DE2812199A1 - Reciprocating internal combustion engine - has gases transferred between cylinders of different sizes to increase effective compression ratio - Google Patents
Reciprocating internal combustion engine - has gases transferred between cylinders of different sizes to increase effective compression ratioInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract
Description
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H.-J. Hübner, Heppenheim 2812 ι 99_ 13 -
H.-J. Hübner, Heppenheim 2812 ι 99
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Der Verbrennungs-Verbundmotor stellt einen zweistufig expandierenden Kolben-Motor als ¥ärmekraftmaschine dar, der bei hohen Kompressionsdrücken mit druck— und temperaturentlastend gesteuerter innerer Verbrennung betrieben wird.The internal combustion engine represents a two-stage expanding Piston engine as a poor engine that works at high compression pressures with pressure and temperature relieving controlled internal combustion is operated.
Das bisherige Hindernis der technischen Anwendung zweistufiger Expansion von Verbrennungsgasen innerhalb von Verbrennungsmotoren, besteht bei den bisher sehr hoch auftretenden Verbrennungsgas-Temperaturen durch die bislang die höheren Motor-Arbertsgasdrücke der Verbrennungsgase gewährleistet sind - in der physikalischen Unzulänglichkeit, das Verbrennungsgas trotz ausreichender Motorkühlung - ohne größere Druck-Temperatur- und Strömungsverluste - über Expansions-Verbindungskanäle mitsamt den zwischengeschalteten Zylinderstufen-Ventilen, in die den Verbrennungs-Zylindern dann nachgeschalteten, größeren Expansions-Verbundzylinder zu transferieren.The previous obstacle to the technical application of two-stage expansion of combustion gases within internal combustion engines, persists at the previously very high combustion gas temperatures which up to now the higher engine working gas pressures of the combustion gases are guaranteed - in the physical inadequacy that Combustion gas despite sufficient engine cooling - without greater pressure-temperature- and flow losses - via expansion connection channels together with the interposed cylinder stage valves into which the Combustion cylinders are then followed by larger expansion composite cylinders to transfer.
Der Verbrennungs-Verbundmotor wird durch besondere Konstruktions- und Steuerungs-Maßnahmen, bei kleinstmöglichen Kanal-Schadräumen, jedoch großvolumigen Zylinderstufen-Kompressions-Räumen Vp und V3 mit daher jeweils großem Luftverhältnis und niederen Verbrennungs-Temperaturen T4, bei großem Verbundmotor-Expansionsverhältnis Q*es ~ zum Zweck eines hoch erzielbar thermischen Motor-Virkungsgrades^, - strömungsverlustarm, sowie druck- und temperaturentlastend gesteuert. Pur die Yärmekraftmaschinen-Prozeßart ist Abgas-Turboaufladung vorgesehen.The internal combustion engine is made possible by special design and control measures, with the smallest possible duct clearance, but large-volume cylinder stage compression chambers Vp and V3 with therefore each large air ratio and low combustion temperatures T4, with a large engine expansion ratio Q * es ~ for the purpose of a highly achievable thermal engine efficiency ^, - low flow loss, as well as pressure- and temperature-relieving controlled. Exhaust gas turbocharging is intended purely for the type of heat engine process.
Die Konstruktion und thermodynamische Konzeption dieser Värmekraftmaschine beinhaltet die Besonderheit, daß jedem Niederdruck-Verbundzylinder(Z2) für die Motor—Kompressionsphase - über je einen separaten Kompressions-Verbinder (KV) - ein gesonderter Hochdruck-Zylinder(Z1 ) als großvolumiger Kompressions-Raum V2 zugeordnet ist (s.Abb.3 u.4), dessen Kolben gegenüber dem zugeordnet Kompressionsarbeit leistenden Niederdruck-Kolben um etwa 180° Kurbelversatz voreilt, so daß letzterer druckentlastet in direkter "Weise über den je separat zugeordneten Kompressions-Verbinder (KV) in den Hochdruck- respektive Verbren-The construction and thermodynamic conception of this heat engine includes the special feature that each low-pressure composite cylinder (Z2) for the engine compression phase - each with a separate one Compression connector (KV) - a separate high pressure cylinder (Z1) is assigned as a large-volume compression space V2 (see Figures 3 and 4), whose piston leads the associated compression work performing low-pressure piston by about 180 ° crank offset, so that the latter pressure relieved in a direct "way via the separately assigned Compression connector (KV) in the high pressure or combustion
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nungs-Zylinder(Z1 ) hineinkomprimiert - und dabei dessen druckbeaufschlagten Kolben unter Abgabe potentieller Antriebsenergie an die Kurbelwelle - als Kompressionsarbeits-Rückgewinn - vor sich hertreibt. Nach anschließend weiterer Kompression auf ein hohes Kompressions-Enddruckniveau innerhalb der Hochdruck-Zylinder(Z1) - die gleichfalls mit großvolumigen Kompressions-Räumen V3 ausgestattet sind (s. Abb.4) - arbeiten diese im unmittelbar darauffolgenden Arbeitshub als Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) und erste Expansions-Stufe.tion cylinder (Z1) is compressed - and its pressurized Piston with the release of potential drive energy to the crankshaft - as compression work recovery - drives in front of it. After further compression to a high final compression level inside the high pressure cylinder (Z1) - the same are equipped with large-volume compression rooms V3 (s. Fig. 4) - they work in the immediately following working stroke as Combustion cylinder (Z1) and first expansion stage.
Umgekehrt ist für die Verbund-Expansion (s.Abb.1 u.3), jedem Verbrennung s- Zy lind er (Z1) - über jeweils einen gesonderten und konstruktiv kürzestmöglich gehaltenen Expansions-Verbindungskanal(EK) - ein bestimmter Expansions-Verbundzylinder(Z2) als zweite Expansionsstufe nachgeschaltet (s.Abb.3), dessen Kolben dem des zugeordneten Verbrennungs-Zylinders (Z1 ) um etwa 180° Kurbelversatz nacheilt, und dessen Kolbenhub gegenüber dem des Verbrennungs-Zylinders(Z1) höher ausgeführt ist (s.Abb.4).The reverse is true for the composite expansion (see Fig. 1 and 3), every combustion s- Zy Lind he (Z1) - each with a separate and constructive Expansion connection duct (EK) kept as short as possible - a certain expansion compound cylinder (Z2) as the second expansion stage downstream (see Figure 3), the piston of which is that of the assigned combustion cylinder (Z1) lags crank offset by about 180 °, and its piston stroke is higher than that of the combustion cylinder (Z1) is (see Figure 4).
Die einzelnen, kurzen Expansions-Kanäle (EK) werden von den kleineren Verbrennungs-Zylindern(Z1 ) aus als flache, sich zum jeweils nachgeschalteten und höher bauenden Expansions-Verbundzylinder(:Z2) hin verbreiternde Verbindungs-Kanäle (s.Abb.3), offen und seitlich, radial an die oberen Zylinder-Peripherien der jeweils zugeordnet nachgeschaltet höher bauenden und benachbart angeordneten Expansions-Verbundzylinder(Z2) herangeführt (s.Abb.4).The individual, short expansion channels (EK) are made up of the smaller ones Combustion cylinders (Z1) from as flat, each down to the downstream and higher building expansion composite cylinder (: Z2) widening towards Connection channels (see Fig. 3), open and laterally, radially connected to the upper cylinder periphery of the respectively assigned downstream The expansion cylinder (Z2) of a higher construction and adjacent arrangement is brought up (see Figure 4).
Hierdurch ist es konstruktiv ermöglicht, die Expansions-Verbindungskanäle(EK) kürzestmöglich und mit geringstmöglichem Schadraum-Volumeninhalt zu gestalten (s.Abb.3 u.4), bei andererseits ausreichend großen Strömungsquerschnitten - für strömungsverlustarme Einsteuerung des Motor-Arbeitsgases ohne Kanaldrosselungen - von den Verbrennungs-Zylindern(Z1) in die jeweils zugeordnet nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder (Z2) .This makes it structurally possible to use the expansion connection channels (EK) As short as possible and with the lowest possible dead space volume (see Figures 3 and 4), with sufficiently large flow cross-sections on the other hand - for low-flow control of the Engine working gas without duct restrictions - from the combustion cylinders (Z1) into the respectively assigned downstream expansion composite cylinder (Z2).
Durch die konzeptionell erwünscht vorhandenen, großvolumigen Kompressions-Räume V2 und Vo der Zylinderstufen, ist für die Hochdruck- respektive Verbrennungs-Zylinder(Z1) kleineren Durchmessers, die konstruktiv vorteilhafte Möglichkeit der Unterbringung großer Ein- und Auslaß-Ventile mit entsprechend großen freien Strömungs-Querschnitten für die Verbund-Steuerung gegeben. Die Kompressions-Räume V3 der Verbrennungs-Due to the conceptually desired, large-volume compression rooms V2 and Vo of the cylinder stages, is for the high pressure respectively Combustion cylinder (Z1) of smaller diameter, the constructive advantageous possibility of accommodating large inlet and outlet valves with correspondingly large free flow cross-sections for the Network control given. The compression chambers V3 of the combustion
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Zylinder(ZI) können dieserhalb unter Berücksichtigung ausreichender Bauhöhe für den Ventilhub der Ein- und Auslaß-Ventile mit ungefähr 1 1/2 —fächern Zylinderdurchmesser - gegebenenfalls sogar noch etwas größer — ausgeführt werden (s.Abb.3).Cylinders (ZI) can therefore take sufficient account of this Overall height for the valve lift of the inlet and outlet valves with about 1 1/2 times the cylinder diameter - possibly even a little more larger - can be made (see Figure 3).
