DE938158C - Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder - Google Patents

Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder

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DE938158C
DE938158C DEK18844A DEK0018844A DE938158C DE 938158 C DE938158 C DE 938158C DE K18844 A DEK18844 A DE K18844A DE K0018844 A DEK0018844 A DE K0018844A DE 938158 C DE938158 C DE 938158C
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DE
Germany
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cylinder
low
working
internal combustion
combustion engine
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Expired
Application number
DEK18844A
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English (en)
Inventor
Johann Dipl-Ing Keylwert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kloeckner Humboldt Deutz AG
Original Assignee
Kloeckner Humboldt Deutz AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/06Engines with prolonged expansion in compound cylinders
    • F02B41/08Two-stroke compound engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/025Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle two

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Zweitaktbrenn:kraftmaschine mit Nachexpansion in einem Nsederdruckzylinder, die mindestens vier oder ein Mehrfaches dieser Zahl an, auf zwei Reihen symmetrisch verteilten Arbeitszylindern besitzt, wobei die beiden Zylinderreihen in V-Form unter go° geneigt zueinander angeordnet sind und je vier paarweise gegenüberliegenden Arbeitszylindern ein einziger, doppelt wirkender, im V-Raum zwischen diesen Zylindern angeordneter und mit der doppelten Brennkraftmaschinendrehzahl angetriebener Niederdruckexpansionskolben zugeordnet ist.
  • Durch die Nachexpansion der aus den Arbeitszylindern austretenden Abgase in einen Niederdruckzylinder wird eine Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades erreicht. Sinn allerdings hat eine solche Maßnahme nur, wenn der zu ihrer Durchführung erforderliche bauliche Mehraufwand in einem noch tragbaren Verhältnis zu dem erreichbaren Leistungsgewinn steht. Dies ist eine Überlegung, die bei der Entwicklung einer bekannten, mit Nachexpansion arbeitenden Drennkraftmaschine nicht in ausreichendem Maß beachtet wurde. Es handelt sich in diesem Falle um eine mehrzylindrige Verbund-Explosionskraftmaschine, bei welcher je vier paarweise in V-Form zueinander stehenden Hochdruckzylindern ein im V-Raum untergebrachter gemeinsamer Niederdruckzylinder zugeordnet ist. Zur Steuerung der aus den Hochdruckzylindern in den Niederdruckzylinder übertretenden Gase sind vier besonders angetriebene Drehschieber vorgesehen. Diese Schieber mit den zugehörigen Antriebsteilen stellen nicht nur einen großen baulichen Aufwand dar; sondern führen, da sie stehend zwischen je zwei Zylindern einer Reihe angeordnet sind, in Zusammenarbeit mit dem ebenfalls stehend angeordneten Niederdruckzylinder zwangläufig zu langen Verbindungsleitungen. Diese Nachteile sind bei der erfindungsgemäßen Maschine insofern vermieden, als bei ihr der Niederdruckexpansionszylinder so angeordnet ist, däß die Längsachse seines Kolbens rechtwinklig zur Kurbelwellenlängsachse in einer rechtwinklig die letztere schneidenden Ebene verläuft und daß die Laufbüchse des Niederdruckzylinders als zwangläufig von der Brennkraftmaschne angetriebener Schieber zur Steuerung der Ein- und Austrittsquerschnitte der Arbeitsräume des Zylinders ausgebildet ist. Es ergeben sich bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine gegenüber der bekannten bei geringeremBauaufwand wesentlichkürzere Verbindungsleitungen zwischen dem Nachexpansionszylinder und den Arbeitszylindern. Kurze Verbindungsleitungen aber sind mit Rücksicht auf die Vermeidung von Strömungsverlusten sehr erwünscht.
