schließt, so daß die verdichtete Luft des Niederdruckzylinders
durch die unter verhältnismäßig hohem Druck stehenden Verbrennungsgase des zweiten
Hochdruckzylinders 2 in -den Hozhdruckzylinder i übergeführt wird, wodurch es ermöglicht
ist, die gesamte oder nahezu die gesamte im Niederdruckzylinder 3 verdichtete Luft
für die Verbrennung auszunutzen. Da das Hochdruckverbrennungsgas die verdichtete
Luft des Niederdruckzylinders durch den glatten Raum im Kopf des letzteren hinaustreibt,
besteht sozusagen keine Gefahr, daß das Verbrennungsgas. mit der verdichteten Luft,
welche in den anderen Hochdruckzylindern strömt, vermischt wird. Zwischen den Stellungen
B und C führt der erste Hochdruckzylinder i den Verdichtungshub aus, und andererseits
werden die Verbrennungsgase des zweiten Hochdruckzylinders 2 durch den Kolben 5
in den Niederdruckzylinder 3 gedrückt, wobei der Niederdruckkolben 6 seinen Arbeitshub
ausführt.
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In der Stellung C befindet sich der zweite Hochdruckzylinder :2 am
Ende des Ausschubes, und beim Niederdruckzylinder 3 findet der Auspuff und die Spülung
statt. Gleichzeitig ist beim ersten Hochdruckzylinder i das Brennstoffeinspritzventil
geöffnet, und es beginnt die Verbrennung.
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Wie sich aus dem Gesagten ergibt, hat bei dem Übergang der Teile aus
der Stellung von A nach C über B der Niederdruckzylinder 3 ein vollständiges
Arbeitsspiel ausgeführt, während die Hochdruckzylinder i und 2 nur die Hälfte eines
Arbeitsspiels ausgeführt haben. Die zweite Hälfte des Arbeitsspiels der Hochdruckzylinder
findet beim Übergang der Stellungen der Teile von C zurück zu A über D statt. Während
dieser letzteren Hälfte des Spiels arbeitet der erste Hochdruckzylinder i in genau
der gleichen Weise wie der zweite Hochdruckzylinder
während der
ersten Hälfte des Arbeitsspiels, und der zweite Hochdruckzylinder 2 arbeitet in
genau der gleichen Weise wie der erste Hochdruckzylinder während der betreffenden
ersten Hälfte des Spiels.
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Die drei Diagramme r', 2' und 3' der Abb.@ sind die Druckdiagramme
für den ersten Hochdruckzylinder, den zweiten Hochdruckzylinder und den N iederdruckzylinder.
Das Drticl:volumendiagramm, welches sich durch die Vereinigung der Diagramme r',
a', 3' gemäß Abb. 2 ergibt, ist in Abb. 3 in vollen Linien dargestellt. Wenn die
in dein Niederdruckzvlinder und den Überströmrohren verdichtete Luft ganz in diesen
bleiben würde, so würde das kombinierte Druckdiagramm die in Abb.3 gestrichelt dargestellte
Form haben. Wenn nur ein Teil der betreffenden Luft in die Ilochdruckzylinder übergeführt
wird, so ergibt sich für das kombinierte Druckdiagramm eine von der in vollen und
gestrichelten Linien gezeigten abweichende Zwischenform. In Abb.3 ist E' der Verdichtungsraum
im Hochdruckzylinder und E" der Verdichtungsraum im :\ iederdruckzylinder einschließlich
der Überströmrohre. Es ist somit ersichtlich, daß die Verdichtung der Luft und die
Ausdehnung der Verbrennungsgase kontinuierlich durch das ganze Volumen nicht mir
einschließlich der Hochdruckzylinder und eines Niederdruckzylinders, sondern auch
der diese Zylinder verbindenden Teile stattfindet.
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Die Zeitdauer, während welcher die Ventile 1z und 13 geschlossen
und geöffnet sind, ist im wesentlichen die gleiche. Die Öffnungszeiten sind in Abb.
d. gezeigt, aus welcher ersichtlich ist, daß die Öffnungszeiten i2' und 13' der
Oberströmventile 12 und 13 sich um ein gewisses Maß überdecken.
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Eine Ausführungsform eines Überströmventils ist in den Abb. 5 und
6 gezeichnet. Das Ventil ist ein Kolbenschieber, der von einer Kurbelwelle bewegt
wird. Neben dem obenerwähnten Zweck hat das Ventil auch noch den Zweck, eine Hilfsspülluftleitung
18 zu steuern, durch welche die Ausspülung der Verbrennungsgase in den Überströmrohren
in den Stellungen A und C erfolgt. Gleichzeitig bewirkt die Zusatzspülluft
eine wirksame Kühlung der stark beanspruchten Ventile I2., 13.