Diese konstruktive Möglichkeit zugunsten vorteilhafter thermodynamischer Auslegung der Verbund-Punktion ausübenden Steuerorgane für ideale Strömungsverhältnisse innerhalb des Verbund-Motors ausschöpfend, werden die Ein- und Austritts-Ventile der Verbrennungs-Zylinder(Z1) über deren Durchmesser hinausgehend angeordnet - mit großen freien Durchström-Querschnitten einer Ventilgröße ausgestattet, die den großen Ventil-Querschnitten der nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder(Z2) größeren Zylinder-Durchmessers gleichkommen (s.Abb.3).This constructive option in favor of more advantageous thermodynamic Interpretation of the composite puncture-exerting control organs for ideal Exhausting flow conditions within the compound engine the inlet and outlet valves of the combustion cylinder (Z1) whose diameter is arranged beyond - equipped with large free flow cross-sections of a valve size that corresponds to the large Valve cross-sections of the downstream composite expansion cylinder (Z2) with a larger cylinder diameter (see Figure 3).
Vie schon erläutert, beinhaltet die besondere Motor-Konzeption jeweils die Zuordnung bestimmter Zylinder der ersten mit denen der zweiten Stufe zueinander als Verbund-Zylinderpaare, sowohl für die zweistufige Motor-Kompression über je einen zugeordnet separaten Kompressions-Verbinder (KV) pro Verbund-Zylinderpaar - als auch für die zweistufige Arbeitsgas-Verbund-Expansion, wofür jedem Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) über je einen zugeordnet kurzen Expansions-Kanal (EK) ein bestimmter Expansions-Verbundzylinder(Z2) nachgeschaltet ist (s.Abb.1).As already explained, each includes the special engine concept the assignment of certain cylinders of the first with those of the second stage to one another as composite cylinder pairs, both for the two-stage Engine compression via an assigned separate compression connector (KV) per composite cylinder pair - as well as for the two-stage Working gas compound expansion, for which each combustion cylinder (Z1) A specific expansion composite cylinder (Z2) is connected downstream via an assigned short expansion channel (EK) each (see Figure 1).
Die Einsteuerung des Arbeitsgases von den Verbrennungs-Zylindem(Z1) in die unmittelbar benachbart angeordnet nachgeschaltete zweite Expansions-Zylinderstufe der einzeln zugeordneten Expansions-Verbundzylinder (Z2), erfolgt ausschließlich durch die Auslaß-Ventile großen Querschnittes des jedem Expansions-Verbundzylinder(Z2) für die Verbund-Expansion zugehörigen Verbrennungs-Zylinders(Z1 ) - die über den vollen Ausström-Kolbenhub hinweg geöffnet sind - über die gleichfalls einzeln zugeordneten und zur zweiten Expansions-Zylinderstufe der einzelnen Expansions-Verbundzylinder(Z2) hin offenen Expansions-Verbindungskanäle (EK). Das Arbeitsgas eilt hierbei den Kolben der Verbrennung s -Zy lind er (Z1 ) während des Ausström-Hubes - über die extrem großen Auslaß—Ventil-Querschnitte - druckentlastend voraus, wobei für die Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) auch Temperaturentlastung eintritt.The injection of the working gas from the combustion cylinders (Z1) into the immediately adjacent second expansion cylinder stage the individually assigned expansion composite cylinder (Z2) takes place exclusively through the outlet valves with a large cross-section of each compound expansion cylinder (Z2) for compound expansion associated combustion cylinder (Z1) - which are open over the full outflow piston stroke - also over the individually assigned and to the second expansion cylinder stage of the individual Expansion compound cylinder (Z2) open to expansion connection channels (EK). The working gas rushes the piston of the combustion s -Zy lind er (Z1) during the exhaust stroke - over the extreme large outlet valve cross-sections - pressure relieving ahead, whereby temperature relief also occurs for the combustion cylinder (Z1).
Durch die druck- und temperaturentlastende Steuerungsanordnung des Verbrennungs-Verbundmotors über je separat zugeordnete Verbindungs-Kanäle pro Verbund-Zylinderpaar (s.Abb.1 u.3), werden - wie schonThe pressure and temperature relieving control arrangement of the Combustion engine via separately assigned connection channels per compound cylinder pair (see Fig. 1 and 3), are - as before
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- 16 H.-J. Hübner, Heppenheim 98 19- 16 H.-J. Huebner, Heppenheim 98 19
erwähnt - lange Öffnungszeiten sämtlicher Steuerventile - auch der Verbund-Punktion ausübenden Steuerventile - ermöglicht. Letztere bleiben für ihre Steuerfunktion während der Dauer eines Motor-Kolbenhubes geöffnet.mentioned - long opening times of all control valves - including the Compound puncture control valves - allows. The latter remain for their control function during the duration of an engine piston stroke opened.
Dieses bedeutet, daß keines der Steuerventile des Verbrennungs-Verbundmotors nur kurzzeitige Öffnungszeiten gesteuerter "Zylinderfüllungs-Ventilhübe" - und damit dann nur auf einen Teil des Kolben-Hubweges beschränkte Steuerungs-Öffnungszeiten - aufweist, was sowohl für die Motor-Verbund-Kompression als auch für die Motor-Verbund-Expansion des Arbeitsgases zutrifft.This means that none of the control valves of the compound internal combustion engine only short-term opening times of controlled "cylinder filling valve lifts" - and therefore only on part of the piston stroke limited control opening times - what both for the Engine compound compression as well as for the engine compound expansion of the Working gas applies.
Da kurzzeitige Ventilsteuerungs-Öffnungszeiten zur Steuerung lastabhängiger Motor-Zylinderfüllungen somit entfallen, können bei der geschilderten - druck- und temperaturentlastenden - Verbundmotor-Steuerung keine überhöhten Ventil-Massenkräfte auftreten !As short-term valve control opening times to control load-dependent Engine-cylinder fillings are thus omitted, can with the described - pressure and temperature relieving - compound engine control no excessive valve inertia forces occur!
Aus diesem Grunde bestehen vom Gesichtspunkt auftretender Ventil-Massenkräfte für Verbrennungs-Verbundmotore - gegenüber bisherigen einstufig arbeitenden Verbrennungsmotoren gleicher Leistungsgröße keinerlei Einschränkungen durch eine eventuell notwendige Verminderung der Motordrehzahl, oder hinsichtlich der Größe der Steuerventile.For this reason, from the point of view of occurring valve inertia forces exist for composite internal combustion engines - compared to previous ones single-stage internal combustion engines of the same power size have no restrictions whatsoever due to a possibly necessary reduction the engine speed, or the size of the control valves.
Die nachfolgend detaillierter beschriebene Verbundmotor-Steuerung des zweistufigen Verbrennungsmotors unterscheidet sich daher wesentlich gegenüber einer Steuerung des Verbundbetriebes zweistufiger Kraftmaschinen im herkömmlichen Sinne, z.B. der Leistungsregelung von Heißdampf-Verbundmotoren. Letztere werden bekanntlich meist über Verstell-Excenter und lastabhängig gesteuerte "Zylinderfüllungs-Ventilhübe" bzw. auch durch lastabhängig veränderliche Steuerschieber-Hübe geregelt wobei sich die Steuerventil- oder Steuerschieber-Hübe nur kurzzeitig über die Dauer eines Teilhubes der zugehörigen Arbeits-Kolben erstrekken. - Ventil—Steuerungszeiten, die sich nur über einen Teil—Hub der zugehörigen Arbeits-Kolben erstrecken, bedingen erheblich größer auftretende Ventil-Massenkräfte, was wiederum mit einer notwendig werdenden Herabsetzung der maximal zulässigen Motor-Drehzahl verbunden wäre.The compound motor control of the two-stage internal combustion engine therefore differs significantly from a control of the combined operation of two-stage engines in the conventional sense, e.g. the power control of superheated steam composite engines. As is well known, the latter are usually controlled by adjusting eccentrics and load-dependent "cylinder filling valve lifts" or also regulated by load-dependent variable spool strokes, whereby the control valve or control slide strokes extend only briefly over the duration of a partial stroke of the associated working piston. - Valve — control times that only change over a part — stroke of the Extending associated working pistons necessitate significantly greater valve inertia forces, which in turn result in a necessary Reduction of the maximum permissible engine speed would be connected.
Mit der beschriebenen Prozeßführung des Verbrennungs-Verbundmotors ist es somit ermöglicht, bei größerem Motor-Luftverhältnis λ und niedrig liegenden Verbrennungs-Temperaturen T4, die jeweils einander zugeordneten Verbund-Zylinderpaare der jeweiligen Kompressions- und Expansi-With the process control of the internal combustion engine is described it thus makes it possible for a larger engine-air ratio λ and low lying combustion temperatures T4, the respectively associated composite cylinder pairs of the respective compression and expansion
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H.-J· Hübner, Heppenheim 9 R 1 9 1H.-J Huebner, Heppenheim 9 R 1 9 1
ons-Motor-Verbundstufen miteinander, über ausreichend große Ventilsteuerungs- und Kanal-Strömungs-Querschnitte - als erfindungswesentlich - sowohl druckentlastet als auch temperaturentlastet so zu betreiben, daß im zweistufigen Motor-Verbundbetrieb für das Motor-Arbeitsgas innerhalb der Steuer-Ventile - und innerhalb der einzeln zwischen den Verbund-Zylinderstufen pro Verbund-Zylinderpaar zugeordneten Verbindungs-Kanäle — keine Ventil- oder Kanal-Drosselungen nennenswerter Größenordnung auftreten können !ons motor composite stages with each other, via sufficiently large valve control and channel flow cross-sections - as essential to the invention - To operate both pressure-relieved and temperature-relieved so that in two-stage engine operation for the engine working gas within the control valves - and within the connection channels assigned individually between the compound cylinder stages per compound cylinder pair - no valve or duct throttling of a significant order of magnitude can occur!
