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Verbrennungskraftmaschine, insbesondere Viertaktdieselmaschine, mit
Leistungserhöhung durch Nachladen. Die Erfindung bezieht sich auf V erbrennungskr
aftmaschinen, insbesondere Viertaktdieselmaschinen, mit Leistungserhöhung durch
Nachladen von vorverdichteter Luft. Sie betrifft im besonderen solche Maschinen,
bei denen am Ende des Ausdehnungshubes ein Teil der Abgase abgezapft wird, welcher
in eine Abgasturbine geleitet wird und zum Antrieb des Verdichters für die Nachladeluft
dienen kann, während der übrige Teil während des Ausschubhubes ins Freie gedrückt
wird.
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Die Erfindung bezweckt, eine Maschine dieser Art zu schaffen, bei
welcher die das Abzapfen der Abgase und das Einführen der Nachladeluft steuernden
Teile in ihrer Anordnung besonders einfach und dabei betriebstechnisch sehr zuverlässig
sind. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß das Abzapfen der
Verbrennungsgase und das Nachladen der Luft durch eine in der Wandung des Arbeitszylinders
angeordnete gemeinsame Schlitzreihe erfolgt, die vom Arbeitskolben in seiner unteren
Totlage freigelegt und durch einen Steuerschieber abwechselnd mit der Ableitung
für die Abgase und der Zuleitung für die Nachladeluft in Verbindung gebracht wird.
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Auf der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
dargestellt, und zwar zeigen Abb. i bis q. im Längsschnitt den Zylinder einer einfach
wirkenden Viertaktmaschine nebst Kolben und zugehörigen Steuerungsteilen in den
vier verschiedenen Lagen eines Arbeitsspiels, Abb. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5
der Abb. 2 und Abb. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Abb. 3.
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Der gekühlte Arbeitszylinder A ist nach oben zu durch den ebenfalls
gekühlten Dekkel B abgeschlossen, der das Einlaßventil C, das Auspuffventil D und
das Brennstoffeinspritzventil E in sich aufnimmt. In dem Zylinder A arbeitet der
Kolben F. Dieser legt in seiner unteren Totpunktlage (Abb._ a und q.)
eine
Schlitzreihe a1 in der Zylinderwand frei, die in eine mit Rücksicht auf die Größe
des schädlichen Raumes sehr niedrig gehaltene Seitenkammer G von etwa der Höhe der
Schlitze a1 mündet. Diese Kammer wird von einem Schieberzylinder H durchsetzt, in
dem eine Schlitzreihe hl angeordnet ist, die von einem Kolbenschieber .T gesteuert
wird. An das obere Ende .des Schieberzylinders H ist mittels eines rechtwinklig
umbiegenden Stutzens h2 eine z. B. nach einer (nichtdargestellten) Abgasturbine
führende Leitung K angeschlossen, während entsprechend an einen am unteren Ende
des Schieberzylinders H angeordneten Stutzen h3 eine von einem (ebenfalls nichtdargestellten)
Verdichter kommende Leitung L angeschlossen ist. Die Schieberstange PI führt
durch eine Stopfbüchse h¢ hindurch zu einem Kreuzlcopf N, der durch eine Schubstange
0 mit einem Kurbeltrieb P in Verbindung steht. Die Welle O der Kurbel P wird von
der Motorwelle mit halber Drehzahl angetrieben. Unterhalb der Schlitzreihe a1 des
Arbeitszylinders ist eine zweite Schlitzreihe a2 vorgesehen, die in einen in der
Zylinderwand angeordneten Kanal a3 mündet, .der durch einen Stutzen a4 und eine
(nichtdargestellte) Rohrleitung mit der Auspuffleitung in Verbindung steht (siehe
Abb. 6). Durch eine im Kolben F vorgesehene Ausnehmung von halbkreisförmigem Querschnitt
f l können die Schlitzreihen a1 und a2 in der oberen Totpunktlage des Kolbens miteinander
verbunden werden.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist fol= gende: In Abb. z nimmt der
Kolben F seine obere Totlage am Ende des Kompressionshubes ein, und der Schieber
T befindet sich in derjenigen Stellung, in welcher er die Schlitzreihe a1 abdeckt.
Die hierauf erfolgende Zündung und Verbrennung treibt den Kolben abwärts, wobei
die Verbrennungsgase sich entspannen. Am Ende des Ausdehnungshubes (Abb. a) hat
die obere Steuerkante des Kolbens F die Schlitzreihe a1 freigelegt. Gleichzeitig
befindet sich auch der Schieber l ungefähr in seiner unteren Totlage, so daß die
Schlitze hl ganz offen sind. Die im Zylinder befindlichen Verbrennungsgase, die
noch eine bestimmte Spannung, z. B. etwa o,7 Atm. Überdruck, besitzen, strömen nun
durch die Schlitze a1 in die Seitenkammer G und von da: durch die Schlitze hl in
den Raum le und über die Leitung K etwa in die Abgasturbine, wo sie Arbeit leisten.