  • Infolge der Ausbildung der Laufbüchse des Niederdruckzylinders als Steuerschieber ist noch die . Möglichkeit gegeben, die Ladung in den Arbeitszylindern zu erhöhen, indem mittels des Steuerschiebers die Verbindung zwischen den Auslaßöffnungen der Arbeitszylinder und den Arbeitsräumen des Niederdruckexpansionszylinders unterbrochen wird, bevor die Auslaßöffnungen an den Arbeitszylindern schließen. -Die Verdichtung in den Arbeitszylindern beginnt also früher, als dies auf Grund ihrer eigenen Schlitzsteuerung möglich wäre.
  • Das Arbeitsspiel eines jeden Arbeitszylinders der erfindungsgemäßen Maschine nimmt in Verbindung mit dem Niederdruckexpansionszylinder folgenden Verlauf: Wenn der Auslaß des betrachteten Arbeitszylinders öffnet, steht der Niederdruckkolben in seiner diesem Arbeitszylinder zugewandten Totpunktlage. Kurz- vor Eintreffen in der Totpunktlage gibt der Steuerschieber des Niederdruckzylinders die überströmöffnungen zwischen der Abgasleitung des Arbeitszylinders und dem Arbeitsraum des Niederdruckkolbens frei, so daß die im Arbeitszylinder nicht restlos entspannten Verbrennungsgase in den Arbeitsraum des Niederdruckzylinders übertreten können. Es erfolgt im Niederdruckzylinder eine Nachexpansion, die unter Vermittlung des Niederdruckkolbens in an die Kurbelwelle abgegebene mechanische Leistung umgesetzt wird. Nach Zurücklesung von go ° der Brennkraftmaschinenkurbel befindet sich der Niederdruckkolben in der anderen Totlage. Der Steuerschieber gibt den expandierten Abgasen den Weg nach außen frei und steuert dann, etwa bei Abschluß der Einlaßöffnungen des Arbeitszylinders, die Überströmöffnungen zwischen Arbeitszylinder und Niederdruckzylinder zu. Sobald die Überströmschlitze geschlossen sind, beginnt in dem Arbeitszylinder schon die Verdichtung.
  • Nach Drehung der Brennkraftmaschinenwelle um weitere go ° Kurbelwinkel wiederholt sich dasselbe Arbeitsspiel für den dem betrachteten Arbeitszylinder benachbarten Zylinder. Die Spülung der Arbeitszylinder erfolgt in Ausgestaltung der Erfindung zweckmäßig so, daß zunächst ein Durchspülen des Arbeitszylinders in den Niederdruckzylinder hinein stattfindet und sich für die Dauer der Zeitspanne, während der der Austrittsquerschnitt des Niederdruckzylinders schon aufgesteuert ist, sein Eintrittsquerschnitt jedoch noch frei liegt, eine vollkommene Durchspülung anschließt.
  • In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine beispielsweise dargestellt.
  • Abb. i zeigt den Aufbau einer kolbengesteuerten Zweitaktbrennkraftmaschine im Ouerschnitt; Abb. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise der Maschine nach A11. i an Hand eines Steuerdiagramms; Abb. 3 zeigt die Maschine nach Abb. i im Schnitt nach der Linie III-III.
  • In Abb. i sind die Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine mit i und 2 bezeichnet, deren nicht gezeichnete Arbeitskolben auf die Kurbelwelle 3 arbeiten. In dem von den beiden Zylindern unter go ° gebildeten V-Raum ist ein Niederdruckexpansionszylinder 4 angeordnet, in dem ein von der Brennkraftmaschine über eine besondere Welle 5 angetriebener, doppelt wirkender Kolben 6 arbeitet. Der Niederdruckzylinder 4 arbeitet sowohl mit den gezeichneten Zylindern i und 2 als auch mit zwei dahinterliegenden, nicht sichtbaren Zylindern, insgesamt also mit vier Arbeitszylindern zusammen. Die Arbeitsräume 7 und 8 des Niederdruckzylinders 4 sind mit Auslaßöffnungen g bzw. io und Eintrittsöffnungen ii bzw. 12 versehen. Durch die Öffnungen i i und 12 treten die Abgase aus den Arbeitszylindern nach Aufsteuerung der Auslaßschlitze, beim Zylinder 2 beispielsweise der Schlitze 13, in die Arbeitsräume 7 und 8 des Niederdruckzylinders 4 ein. Die Überströmleitungen 14 und 15 sind sehr kurz, so daß Strömungsverluste weitgehend vermieden sind. Die Auslaßquerschizitte g und io sowie die Eintrittsquerschnitte i i und 12 des Niederdruckzylinders 4 werden durch einen als Laufbüchse dienenden, von der Welle 5 angetriebenen Schieber 15" so gesteuert, daß bei guter Ausnutzung der Energie der nachexpandierenden Gase eine noch einwandfreie Durchspülung der Brennkraftmaschine erreicht wird.