Die Steuerung der miteinander arbeitenden Motorverbund-Zylinderstufen des zweistufigen Verbrenjaungs-Verbundmotors geht daher strömungsverlustarm vonstatten.The control of the interconnected engine cylinder stages of the two-stage combustion compound engine is therefore low in flow loss take place.
Druck- und tempera-fcurentlasteter Verbund-KomOressionsvorgang Pressure and temperature relieved composite compression process
Durch ein jeweils kleines Kompressxonsverhältnis bei großvolumigen Kompressions-Räumen pro Zylinderstufe, sind gute Kompressions-Yirkungsgrade der Verbrennungs—Verbundmotore gewährleistet. Die kleineren Einzel-Kompressionsverhältnisse^ und E7 der Zylinderstufen multiplizieren sich miteinander zu einem prozeßgünstig großen Gesamt-Kompressionsverhältnis &g*s- der Verbund-Motore .With a small compression ratio in each case for large-volume compression chambers per cylinder stage, good compression efficiency levels of the internal combustion composite engines are guaranteed. The smaller individual compression ratios and E 7 of the cylinder stages multiply with one another to form a large overall compression ratio g * s of the composite engines which is favorable to the process.
Die Niederdruck—Zylinder(Z2) des Verbrennungs—Verbundmotors werden während des Ladehubes über rückgeführte Abgas-Energie durch Turboladung aufgeladen, wobei an die Niederdruck-Kolben größeren Durchmessers, während des vollen Ladehubes potentiell antreibende Druck-Energie abgegeben wird.The low-pressure cylinders (Z2) of the internal combustion engine are Charged during the charging stroke via recirculated exhaust gas energy by turbo charging, whereby the low-pressure pistons with larger diameters, potentially driving pressure energy is released during the full loading stroke.
Anschließend komprimieren die Niederdruck-Kolben der zuvor aufgeladenen, größeren Expansions-Verbundzylinder(Z2) mit geöffneten Kompressions-Auslaß-Ventilen, bei ebenfalls geöffneten Einlaß-Ventilen der Verbrennungs-Zylinder(Z1) - über je separat pro Verbund-Zylinderpaar zugeordnete Kompressions—Verbinder (KV) - direkt in den als großvolumigen Kompressions-Raum V2 zugeordneten, kleineren Zylinderraum der Verbrennungs-Zylinder(Z1) hinein (s.Abb.3 u.4), dessen Kolben kleineren Durchmessers dem komprimierenden Niederdruck-Kolben des Expansions-Verbundzylinders(Z2) um 180 Kurbelversatz voreilt.Then the low-pressure pistons compress the previously charged, larger expansion cylinder (Z2) with open compression outlet valves, with the intake valves also open, the combustion cylinder (Z1) - each separately for each composite cylinder pair assigned compression connectors (KV) - directly in the as large-volume Compression space V2 associated, smaller cylinder space of the Combustion cylinder (Z1) in (see Fig. 3 and 4), the piston of which is smaller Diameter of the compressing low-pressure piston of the expansion compound cylinder (Z2) advanced by 180 crank offset.
In der Praxis öffnen die Einlaß-Ventile der Hochdruck- respektive Verbrennungs-Zylinder (Z1 ) und die Kompressions-Auslaß-Ventile der Nieder-In practice, the inlet valves of the high pressure or combustion cylinders open (Z1) and the compression outlet valves of the low
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druck- respektive Expansions-Verbund-Zylinder(Z2) kurz hintereinander. Zu Beginn der Motor-Niederdruck-Kompressionsphase der ersten Motor-Kompressionsstufe öffnet das Einlaß-Ventil des Hochdruck- bzw. Verbrennungs-Zylinders (Z1) - der als Kompressions-Raum V2 des Niederdruck-Zylinders (Z2) fungiert - zuerst, um den pro Verbund-Zylinderpaar jeweils einzeln zugeordneten Kompressions-Verbinder(KV) zuerst vom darin befindlichen Kompressionsdruck des vorangegangenen Niederdruck-Kompressions-Kolbenhubes zu entlasten. Unmittelbar danach öffnet das Kompressions-Auslaß-Ventil des Niederdruck-Verbundzylinders(Z2), dessen Kolben bei dann gleichzeitig offenstehenden Einlaß-Ventilen des jeweils zugeordneten Verbrennungs-Zylinders(Z1 ) - über den einzeln zugeordnet, kurz zuvor druckentlasteten Kompressions-Verbinder(KV) - direkt in den als Kompressions-Raum V2 zugeordneten Verbreimungs-Zylinder(Z1) hineinkomprimiert (s.Abb.3 u.4).pressure or expansion compound cylinder (Z2) in quick succession. At the beginning of the low-pressure engine compression phase of the first engine compression stage opens the inlet valve of the high-pressure or combustion cylinder (Z1) - which acts as the compression chamber V2 of the low-pressure cylinder (Z2) acts - first, to the compression connector (KV) assigned individually for each composite cylinder pair first from the compression pressure contained therein of the previous low-pressure compression piston stroke to relieve. Immediately thereafter, the compression-outlet valve of the low-pressure composite cylinder (Z2) opens, its Piston with then simultaneously open inlet valves of each assigned combustion cylinder (Z1) - via the individually assigned, shortly before pressure-relieved compression connector (KV) - directly into the compression cylinder (Z1) assigned as compression space V2 compressed into it (see Figures 3 and 4).
Die einzeln zugeordneten Kompressions-Verbinder(KV) des Verbrennungs-Verbundmotors bleiben - wie Vorstehendem zu entnehmen ist - nach Ventil-Abschluß der für die Verbund-Kompression jeweils einander zugeordneten Verbund-Zylinderpaare, jeweils bis zur nächsten Druckentlastung die dem Niederdruck-Kompressionstakt stets vorausgeht, unter Kompressionsdruck stehen.The individually assigned compression connectors (KV) of the internal combustion engine remain - as can be seen above - after the valve closure of the respectively assigned to each other for the composite compression Composite cylinder pairs, each until the next pressure relief which always precedes the low-pressure compression stroke, are under compression pressure.
Der um 180° Kurbelversatz voreilende Kolben des als Kompressions-Raum V2 für die erste Motor-Kompressionsstufe des Niederdruck-Zylinders(Z2) zugeordneten Verbrennungs-Zylinders(Z1), wird durch den größeren komprimierenden Niederdruck-Kolben des Expansions-VerbundLzylinders (Z2) bei geöffneten Ventilen über den je pro Verbund-ZyIinderpaar zugeordneten Kompressions-Verbinder (KV) - als dessen "veränderliche Kompressionsraum-Begrenzung" mit ansteigendem Kompressionsdruck vorhergetrieben, währendessen dieser abwärtsgehende Kolben des als Kompressions Raum Vq dienenden Verbrennungs-Zylinders(Z1 ) hierdurch eine antreibende Kraft auf die Motor-Kurbelwelle ausübt. Der dem Niederdruck-Zylinder (Z2) - in Form des jeweils zugeordneten Hubvolumens des Verbrennungs-Zylinders (Z1 ) - zugeordnete Kompressions-Raum V2 vergrößert sich durch dessen voreilenden Hochdruck-Kolben während der Niederdruck-Kompressionsphase kontinuierlich. Diese Kompressions-Raumvergrößerung erfolgt bis zu den Kolben-Endstellungen der als Kompressions—Raum Vo dienenden Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) und der komprimierenden größeren Niederdruck-Kolben - bei Beendigung der Motor-Kompression der erstenThe piston of the leading by 180 ° crank offset as a compression chamber V2 for the first engine compression stage of the low-pressure cylinder (Z2) associated combustion cylinder (Z1), is through the larger compressing Low pressure piston of the expansion compound cylinder (Z2) when the valves are open via the one assigned to each compound cylinder pair Compression connector (KV) - as its "variable compression space limitation" with increasing compression pressure, while this downward piston of the as compression Chamber Vq serving combustion cylinder (Z1) thereby a driving Applying force to the engine crankshaft. That of the low-pressure cylinder (Z2) - in the form of the respectively assigned stroke volume of the combustion cylinder (Z1) - assigned compression space V2 increases by its leading high-pressure piston during the low-pressure compression phase continually. This compression space enlargement takes place up to the piston end positions of the compression space Vo serving combustion cylinder (Z1) and the compressing larger one Low pressure piston - the first when the engine compression ends
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Verbundmotor-Kompressionsstufe - in den unteren und oberen Kolben-Totpunktstellungen. Compound engine compression stage - in the lower and upper piston dead center positions.
Hierdurch werden sowohl der Kompressionsdruck P2 als auch damit die Kompressions-Temperatur T 2 in ihrer Endgröße der Niederdruck-Kompressionsphase erster Motor-Kompressionsstufe des Verbundmotors - nach Vorstehendem - erst in den jeweils zu gleichem Zeitpunkt auftretenden Kolben-Endstellungen der miteinander im Verbund arbeitenden Zylinderpaare - nämlich in oberer Niederdruck- und zu gleicher Zeit unterer Hochdruck-Kolben-Totpunktlage erreicht. - Auf diese ¥eise erfolgt innerhalb des Verbrennungs-Verbundmotors die Luft-Kompression der ersten Motor-Kompressionsstufe sowohl druck- als auch temperaturentlastet.As a result, both the compression pressure P2 and thus the Compression temperature T 2 in its final size of the low-pressure compression phase first engine compression stage of the compound engine - after the above - only in the piston end positions occurring at the same point in time of the cylinder pairs working in conjunction with one another - namely reached in upper low pressure and at the same time lower high pressure piston dead center position. - This is done in this way inside the internal combustion engine the air compression of the first Motor compression stage relieved of both pressure and temperature.