Bei der nun folgenden Aufwärtsbewegung schließt der Kolben F die $chlitzea' wieder
ab und schiebt die noch im. Zylinder befindlichen Abgase durch das sich öffnende
Auslaßventil D ins Freie. Gleichzeitig hat sich auch der Schieber 1 nach
oben :bewegt und nimmt bei der oberen Totpunktlage des Kolbens F die aus Abb. 3
ersichtliche Stellung ein. Diese Aufwärtsbewegung des Schiebers setzt sich auch
während des folgenden abwärts gerichteten Ansaugehubes des Kolbens F fort, und sobald
der Kolben F am Ende des Ansaugehubes mit seiner oberen Steuerkante die Schlitze
a1 wieder geöffnet hat (Abb.4), befindet sich der Kolbenschieber T etwa in seinem
oberen Totpunkt, so daß die Verbindung des Zylinderinnern über a1, G, hl,
h' mit der Preßluftleitung L hergestellt ist. In dieser Stellung (Abb. 4)
strömt vom Verdichter her durch die Leitung L Luft, die auf etwa o,7 Atm. Überdruck
verdichtet ist, in den Arbeitszylinder A. Durch diese Nachladung wird die im Zylinder
befindliche angesaugte Luft auf ebenfalls ungefähr o,7 Atm. verdichtet, was eine
Leistungssteigerung von etwa 50 Prozent zur Folge hat, wenn der Luftüberschuß
für den Arbeitsvorgang .derselbe bleibt wie beim Betrieb ohne Vorverdichtung.
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Bei dem beschriebenen Vorgange stellt sich aber folgende Schwierigkeit
ein: Nachdem die Abgase am Ende des Ausdehnungshubes (Abb. a) durch die Schlitze
a1 und lal und die Leitung K hindurch an die Verbrauchsstelle, z. B. in die Abgasturbine,
übergeströmt sind und die Schlitze a dann durch den Kolben F wieder verschlossen
sind, bleibt die Kammer G noch mit Abgasen gefüllt. Wenn dann am Ende des Ansaugehubes
(Abb. 4) die vorverdichtete Luft in den Arbeitszylinder A eingeführt wird, würde
diese die in der Kammer G zurückgebliebenen Abgase vor sich her in das Zylinderinnere
blasen, wodurch die angestrebte gute Verbrennung stark beeinträchtigt werden würde.
Dieser Nachteil wird vermieden durch die Anordnung der Schlitze a2 und der Einschnürung
f1 im Kolben F, Wenn nämlich nun der Kolben am Ende des Auspuffhubes seine obere
Totpunktlage (Abb. 3) erreicht hat, so sind .die Schlitze a1 und a2 durch die Einschnürung
f1 miteinander verbunden. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß in der oberen
Totpunktlage (Abb. 3) der Kolbenschieber I von unten kommend die Schlitzreilie hl
mit seiner unteren Steuerkante schon ein klein wenig geöffnet hat. Es strömt dann
schon eile kleine Menge Luft vom Verdichter über L_ und h3 in die Kammer G und spült
die darin befindlichen Abgase auf dem Wege dl, f l-, a' in den Ringkanal
a' (Abb. 6) und von da in die Abgasleitung. Bei Beginn der Nachladung ist daher
die ganze Kammer G bereits mit reiner Luft gefüllt.
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Die Verbindung der Schlitze a1 und a2 durch die Einschnürurig f1 des
KQlbens tritt aber auch bei der -auf den Verdichtungsbub
folgenden
oberen Totlage des Arbeitskolbens (Abb. i) ein. Würde in dieser Lage der Schieber
J entsprechend wie vorher die Schlitze hl bereits, und zwar diesmal mit seiner oberen
Steuerkante, um einen kleinen Betrag geöffnet haben, so würde ein Teil der im Schieberzy
linder H bzw. im Stutzen h2 und der Leitung K befindlichen Abgase in die Kammer
G eintreten und nach Verdrängen der dort eingeschlossenen reinen Luft auf dem Wege
a1, f l.' a2, a3, a1 ins Freie ausströmen. Das würde aber einen Leistungsverlust
für die Turbine bedeuten, und außerdem würde das häufige Hindurchströmen der heißen
Abgase durch die Schlitze hl eine zu rasche Abnutzung derselben zur Folge haben.
Dieses unerwünschte vorzeitige Öffnen der Schlitzehe und dessen nachteilige Folgen
werden nun in einfacher Weise dadurch verhindert, daß die Kurbelwelle Q seitlich
neben die Achse der Schieberstange M verlegt ist. Bei dieser Anordnung wird nämlich
der Hubverlauf des Schiebers unsymmetrisch. Durch entsprechend weiter seitliches
H.erausverlegen der Kurbelwelle Q läßt sich dabei erreichen, daß der Schieber bei
seinem Abwärtsgang die Schlitze hl später öffnet als beim Aufwärtsgang, so daß während
der Zeit, in der die Einschnürung f1 nach dem Verdichtungshub die Schlitze a1 und
a2 miteinander verbindet, die Schlitze hl noch vollkommen geschlossen sind. Ein
Verdrängen der in der Kammer eingeschlossenen reinen Luft und Ausströmen der Abgase
ins Freie wird hierdurch mit Sicherheit vermieden. Hierbei wird zugleich noch der
Vorteil erreicht, daß die Steuerungsteile N, 0, P, Q leicht zugänglich und
der Einwirkupg der heißen Abgase vollständig entzogen sind.
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Die Erfindung ist natürlich nicht auf die Verwendung eines Kurbeltriebes
mit seitlichem Angriff beschränkt, sondern die beschriebene Wirkungsweise des Schiebers
kann auch durch andere Arten von Steuerungen, beispielsweise mit Hilfe einer Nockenscheibe,
erzielt werden.