  • Aufschluß über die Wirkungsweise der oben beschriebenen Brennkraftmaschine gibt das Steuerdiagramm gemäß Abb.-2. In dem Steuerdiagramm ist der innere Kreis X der mit der Winkelgeschwindigkeit w umlaufenden Brennkraftmaschinenkurbel zugeordnet. Äuf dem mittleren Kreis Y sind die Steuerzeiten des die- Ein- und Auslaßöffnungen i i und 12 bzw. 9 und io des Niederdruckzylinders 4. steuernden' Schiebers 15a, bezogen auf die Stellungen der Brennkraftmaschinenkurbel, eingezeichnet. Auf dem äußeren Kreis Z sind die Totlagen des NTiederdruckexpansionskolbens 6, dessen Kurbel mit der Winkelgeschwindigkeit 2 u, umläuft, ebenfalls bezogen auf die Stellungen der Brennkraftmaschinenkurbel, eingetragen. Unter »innere Totlage« (»i. T.«) ist jeweils die Einstellung der Kolben zu verstehen, bei der dieselben ganz in den Zylinder eingefahren, unter »äußere Totlage« (»ä. T.«) die Stellung, bei der sie ganz ausgefahren sind, wobei an dem Niederdruckzylinder 4 das dem hier untersuchten Arbeitszylinder 2 zugewandte, den Arbeitsraum 7 begren-. zende Ende zu betrachten ist. Des weiteren bedeuten auf dem Kurbelkreis X die Bezeichnungen »A. ö.« Auslaß öffnet, »A. s.« Auslaß schließt, »E. ö.« Einlaß öffnet und »E. s.« Einlaß schließt. Auf dem Kurbelkreis Y bedeuten »a. s.« Auslaßöffnung 9 schließt, »a. ö.« Auslaßöffnung öffnet, »ü. ö.« Übertrittsöffnung ii zwischen dem Arbeitsraum des Niederdruckzylinders und dem Arbeitszylinder öffnet und »ü. s. « Übertrittsöffnung i i schließt. Läßt man die Brennkraftmaschinenkurbel im Uhrzeigersinn von »i. T.« aus umlaufen, so sieht man, daß die Übertrittsöffnung i i zum Arbeitsraum 7 des Niederdruckzylinders 4 schon offen ist, bevor die Auslaßöffnungen 13 des Arbeitszylinders aufgesteuert werden. In dem Augenblick, wo diese Auslaßöffnungen 13 des Zylinders 2 aufgesteuert werden, steuert der Schieber 15" die Auslaßöffnung 9 zu, wobei sich der Niederdruckkolben 6 in äußerer Totlage befindet. Die Abgase strömen in den Arbeitsraum 7 des Niederdruckzylinders ein und beaufschlagen den in die innere Totpunktstellung zurückgehenden Kolben 6. Die während der Expansion geleistete Arbeit wird über die Welle 5 des Niederdruckzylinders 4 an die Brennkraftmaschine abgegeben. In dem Augenblick, in dem der Niederdruckkolben 6 seine innere Totlage durchläuft, befindet sich der Arbeitskolben des Zylinders .2 bereits wieder auf dem Rückweg in die innere Totlage, d. h., er ist im Begriff, die Einlaßöffnungen 16 wieder zu schließen. Bevor dies geschieht, hat der Steuerschieber 15" schon die Auslaßöffnung 9 aufgesteuert, so daß die expandierten Abgase vom zurückgehenden Kolben 6 ausgeschoben werden können, während, da die Übertrittsöffnung i i noch offen ist, der Brennkraftmaschinenzylinder 2 so lange durchgespült werden kann, bis seine Einlaßöffnungen 16 zugesteuert sind. Gleichzeitig mit diesen Einlaßöffnungen 16 wird vom Steuerschieber 15" die Überströmöffnung i i zugesteuert, so daß abweichend von der normalen kolbengesteuerten Brennkraftmaschine der Kolben des Arbeitszylinders 2 schon unmittelbar nach Abschluß der Einlaßöffnungen 16 mit der Verdichtung beginnen kann. Er verdichtet, bevor die Auslaßöffnungen geschlossen sind.