Durch die Motor-Steuerungsanordnung druck- und temperaturentlastender Verbund-Kompression, geben die Kolben der Verbrennungs-Zylinder(Z1) bei deren gleichzeitiger Aufladung - während der Niederdruck-Kompressionsphase potentielle Antriebs-Arbeitsenergie an die Motor-Kurbelwelle ab. Hierdurch wiederum wird ein Teil der innerhalb des Verbrennungs-Verbundmotors aufgewendeten Kompressionsarbeit als potentielle Motor-Antriebsenergie zurückgewonnen.The motor control arrangement relieves pressure and temperature Composite compression, the pistons enter the combustion cylinder (Z1) with their simultaneous charging - potential drive work energy to the engine crankshaft during the low-pressure compression phase away. This in turn becomes part of the internal combustion engine expended compression work as potential engine drive energy recovered.
Anschließend wird die innerhalb der aufgeladenen Verbundzylinder(Z2)Then the inside of the charged compound cylinder (Z2)
- mit den Verbrennungs-Zylindern(Z1) als deren Kompressions-Raum V2 vorkomprimierte Verbrennungsluft, in der zweiten Motor-Kompressionsstufe der mit entsprechend höherem Vordruck aufgeladenen Verbrennungs-Zylinder(ZI) kleineren Durchmessers - bei gleichfalls prozeßgünstig großvolumigen Kompressions-Räumen V3 derselben - und daher gleichfalls kleinem Kompressionsverhältnis der zweiten Motor-Kompressionsstufe innerhalb der Verbrennungs-Zylinder(Z1) - auf ein hohes Kompressions-Enddruckniveau P 3 weiter verdichtet.- Pre-compressed with the combustion cylinders (Z1) as their compression space V2 Combustion air, in the second engine compression stage the combustion cylinder (ZI) charged with a correspondingly higher pre-pressure smaller diameter - with likewise process-favorable large-volume compression spaces V3 of the same - and therefore likewise low compression ratio of the second engine compression stage within the combustion cylinder (Z1) - to a high compression final pressure level P 3 further compressed.
Durch die thermodynamisch günstige Steuerungsanordnung druck- und temperaturentlasteter Motor-Verbundkompression der beschriebenen Veise, wird bei vorgesehener Abgas-Turboaufladung und hohem Maschinen-Gütegrad innerhalb der großvolumigen Kompressions-Räume V3 der Verbrennungs-Zylinder (Z1) — für eine pro Ladung und Motor-Arbeitsspiel große Luftmasse hoher Dichte - als Ausgangsbasis für den nachfolgend gesteuerten Verbrennungsvorgang, ein prozeßgünstig hohes Kompressions-Enddruckniveau P3 mit gemäßigten Kompressions-Endtemperaturen T3 erreicht.The thermodynamically favorable control arrangement relieves pressure and temperature Compound engine compression of the described method is provided with exhaust gas turbocharging and a high engine quality level the combustion cylinder within the large-volume compression chambers V3 (Z1) - for a high-density air mass per charge and engine work cycle - as the starting point for the subsequently controlled Combustion process, a process-favorable high compression final pressure level P3 with moderate compression final temperatures T3 reached.
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Der Värmeverlust-Energieanteil erreicht bei bislang üblich einstufigen Verbrennungsmotoren, die stets mit ziemlich hohen Verbrennungs-Temperaturen betrieben werden - bedingt durch die überaus großen Motor-Zylindervandungs-, Srahlungs- und Abgas-Wärmeverluste - bekanntlich eine Größenordnung von bis zu über 70 fo Värme-Verlustanteil der innerhalb der Motore verbrannten Kraftstoff-Wärmemenge.The Värmeverlust energy share achieved in so far usual single-stage combustion engines, the temperatures combustion operated always with fairly high - due to the very large engine Zylindervandungs-, Srahlungs- and exhaust heat losses - known to have a range of up to about 70 fo Värme- Loss proportion of the amount of fuel heat burned within the engine.
Da der spezifische Kraftstoff-Wärmeaufwand pro Nm komprimierter Verbrennungsluft und 0C Arbeitsgas-TemperaturerhöhungVder gleiche ist, so empfiehlt es sich - zwecks Erzielung einer größtmöglichen Motorleistungsdichte - innerhalb der Verbrennungs-Verbundmotore mit möglichst großen Kompressions-Enddrücken P, und dementsprechend mit einem möglichst großen Verbundmotor-Expansionsverhältnis op«zu fahren.Since the specific fuel heat consumption per Nm of compressed combustion air and 0 C working gas temperature increase V is the same, it is recommended - for the purpose of achieving the greatest possible engine power density - within the composite internal combustion engines with the highest possible final compression pressures P, and accordingly with the largest possible composite engine Expansion ratio op «to drive.
Für die bevorzugt nach dem Dieselverfahren durch Kraftstoffeinspritzung in die hoch komprimierte Luftmenge der Verbrennungs-Zylinderstufe(Z1 ) und Selbstzündung einzuleitende Verbrennung, liegen bei der entwickelten Verbundmotor-Konzeption - wie bereits allgemein beschrieben - großvolumige Zylinderstufen-Kompressionsräume bei somit jeweils kleinem Kompressions-Verhältnis £ und^ pro Zylinderstufe - jedoch prozeßgünstig großem Gesamt-Kompressions-Verhältnis^ = <£" χ ^ der Verbrennungs-Verbundmotore vor. Hierdurch steht bei gutem Motor-Kompressions-Wirkungsgrad /?, der Verbund-Kompression, pro Verbund-Arbeitsspiel der Motore - innerhalb der großvolumigen Kompressions-Räume V3 der Verbrennungs-Zylinder (Z1 ) - auf hohem Kompressions-Enddruckniveau eine jeweils große Luftmenge hoher Luftdichte im Kompressions-Endzustand, als Motor-Arbeitsgas zur Verfugung.For the combustion, which is preferably to be initiated according to the diesel process by fuel injection into the highly compressed air volume of the combustion cylinder stage (Z1) and auto-ignition, in the developed composite engine concept - as already generally described - there are large-volume cylinder stage compression chambers with a low compression ratio £ and ^ per cylinder stage - however, the large overall compression ratio ^ = <£ "χ ^ of the internal combustion composite engines which is favorable to the process. This means that with good engine compression efficiency /? Within the large-volume compression chambers V3 of the combustion cylinder (Z1) - at a high final compression pressure level, a large amount of air of high air density in the final compression state is available as engine working gas.
Mithin wird bei dieser thermodynamisch vorteilhaften Verbundmotor-Konzeption außerdem für den zweistufigen Wärmekraftmaschinen-ArbeitsprozeßWith this thermodynamically advantageous composite engine concept also for the two-stage heat engine work process
- trotz hoher Leistungsdichte der Verbundmotore - ein prozeßgünstig großes Luftverhältnis Λ erzielt.- despite the high power density of the compound motors - a process-favorable large air ratio Λ achieved.
Das prozeßgünstig große Luftverhältnis Λ auf hohem Kompressions-Enddruckniveau P-j innerhalb der großvolumigen Kompressions-Räume V3 der Verbrennungs-Zylinder(Z1), wirkt sich - gegenüber einstufigen Verbrennungsmotoren - auch bei großer Leistungsdichte der Verbundmotore,The process-favorable large air ratio Λ at a high compression final pressure level P-j within the large-volume compression spaces V3 of the Combustion cylinder (Z1), has an effect - compared to single-stage combustion engines - even with high power density of the compound motors,
' - bei großer wie bei kleiner Luft-Dichte - _ 2I gleiche Kompressions-Endtemperatur T3 vorausgesetzt, ' - with high as with low air density - _ 2I assuming the same final compression temperature T3,
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erwünscht stark absenkend auf das Verbrennungs-Temperaturniveau T4 aus. Dieses bedeutet, daß die innermotorischen Verbrennungsvorgänge und Arbeitsabläufe bei abgesenkten Verbrennungs-Temperaturen T^ des Motor-Arbeitsgases, in einem Temperaturfeld geringer und angenähert konstanter spezifischer Värmeaufnahme - pro Nm^ Luft und 0C Temperaturerhöhung — erfolgen. Zum anderen werden - als sehr wesentlich die Motor—Zylinderwandungs—, Motorstrahlungs- und Abgas-Värmeverlustedesirably strongly lowering to the combustion temperature level T4. This means that the internal combustion processes and work processes within the engine take place at reduced combustion temperatures T ^ of the engine working gas, in a temperature field of low and approximately constant specific heat absorption - per Nm ^ air and 0 C temperature increase. On the other hand, the engine, cylinder wall, engine radiation and exhaust gas heat losses are very important
- durch herabgesetzte; Verbrennungstemperaturen T4 bei großem Motor Expansionsverhältnis Qn6x - und andererseits großer Verbundmotor-Leistungsdichte, auf ein sehr geringes Maß herabgesetzt. -- by diminished; Combustion temperatures T4 with a large engine expansion ratio Qn 6x - and on the other hand large compound engine power density, reduced to a very low level. -
Die Gasgleichung für ideale Gase PxV=GxRxT hat im unteren Temperaturbereich'annähernd konstanter spezifischer Wärme für Luft und Verbrennungsgas allgemeine Gültigkeit.The gas equation for ideal gases PxV = GxRxT has an approximately constant specific heat for air in the lower temperature range and combustion gas general validity.