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Wenn bei einer Verbundbrennkraftmaschine gemäß der Erfindung die Überdeckung
de'r Öffnungszeiten der beiden Überströmventile ohne Rücksicht auf die Belastung
der Maschine konstant gehalten wird, so kann es unter Umständen vorkommen, daß die
Maschine infolge der Schwankungen der Luftüberführung bei wechselnder Belastung
nicht mehr zufriedenstellend arbeitet. Wenn z. B. die Brennstoffzufuhr geändert
wird, so entsteht eine Änderung in dem Druckunterschied zwischen dem Verbrennungsgas
in dem Hochdruckzylinder, welcher den Arbeitshub ausgeführt hat, und der verdichteten
Luft in dein anderen Hochdruckzylinder, welcher den Saughub ausgeführt hat. Wenn
sich die minutliche Drehzahl der Maschine ändert, so ändert sich ebenfalls die Öffnungszeit
des Überströmventils. In diesen Fällen ist es zweckmäßig, die Luftüberführung .entsprechend
zu ändern. Lm stets eine genügende Luftüberführung unabhängig von der Belastung
zu erhalten, ist es also wünschenswert, Mittel vorzusehen, durch welche sich das
Maß der Überdeckung der Öffnungszeiten der beiden Ü berstrÖmventile entsprechend
der Änderung der Belastung ändern läßt. Da es beim Anlassen der Maschine nicht möglich
ist, die verdichtete Luft mittels der Verbrennungsgase in den Hochdruckzylinder
zu drücken, wird zu diesem Zweck die Anlaßluft benutzt, um die erste Zündung herbeizuführen.
In diesem Falle ist es ebenfalls wünschenswert, daß sich die Öffnungszeit der Überströmventile
entsprechend einstellen läßt. Zur Einstellung der Öffnungszeiten der beiden Ü berstrÖmventile
können verschiedene Mittel in Anwendung kommen. In Abb. 7 ist beispielsweise eine
Ausführung einer diesem Zweck dienenden Vorrichtung gezeigt. Das Ventil 12, welches
als Kolbenschieber ausgebildet ist, wird von einer Steuerwelle 23 über eine Verbindungsstange
22, einen Doppelhebel 20 und eine Pleuelstange r9 angetrieben und dient zur Regelung
des öffnens und Schließens der Überströmrohre zwischen den Hoch- _ druckzylindern
und einem Niederdruckzylinder. Der Doppelhebel 2o ist auf einem auf einer Welle
21 befestigten Exzenter gelagert. Durch Drehen der Exzenterwelle 2z um ihre Achse
können die wirksamen Stellungen der Überströmv entile und dementsprechend die Öffnungszeiten
derselben geändert werden. Die Einstellung erfolgt in der Weise, daß, wenn der mittlere
Druck steigt, die Überdeckungsperiode der öffnungszeiten der Ventile 12, 13 verlängert
wird, um die Luftzufuhr entsprechend der gesteigerten Brennstoffzufuhr zu verstärken.
Eine entsprechende Verlängerung der Überdeckungsperiode findet auch bei steigender
Drehzahl der Maschine statt. Die Verstellung des Exzenters 21 erfolgt von Hand oder
selbsttätig durch geeignete Vorrichtungen, z. B. vom Brennstoffregler aus.
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Anstatt der beschriebenen Kombination von zwei Hochdruck- und einem
Niederdruckzylinder können auch eine Reihe anderer Kombinationen vorgesehen werden,
Es kann z. B. ein Aggregat durch Vereinigung einer Mehrzahl
der
beschriebenen Arbeitseinheiten geschaffen werden, indem der Niederdruckzylinder
in zwei oder mehr Zylinder unterteilt wird, indem die Hochdruck- und/oder Niederdruckzylinder
als doppelt wirkende Zylinder ausgebildet werden oder indem die Anordnung der Zylinder
zueinander geändert wird.
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Die Abb. 8, 9 und io zeigen drei verschiedene Anordnungen. Gemäß Abb.
8 haben zwei Gruppen von Hochdruckzylindern und eine Gruppe von Niederdruckzylindern
drei verschiedene miteinander gekuppelte Kurbelwellen. Gemäß Abb. 9 sind vier Hochdruckzylinder
einem gemeinsamen Niederdruckzylinder zugeordnet. In Abb,. io sind zwei Hochdruckzylinder
mit zwei Niederdruckzylindern vereinigt.