  • Abb. 3 zeigt den Niederdruckzylinder 4 der Brennkraftmaschine nach Abb. i im Längsschnitt. Der Antrieb des Kolbens 6 und des Schiebers 15" erfolgt über eine einzige Welle 5 mittels auf dieser sitzender Exzenter 17 bzw. 18.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder, die mindestens vier oder ein Mehrfaches dieser Zahl an auf zwei Reihen symmetrisch verteilten Arbeitszylindern besitzt, wobei die beiden Zylinderreihen in V-Form unter 9o° geneigt zueinander angeordnet sind und je vier paarweise gegenüberliegenden Arbeitszylindern ein einziger, doppelt wirkender, im V-Raum zwischen diesen Zylindern angeordneter und mit der doppelten Brennkraftmaschinendrehzahl angetriebener Niederdruckexpansionskolben zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Niederdruckexpansionskolbens rechtwinklig zur Kurbelwellenlängsachse in einer rechtwinklig die letztere schneidenden Ebene verläuft und daß die Laufbüchse des Niederdruckzylinders als zwangläufig von der Brennkraftmaschine angetriebener Schieber zur Steuerung der Ein-und Austrittsquerschnitte der Arbeitsräume des Zylinders ausgebildet ist. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Steuerschiebers von der Kurbelwelle des Niederdruckkolbens aus erfolgt. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmquerschnitte zwischen den Arbeitszylindern und den Arbeitsräumen des Niederdruckzylinders nach beendeter Expansion in letzterem vor Abschluß der Auslaßöffnungen der Arbeitszylinder zugesteuert werden. 4. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßquerschnitte an den Arbeitsräumen des Niederdruckzylinders nach erfolgter Expansion vor Abschluß der Eintrittsquerschnitte freigegeben werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften \Tr. 174 858, 546 46o, 514778.
DEK18844A 1953-07-18 1953-07-18 Mehrzylindrige Zweitaktbrennkraftmaschine mit Nachexpansion in einem Niederdruckzylinder Expired DE938158C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1147083B (de) * 1959-12-29 1963-04-11 Emma Ziegler Geb Schlegel Geraeuscharme, umlaufende Gegenkolben-Brennkraftmaschine
DE3428681A1 (de) * 1984-08-03 1984-12-20 Heinz Dipl.-Ing.(FH) 7406 Mössingen Hutzenlaub Verfahren zur steuerung des zylinderdrucks und der fremdenergiefreien zuendung bei brennkraft-kolbenmaschinen, insbesondere bei otto-, diesel- und vielstoffmotoren
AT518217A1 (de) * 2015-12-15 2017-08-15 Ing Markus Dornauer Dipl Nutzung von Abgasenthalpie beim Zweitakt-Dieselmotor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE174858C (de) *
DE514778C (de) * 1928-06-26 1930-12-24 Paul Auriol Verbundbrennkraftmaschine
DE546460C (de) * 1930-02-11 1932-03-12 Carl H Knudsen Doppelt wirkende Zweitaktbrennkraftmaschine

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