Die Größe des Motor-Volldruckverhältnisses S (s.Abb.2) ergibt sich aus dem Quotienten der Volumina V4/V3 - dem Quotienten der Volumina von Kompressions-Raum + Gleichdruck-Zylinderfüllung zum Kompressions-Raum V3 des Verbrennungs-Zylinders(Z1 ) zueinander - , was bezogen auf den konstanten Motor-Arbeitsdruck P3^ P4 der Gleichdruck-Verbrennungs phase gleicherweise dem Quotienten der absoluten Temperaturen T4/T3, d.h. dem Verhältnis der absoluten Verbrennungs-Temperatur zur absoluten Kompressions-Endtemperatur entspricht.The size of the motor full pressure ratio S (s.Abb.2) results from the quotient of the volumes V4 / V3 - the quotient of the volume of compression space + constant pressure cylinder charge for compression space V3 d there combustion cylinder (Z1) to each other - which, based on the constant engine working pressure P3 ^ P4 of the constant pressure combustion phase, corresponds to the quotient of the absolute temperatures T4 / T3, ie the ratio of the absolute combustion temperature to the absolute final compression temperature.
Somit bleiben bei gemäßigten Kompressions-Endtemperaturen To, bezogen auf einen konstanten Arbeitsdruck Po, = P4 der Gleichdruck-Verbrennungs phase - auch bei verhältnismäßig größerem Volldruckverhältnis £ =Ύ^/Ύ Thus, at moderate compression end temperatures To, based on a constant working pressure Po, = P4 of the constant pressure combustion phase - even with a relatively larger full pressure ratio £ = Ύ ^ / Ύ
= T4/T0 - die innermotorischen Verbrennungs-Temperaturen T^ und damit auch die Temperatur-Erhöhung der Motor-Arbeitsgase AT - T4 - T3 verhältnismäßig niedrig.= T4 / T0 - the internal engine combustion temperatures T ^ and thus also the temperature increase in the engine working gases AT - T4 - T3 are relatively low.
Da die Kompressions-Räume V2 und V3 der Verbrennungs-Verbundmotore bei kleinem Kompressionsverhältnis S1 und £z Pro Zylinderstufe großvolumig sind, kann somit das Motor-Volldruckverhältnis £ = V4/V3 = T4/T3 (s.Abb.2) der Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) - trotz größerer Gleichdruck-Zylinder füllungen der Verbrennungszylinder(Z1) und dadurch erreichter hoher Motor-Leistungsdichte - prozeßgünstig relativ klein gehalten werden. Damit wird dann das gesamte Motor-Ausdehnungsverhältnis 6^es = £jts./£ bei großem Gesamt-Kompressionsverhältnis Cg*f = «^ x £2. der Verbundmotore in jedem Falle prozeßgünstig groß !Since the compression chambers V2 and V3 of the composite internal combustion engines are large in volume with a small compression ratio S 1 and £ z P ro cylinder stage, the engine full pressure ratio £ = V4 / V3 = T4 / T3 (see Figure 2) of the combustion cylinders (Z1) - despite larger constant-pressure cylinders of the internal cylinder (Z1), and thereby achieved a high engine-power density fillings - w process low kept relatively small gestures e. The total engine expansion ratio then becomes 6 ^ es = £ jts. / £ with a large total compression ratio Cg * f = «^ x £ 2. the compound motors are in any case large in terms of process efficiency!
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Die für die Motor-Leistungsabgabe mit dem Kraftstoff zur Temperaturerhöhung des Motor—Arbeitsgases während der innermotorischen Verbrennung aufzubringende Värmemenge Q ist dem Produkt G χ.Δ± - dem Produkt aus dem Gewicht G der hoch verdichteten Luft und der Temperaturerhöhung Δ t des Arbeitsgases vährend der Verbrennung - direkt proportional. The amount of heat Q to be applied for the engine power output with the fuel to increase the temperature of the engine working gas during the internal engine combustion is the product G χ.Δ ± - the product of the weight G of the highly compressed air and the temperature increase Δ t of the working gas during the Combustion - directly proportional.
Wird bei gleicher Motorleistung das Luftgewicht G pro Verbund-Arbeitsspiel durch eine höhere Luftdichte um den Paktor χ vergrößert, so nimmt die -während der Verbrennungsphase erforderliche Temperaturerhöhung^ t um den gleichen Paktor χ ab, wodurch die Verbrennungs-Temperaturen T4 dann in einem niedrigen Temperaturbereich verlaufen. Damit verläuft der Motor-Arbeitsprozeß - wie bereits eingangs erwähnt, bei größerem Luftverhältnis Λ mit entsprechend großem Luftgewicht G pro Verbund—Arbeitsspiel, in einem Temperaturfeld erwünscht geringer und angenähert konstanter spezifischer Wärmeaufnahme pro Nm^ des Motor-Arbeitsgases und C Temperaturerhöhung. - Gleichzeitig werden die Zylinderwandungs-, Motor-Strahlungs- und Motor-Abgas-Wärmeverluste bei großem Motor-Expansionsverhältnis (Jges der Verbundmotore - auf ein sehr geringes Maß herabgesetzt.If, with the same engine power, the air weight G per compound work cycle is increased by the factor χ due to a higher air density, the temperature increase ^ t required during the combustion phase decreases by the same factor χ, which means that the combustion temperatures T4 are then in a low temperature range get lost. The engine working process thus runs - as already mentioned at the beginning, with a larger air ratio Λ with a correspondingly large air weight G per composite working cycle, in a temperature field that is desirably lower and approximately constant specific heat absorption per Nm ^ of the engine working gas and C temperature increase. - At the same time, the cylinder wall, engine radiation and engine exhaust gas heat losses are reduced to a very low level with a high engine expansion ratio (Jges of the compound engines).
Der thermische Motor-Wirkungsgrad/^ des druck- und temperaturentlastend gesteuerten Verbrennungs-Verbundmotors nimmt proportional in dem Maße der herabgesetzten Motor-Wärmeverluste zu !The thermal motor efficiency / ^ the pressure and temperature relieving controlled internal combustion compound engine increases proportionally to the extent of the reduced engine heat losses!
Bei Verbrennungsmotoren im allgemeinen, nimmt der Druck-Unterschied ^p zwischen dem Verdichtungs-Enddruck und dem höchsten Verbrennungsdruck mit zunehmender Höhe des Kompressions-Enddruckes generell progressiv ab.In internal combustion engines in general, the pressure difference increases ^ p between the final compression pressure and the highest combustion pressure, generally progressive as the final compression pressure increases away.
Zum anderen wirkt sich unter der Voraussetzung gleicher Motorleistung mit gleichem Motor-Volldruckverhältnis £^ und gleicher Kompressions-Enddruckhöhe Po bei kleinerer Kompressions-Temperatur T 3 - eine mit entsprechend größerem Luftgewicht G des Arbeitsgases höherer Dichte erwünscht kleinere Temperaturerhöhung/! t desselben während der innermotorischen Verbrennung auf eine geringere Verbrennungs-Temperatur T4 On the other hand, if the engine output is the same, it has an effect with the same engine full pressure ratio £ ^ and the same compression final pressure level Po at lower compression temperature T 3 - one with correspondingly larger air weight G of the working gas, higher density, smaller temperature increase /! t of the same to a lower combustion temperature T4 during the internal combustion
- gegenüber einem kleineren Luft-Gewicht G'pro Arbeitsspiel, wie bei herkömmlich einstufigen Verbrennungsmotoren mit einer entsprechend wesentlich höheren Kompressions-Endtemperatur T-^', und dadurch dann bedingt um ein Mehrfaches des Erhöhungsbetrages der Kompressions-End-- compared to a smaller air weight G'per work cycle, such as in conventional single-stage internal combustion engines with a correspondingly much higher final compression temperature T- ^ ', and thereby then conditionally by a multiple of the increase amount of the compression end
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temperatur T-j'— T 3 pro Arbeitsspiel viel größeren Verbrennungstemperatur-AnstiegssprüngenA' t = T4 - T^ - stark fördernd auf den gesteuert erwünschten Gleichdruck-Verbrennungsverlauf aus !temperature T-j'— T 3 per work cycle much larger combustion temperature increase jumps A ' t = T4 - T ^ - strongly promoting on the controlled desired constant pressure combustion process!
Durch die Prozeßführung des Verbrennungs-Verbundmotors ist es damit ermöglicht, innerhalb der Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) auf prozeßgünstig hohem Kompressions-Enddruckniveau Po, sowie mit gemäßigten Kompressions-Endtemperaturen T^ der hoch verdichteten Luftmenge großer Dichte, bei dementsprechend großem Luftgewicht G - gute Zündbedingungen sovie bei kleinerem Verbrennungs-Temperaturanstieg Δt = T4 - T3 begünstigende Voraussetzungen für eine durch den gesteuerten Kraftstoff-Einspritzverlauf angenäherte Gleichdruck-Verbrennung prozeßgünstig mäßiger Verbrennungs-Temperaturen T4 zu schaffen.The process control of the internal combustion engine makes it possible, within the combustion cylinder (Z1) at a process-favorable high compression final pressure level Po, as well as with moderate compression final temperatures T ^ the highly compressed air volume of high density, with a correspondingly large air weight G - good Ignition conditions so as to create favorable prerequisites for a balanced pressure combustion of process-favorable moderate combustion temperatures T4 with a smaller combustion temperature rise Δ t = T4-T3.
Die mit abgesenkter Verbrennungs-Temperatur T 4 - auch unabhängig von der lastabhängigen Größe des Kompressions-Enddruckes P3 - erheblich abnehmende spezifische ¥ärme von Luft und Verbrennungsgasen, macht sich in thermodynamischer Hinsicht zusätzlich merklich prozeßverbessernd - und daher mit einer zusätzlichen Steigerung des thermischen Motor-Yirkungsgrades i?,, bemerkbar.The specific ¥ poor of air and combustion gases, which decreases considerably with the reduced combustion temperature T 4 - also independent of the load-dependent magnitude of the final compression pressure P3 - is also noticeably improved from a thermodynamic point of view - and therefore with an additional increase in the thermal engine Efficiency i? ,, noticeable.
Zum anderen verlaufen die Expansions-Polytropen der zweistufigen Motor-Verbundexpansion im niederen Temperaturfeld der Motor-Arbeitsgase u.a. durch minimierte Vandungs-Värmeverluste der Motor-Zylinder - mit größeren Adiabaten—Exponenten)( wesentlich prozeßgünstiger als bei hohen Verbrennungs-Temperaturen !On the other hand, the expansion polytropes of the two-stage engine composite expansion run in the lower temperature field of the engine working gases, among other things through minimized Vandungs heat losses in the engine cylinders - with larger adiabatic exponents ) ( significantly more process-efficient than at high combustion temperatures!
Mit der beschriebenen Kraftmaschinen-Prozeßführung wird eine vollständige und rückstandfreie Verbrennung erreicht. Der Entstehung unerwünschter Stickoxyde (NOx-GaSe) ist durch das niedere innermotorische Verbrennungs-Temperaturniveau - auch bei großer Verbundmotor-Leistungsdichte — die Entstehungs-Komponente höherer Verbrennungs-Temperaturen entzogen.With the engine process control described, complete and residue-free combustion is achieved. The formation of undesired nitrogen oxides (NO x -GaSe) is deprived of the formation component of higher combustion temperatures due to the low internal combustion temperature level - even with a high composite engine power density.
Die großvolumigen Kompressions-Räume V-j der Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) können - wie bereits eingangs erwähnt - mit etwa den 1 1/2 fachen Durchmessern der dazugehörigen Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) ausgeführtThe large-volume compression chambers V-j of the combustion cylinders (Z1) can - as already mentioned - be designed with about 1 1/2 times the diameter of the associated combustion cylinder (Z1)
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werden, so daß dadurch die konstruktive Voraussetzung zur Unterbringung von Ein- und Auslaß-Ventilen der kleineren Verbrennungs-Zylinder (Z1) mit extrem großen freien Strömungs-Ouerschnitten - im Verhältnis zum dazugehörigen Zylinder-Durchmesser - gegeben ist (s.Abb.3), vie dieses für eine strömungsverlustarme Verbund-Expansions-Steuerung zweistufig arbeitender Verbrennungsmotore unabdingbar erforderlich ist.be, so that thereby the structural requirement for accommodation of inlet and outlet valves of the smaller combustion cylinders (Z1) with extremely large free flow cross sections - in proportion the corresponding cylinder diameter - is given (see Figure 3), vie this for a low flow loss compound expansion control two-stage internal combustion engines is essential.
Der jeweils vom Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) zum nachgeschaltet größerenThe one from the combustion cylinder (Z1) to the larger one downstream
- und bei größerem Kolbenhub höher ausgeführten - Expansions-Verbundzylinder (Z2) zugeordnet kurze Expansions-Verbindungskanal(EK) ist flach und sich zum größeren Expansions-Verbundzylinder(Z2) hin verbreiternd, offen radial an dessen obere Zylinder-Peripherie herangeführt. Vor Beginn des Expansions—Arbeitshubes der zweiten Motor-Expansions—Zylinderstuf e(Z2) steht der jeweils zugeordnet kurze - und als offener Einströmkanal an die nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder(Z2) herangeführte - zugehörige Expansions-Kanal (EK) stets - vom unmittelbar vorangegangenen Kompressionstakt des gleichen Expansions-Verbundzylinders(Z2) her - unter vorgespanntem Kompressionsdruck. Durch diesen Umstand der mit komprimierter Druckluft aufgefüllten Expansions-Verb indungskanäle (EK) , die als kurz gehaltene Einströmkanäle ohnehin nur einen äußerst geringen Schadraum-Volumeninhalt aufweisen, wird deren Schadraum-Einfluß zusätzlich minimiert. Der Druckverlust beim Einsteuern des Arbeitsgases - während der Verbund-Expansion - vom jeweiligen Verbrennungs-Zylinder(Z1) in den zugeordnet nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder(Z2) ist daher durch den geringen Expansions-Schadraumeinfluß der ständig vom vorangegangenen Kompressionshub zuvor mit Druckluft aufgefüllten Expansions-Kanalvolumina, gleichfalls sehr gering.- and with a larger piston stroke, the expansion composite cylinder is designed to be higher (Z2) associated with the short expansion connection channel (EK) is flat and widens towards the larger expansion compound cylinder (Z2), open radially brought up to the upper cylinder periphery. before Beginning of the expansion work stroke of the second engine expansion cylinder stage e (Z2) is the assigned short - and as an open inflow channel to the downstream expansion cylinder (Z2) brought up - associated expansion duct (EK) always - from the immediately preceding compression stroke of the same expansion cylinder (Z2) down - under pre-tensioned compression pressure. Due to this fact, the expansion verb filled with compressed air indungskanäle (EK), which as short inflow channels anyway only have an extremely low dead space volume content the influence of the dead space is also minimized. The pressure loss when the working gas is introduced - during the compound expansion - from the respective combustion cylinder (Z1) to the assigned downstream expansion composite cylinder (Z2) is therefore through the low expansion-dead space influence of the constantly from the previous one Compression stroke expansion channel volumes previously filled with compressed air, also very low.
Unter dieser Voraussetzung beginnt der Arbeitstakt der zweiten Motor-Expansions stuf e innerhalb der nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder (Z2) vorteilhafterweise mit gedämpft ansteigender Druckbeaufschlagung der Arbeits-Kolben, und - trotz der an die obere Zylinder—Peripherie von den höher bauenden Expansions-Verbundzylindern(Z2) flach und radial als deren Einström-Kanäle offen herangeführten Expansions-Verbindungskanäle(EK) - ohne seitliche Kolben-Stoßbelastungen.With this prerequisite, the work cycle of the second engine expansion begins stage e within the downstream composite expansion cylinder (Z2), advantageously with a dampened increase in pressure the working piston, and - in spite of being attached to the upper cylinder - periphery expansion connection channels (EK) brought up flat and radially as their inflow channels from the higher-built expansion compound cylinders (Z2) - without lateral piston shock loads.
Die Einsteuerung des Arbeitsgases in die nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder (Z2) nach dem Expansions-Ende innerhalb der Verbren-The introduction of the working gas into the downstream composite expansion cylinder (Z2) after the end of expansion within the combustion
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nungs-Zylinder(Z1) über die jeweils zugeordnet kurzen, und anfangs zuvor stets mit komprimierter Druckluft aufgefüllten Expansions-Verbindungskanäle(EK) - die als Einströmkanäle offen an die obere Zylinder-Peripherie der Expansions-Verbundzylinder(Z2) herangeführt sind, - erfolgt bei kaum merklicher Kanaldrosselung verzögerungsfrei sowie ausschließlich durch die jeweiligen Auslaß-Ventile der Verbrennung s -Zy lind er (Z1) mit großen freien Ventil-Querschnitten gesteuert !tion cylinder (Z1) assigned to each short, and initially Expansion connection channels (EK) always filled with compressed air beforehand - which are open as inflow channels to the upper cylinder periphery of the composite expansion cylinder (Z2), - occurs without delay in the case of barely noticeable channel throttling as well controlled exclusively by the respective exhaust valves of the combustion s -Zy lind er (Z1) with large free valve cross-sections!
Nach Beendigung des Arbeitstaktes der ersten Motor-Zylinderstufe innerhalb der Verbrennungs-Zylinder(Z1) - mit einer größeren Gleichdruck-Verbrennungsphase £ und einem kleineren Expansions-Verhältnis O^ •wird das noch auf hohem Druck befindliche Motor-Arbeitsgas von dort aus - ausschließlich über die großen Durchtritts-Querschnitte der Auslaß-Ventile von den Verbrennungs-Zylindern(Z1) gesteuert - sowie über die pro Verbund-Zylinderpaar zugeordnet kurzen Expansions-Verbindungskanäle(EK), die bekanntlich gleichfalls mit großen Strömungs-Querschnitten versehen und zu den Expansions-Verbundzylindern(Z2) hin als deren offene Einström-Kanale - herangeführt sind, strömungsverlustarm und verzögerungsfrei in den jeweils nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder (Z2 ) übergeleitet. Das Arbeitsgas eilt dabei dem jeweiligen Kolben des Verbrennungs-Zylinders(Z1 ) stark voraus und expandiert dadurch direkt - für die Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) während des Ausströmens druck- und temperaturentlastend - unter Abgabe mechanischer Arbeitsleistung, bei kaum merklichen Kanal-Drosselungen verzögerungsfrei in die nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder(Z2).After completion of the work cycle of the first engine cylinder stage within the combustion cylinder (Z1) - with a larger constant pressure combustion phase £ and a smaller expansion ratio O ^ • becomes the engine working gas, which is still at high pressure, from there - exclusively via the large passage cross-sections of the Exhaust valves controlled by the combustion cylinders (Z1) - as well via the short expansion connection channels (EK) assigned to each composite cylinder pair, which is also known to be provided with large flow cross-sections and to the expansion composite cylinders (Z2) as whose open inflow channels - are brought in, with little flow loss and without delay in the downstream expansion cylinder (Z2) transferred. The working gas rushes ahead of the respective piston of the combustion cylinder (Z1) and expands thus directly - relieving pressure and temperature for the combustion cylinder (Z1) during the discharge - while releasing mechanical Work performance, with barely noticeable channel throttling, without delay in the downstream expansion cylinder (Z2).
Hierdurch werden.die Kolben der Verbrennungs-Zylinder(Z1 ) weitestgehend von Ausschubarbeit gegen größere Gegendrücke entlastet !As a result, the pistons of the combustion cylinder (Z1) are largely relieved of extension work against larger counter pressures!
Innerhalb der nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder(Z2) expandiert das Arbeitsgas mit einem größeren Expansions-Verhältnis 02 und geringeren mittleren Gas-Temperaturen - daher mit geringem Zylinder-Vandungsverlust - nach einer Expansions-Polytrope mit größerem Adiabaten-Exponenten 7C auf kleine Expansions-Enddrücke.Expands within the downstream expansion composite cylinder (Z2) the working gas with a larger expansion ratio 02 and lower mean gas temperatures - therefore with less cylinder wall loss - after an expansion polytrope with a larger adiabatic exponent 7C to small final expansion pressures.
Das Motor-Abgas verläßt den Verbrennungs-Verbundmotor mit herunterexpandiert geringen Gegendrücken, sowie mit innerhalb des Verbundmotors optimal ausgenutztem Värmegefälle - mit geringen Abgas-Temperaturen T5 - und dadurch größerer Abgas-Dichte.The engine exhaust leaves the internal combustion engine with expanded down low back pressures, as well as with optimally utilized heat gradient within the compound engine - with low exhaust gas temperatures T5 - and therefore greater exhaust gas density.
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Pur den Antrieb der für den Verbundmotor-Betrieb vorgesehenen Abgas-Turbolader stehen daher bei dieser thermodynamisch vorteilhaften Kraftmaschinen-Prozeßart größere Abgas-Volumenströme mit erhöhter kinetischer Strömungs-Energie - und dadurch auch mit erhöhter Beschleunigungsfähigkeit für die Turbolader - zur Durchführung beschleunigter Motor—Lastwechsel zur Verfügung.Purely to drive the exhaust gas turbocharger intended for compound engine operation Therefore, in this thermodynamically advantageous type of engine process, there are larger exhaust gas volume flows with increased kinetic ones Flow energy - and thus also with increased acceleration capacity for the turbocharger - to carry out accelerated Motor load change available.
Schnelle Motor-Lastwechsel können durch das — gegenüber bisher einstufig üblichen Verbrennungsmotoren - wesentlich größere Luftverhältnis A , ohne Rußausstoß - des in der beschriebenen Yeise gesteuerten Verbundmotors - in allen Motor-Lastpunkten vorgenommen werden. Rapid engine load changes can be carried out at all engine load points due to the significantly larger air ratio A , compared to conventional single-stage internal combustion engines, without soot emission - of the compound engine controlled in the Yeise described.
Bei stoßweiser Lastzunahme über die Kraftstoffzufuhr, nimmt die normal mäßige Verbrennungs-Temperatur - bis zur verzögerungsarm schnellen Reaktion des Turboladers - für die Dauer eines kleinen Zeitintervalles zu.In the case of intermittent load increases over the fuel supply, the increases normally moderate combustion temperature - until the turbocharger reacts quickly with little delay - for a short period of time to.
Umgekehrt ergibt sich bei Lastabnahme durch Senkung der Kraftstoffzufuhr des Verbrennungs-Verbundmotors - für die Dauer eines kleinen Zeitintervalles eine Senkung der Verbrennungs-Temperatur.Conversely, there is a decrease in the load by lowering the fuel supply of the compound combustion engine - a reduction in the combustion temperature for a short period of time.
Die Abgas-Turbolader reagieren auf spontane Lastwechsel des Verbrennungs-Verbundmotors - infolge der bei dieser Kraftmaschinen-Prozeßführung bei großem Luftverhältnis A auftretenden großen Abgas-Volumenströme mit heruntergesteuerten Abgas-Temperaturen und dadurch hoher Motorabgas-Dichte - infolge der hierdurch bedingt größeren kinetischen Strömungsenergie der Abgase, schneller als bei bisher üblicher Turbo-Beaufschlagung mit hohen Abgas-Temperaturen einstufiger Verbrennung smotore .The exhaust gas turbocharger reacts to spontaneous load changes in the internal combustion engine - As a result of this power machine process management with a high air ratio A occurring large exhaust gas volume flows with down-regulated exhaust gas temperatures and thus higher Engine exhaust gas density - as a result of the greater kinetic flow energy of the exhaust gases, faster than previously used Turbo loading with high exhaust gas temperatures single-stage combustion smotore.
Mit der Motorbelastung der Verbund-Motore steigen oder fallen die jeweiligen Kompressions-Enddrücke und damit ebenfalls die Verbrennungsdrücke der gesteuerten Gleichdruck-Verbrennungsphase, mit den lastproportional verzögerungsarm steigenden oder fallenden Ladedrücken bzw. Aufladegraden ihrer Niederdruck-Zylinder. Damit steigen oder fallen auch die Expansions-Zwischendrücke zwischen den Zylinderstufen des Verbrennungs-Verbundmotors proportional zur Motorbelastung.With the engine load of the composite engines, the respective final compression pressures and thus also the combustion pressures of the controlled equal-pressure combustion phase rise or fall proportionally with the load Rising or falling boost pressures or degrees of charge of your low-pressure cylinders with little delay. So rise or fall also the intermediate expansion pressures between the cylinder stages of the Compound internal combustion engine proportional to the engine load.
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Die mechanischen Belastungen der Verbrennungs-Verbundmotore sind bei angenäherter Gleichdruck-Verbrennung - im Gegensatz zu bislang üblich einstufig arbeitenden Verbrennungsmotoren mit relativ großen Verbrennungs-Spitzendrücken - wesentlich gleichförmiger. Die Lagerdrücke und auch die thermischen Belastungen der Verbundmotore, innerhalb der einzelnen Motor-Zylinderstufen sind - trotzdem mit Turbo-Aufladung der Verbrennungs-Verbundmotore und größerem Gesamt-Kompressions-Verhältnis cg«?« gefahren wird - motortypbezogen geringer, da die Verbrennungs-Zylinder(Z1) entsprechend der größeren Arbeitsgas-Druckhöhe der ersten Zylinderstufe, mit verkleinerten Hochdruck-Zylinder-Durchmessern ausgeführt sind.The mechanical loads on the composite internal combustion engines are at approximated constant-pressure combustion - in contrast to the single-stage combustion engines with relatively large ones that have been common up to now Peak combustion pressures - much more uniform. The camp pressures and also the thermal loads on the compound motors, are within the individual engine cylinder stages - nevertheless with Turbo-charging of the internal combustion compound engines and a larger overall compression ratio cg «?« is driven - lower depending on the engine type, because the combustion cylinder (Z1) corresponds to the greater working gas pressure head the first cylinder stage, with reduced high-pressure cylinder diameters are executed.
Die nachgeschaltet größeren Expansions-Verbundzylinder(Z2) größeren Durchmessers werden - bei annähernd den Verbrennungs-Zylindern(Z1) der ersten Motor-Zylinderstufe gleichen Lagerdrücken - entsprechend mit kleineren Expansions-Anfangsdrücken der zweiten Motor-Expansionsstufe beaufschlagt.The downstream larger expansion composite cylinder (Z2) is larger Diameter - with approximately the combustion cylinders (Z1) bearing pressures equal to the first engine cylinder stage - accordingly with lower expansion initial pressures of the second engine expansion stage applied.
Die Motor-Expansion in den jeweils den Verbrennungs-Zylindern(Z1) einzeln zugeordnet - über gesonderte Expansions-Verbindungskanäle(EK) nachgeschaltet größeren Expansions-Verbundzylindern(Z2), beginnt infolge der vom unmittelbar vorangegangenen Kompressionshub über dem Niederdruck-Kolben sowie innerhalb der offenen kurzen Expansions-Verbindungskanäle (EK) befindlichen Kompressions-Druckluft, ohne ivoiben-Stoßbelastungen mit gedämpft ansteigender Druckbeaufschlagung.The engine expansion in each of the combustion cylinders (Z1) individually assigned - larger expansion compound cylinders (Z2) connected downstream via separate expansion connection channels (EK), begins as a result that of the immediately preceding compression stroke over the low pressure piston as well as compression compressed air located within the open, short expansion connection ducts (EK), without ivoiben shock loads with dampened increasing pressurization.
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Virtschaftliche Vorteile, Umweltschutz und Energie-Einsparung Economic advantages, environmental protection and energy saving
Vie vorstehend aufgeführter Theorie zu entnehmen ist, zielt die mit der beschriebenen druck- und temperaturentlastenden Steuerung strömungsverlustarm erreichte, thermodynamische Wärmekraftmaschinen-Prozeßführung des Verbrennungs-Verbundmotors auf die gebotenen Erfordernisse ab, die den Verbrennungsmotoren mit dem Kraftstoff zugeführte Wärmeenergie - ohne Hinnahme bislang immenser Prozeß-AbwärmemengenAs can be seen from the above theory, the aim is with the described pressure and temperature relieving control with little flow loss achieved, thermodynamic heat engine process control of the internal combustion engine to the required requirements from the thermal energy supplied to the internal combustion engines with the fuel - without accepting the previously immense amounts of process waste heat
- geräuscharm und mit weitestgehend schadstoffreien Abgas-Emissionen der Verbundmotore, mit dem größtmöglichen thermischen Motor-Wirkungsgrad in eine dementsprechend höchstmöglich erzielbare mechanische Antriebs-Energie umzusetzen.- Quiet and with largely pollutant-free exhaust gas emissions the compound motors, with the greatest possible thermal motor efficiency in a correspondingly highest possible achievable mechanical drive energy.
Wie allgemein bekannt ist, konnten schädliche Abgas- und Geräusch-Emissionen von Verbrennungsmotoren bislang nur unter Hinnahme -weiterer Kraftstoff- und Leistungs-Einbußen der Motore wesentlich herabgesetzt werden, während andererseits bisher den prozeßbedingt überaus großen Abwärmemengen von Verbrennungsmotoren - dem Stande der Technik entsprechend - nur bedingt und in begrenzten Kompromissen begegnet werden konnte.As is well known, harmful exhaust and noise emissions could be caused of internal combustion engines has so far only been significantly reduced with the acceptance of additional fuel and performance losses of the engines while on the other hand the process-related extremely large amounts of waste heat from internal combustion engines - the state of the art accordingly - could only be countered to a limited extent and with limited compromises.
Die Verwirklichung einer möglichst hohen Motor-Leistungsdichte wirktThe achievement of the highest possible motor power density is effective
- bei einstufigen Verbrennungsmotoren - dem Streben nach bestem thermischen Motor—Wirkungsgrad entgegen.- in single-stage combustion engines - striving for the best thermal Engine efficiency contrary.
Die Grenzen des bislang nur niedrig erzielbar thermischen Wirkungsgrades von Verbrennungs-Kraftmaschinen, konnten bisher nicht überschritten werden, da sich die großen Wärme-Energieverluste der nach üblichen Prinzipien - mit hohen Verbrennungs-Temperaturen - bisher einstufig arbeitenden Verbrennungsmotore, im Hauptsächlichen aufgeteilt in sehr große Motor-Zylinderwandungs-, Strahlungs- und Abgas-Wärmeverluste - mit einer dadurch unumgänglich erforderlich werdend intensiven Motorkühlung - prozeßbedingt zwangsläufig ergeben. Hierdurch müssen dem Grunde nach bislang zwangsweise zu hohe Prozeß— Abwärmemengen einstufig arbeitender Verbrennungsmotore - in der bisherigen Größenordnung von 60 bis 75 rfo der Kraftstoff-Energie als Motor-Verlustwärme - bis heutigen Tages in Kauf genommen werden.The limits of the thermal efficiency of internal combustion engines, which have so far only been low, have not yet been exceeded, since the large heat and energy losses in internal combustion engines, which have so far been working in one stage according to the usual principles - with high combustion temperatures - are mainly divided into very large engines -Cylinder wall, radiation and exhaust gas heat losses - with an inevitably necessary intensive engine cooling - process-related inevitably result. As a result of this, the process waste heat quantities of single-stage combustion engines that have hitherto been inevitably too high - in the previous order of magnitude of 60 to 75 rfo of the fuel energy as motor heat loss - have to be accepted up to the present day.
Der in der beschriebenen Weise strömungsverlustarm - sowie druck- und temperaturentlastend gesteuerte - Kraftmaschinen-VerbundprozeßThe low flow loss in the manner described - as well as pressure and temperature-relieving controlled - composite engine process
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beinhaltet dem Wesen der thermodynamischen Grundkonzeption der Verbundmotor-Prozeßführung nach, bei großer Luftdichte auf hohem Kompressions-Enddruckniveau mit anschließend innermotorischer Kraftstoffverbrennung bei großem Luftverhältnis λ - in einem Temperaturfeld geringer spezifischer ¥ärmeaufnahme pro Nm und C von Luft und Verbrennungsgasen als Motor-Arbeitsgas - außerdem geringe Kraftstoff-Värmeenergie-Verluste in Bezug auf die mit der niedrigen Verbrennungstemperatur und innermotorischer Temperaturentlastung stark herabgesetzten Motor-Zylindervandungs-, Strahlungs- und Motorabgas-Värmeverluste, und damit auch geringe thermische Belastungen der Verbundmotore. In Bezug auf Temperatur-Leistungsgrenzen der Verbrennungs-Verbundmotore wird daher, ohne durch maschinenbautechnische Materialfragen aufgezwungen hohe Motor-Kühlenergie-Verluste - bei innerer gesteuerter Temperaturentlastung und durchzuführender Wärmeisolierung der Verbundmotorecontains the essence of the thermodynamic basic concept of the compound engine process control after, with high air density at a high compression final pressure level with subsequent internal engine fuel combustion with a large air ratio λ - in a temperature field low specific heat absorption per Nm and C of air and combustion gases as engine working gas - also low fuel heat energy losses in relation to the greatly reduced with the low combustion temperature and internal engine temperature relief Engine cylinder displacement, radiation and engine exhaust heat losses, and thus also low thermal loads on the compound motors. With regard to the temperature performance limits of the internal combustion engine is therefore imposed without any mechanical engineering material issues high motor cooling energy losses - with internal controlled temperature relief and thermal insulation of the composite motors to be carried out
- motortypbezogen ein Mehrfaches der Motor-Leistungsdichte aufgeladen einstufig arbeitender Verbrennungsmotore erreicht.- Depending on the engine type, a multiple of the engine power density is charged single-stage combustion engines achieved.
Der Kraftmaschinen-Antrieb mobiler Fahrzeuge vie stationärer Aggregate nach dem entvickelten thermodynamischen Prinzip des Verbrennungs-Verbundmators mit seiner druck- und temperaturentlastenden Prozeßsteuerung, stellt eine vollständige und kompromißlose GrundsatzIbsung unserer durch Verbrennungsmotore hervorgerufenen ernsthaften Umvelt-Probleme dar. Belästigend oder schädigend spürbare Abgas- oder Geräusch-Emissionen verden bei diesem Antriebs-Prinz:r_p von vornherein vermieden !The engine drive of mobile vehicles as well as stationary units according to the developed thermodynamic principle of the combustion compound mator with its pressure and temperature relieving process control, represents a complete and uncompromising basic solution to our serious environmental problems caused by combustion engines. Annoying or damaging noticeable exhaust gas or noise -Emissions are reduced with this drive principle: r _p avoided from the start!
Die Abvärme des Verbundmotors fällt nur noch in stark herabgesetzt kleiner Verlust-Energiemenge auf niederem Temperaturniveau an. Durch den Verbrennungs-Verbundmotor vird mithilfe der entvickelten Verbundmotor-Prozeßführung und vorstehend beschriebener Motor-Steuerung eine - bislang ungevöhnlich - hohe Motorkraftstoff-Ausnutzung zur Umsetzung der mit dem Kraftstoff zugeführten Wärmeenergie in die größtmögliche mechanische Antriebsenergie - bei entsprechend hohem thermischen Motor-Wirkungsgrad - erreicht.The waste heat of the compound engine is only greatly reduced small amount of lost energy at a low temperature level. The internal combustion engine is developed with the help of the Compound engine process control and engine control described above a - so far uncommonly - high engine fuel utilization to convert the thermal energy supplied with the fuel into the greatest possible mechanical drive energy - at a correspondingly high level thermal motor efficiency - achieved.
Durch die hohe Motor-Leistungsdichte des Verbrennungs-Verbundmotors verden bei Serien-Produktion Einsparungen in Bezug auf die Produktionskosten erbracht. Zum anderen ergibt sich damit auch eine merkbare Absenkung des Motor-Leistungsgevichtes, sovie hierdurch viederum lei-Due to the high engine power density of the internal combustion engine verden savings in terms of production costs in series production. On the other hand, this also results in a noticeable one Reduction of the engine power weight, as
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stungsbezogene Platzersparnisse - für die Installierung der Verbrennungs-Verbundmotore - vas bei vielerlei Motor—Antrieben von großem Interesse ist !Performance-related space savings - for the installation of the internal combustion engine - which is of great interest for a wide variety of motor drives!
Bei der heutzutage allerorts weltweit herrschenden - und stetig veiter zunehmenden - Verkehrsdichte, vird der Umvelt und damit der gesamten Menschheit bislang und gegenwärtig ein unerträgliches Maß an belästigenden Geräusch- und Geruchs- vie auch schadstoffhaltigen Abgas-Emissionen durch Verbrennungsmotor-Antriebe aufgebürdet und zugemutet.With the current - and steadily increasing - traffic density that prevails everywhere around the world, the environment and with it the all of mankind up to now and now an unbearable amount of annoying noises and smells, including those containing pollutants Exhaust gas emissions from internal combustion engine drives are burdened and accepted.
Durch diese Einflüsse werden nervöse Störungen sowie auch ernsthafte Erkrankungen einer großen Anzahl der Mitmenschen in hohem Maße begünstigt, in vielen Fällen sogar ursächlich hervorgerufen !These influences cause nervous disorders as well as serious ones Diseases of a large number of fellow human beings favored to a large extent, in many cases even causally caused!
Diese in starkem Maße zunehmend vergiftenden Einflüsse auf unseren Lebensraum, im Zusammenhang mit der zunehmend starken ¥ärmebelastung der Umvelt durch vergeudete Värmeenergie in Form immenser Kraftstoff-Verlustenergieen - verursacht durch 60 bis 75 $>-ige Prozeß-Abvärmemengen - einer beständig veiter zunehmend großen Anzahl kleinerer vie großer Verbrennungsmotore und sonstiger Yärme-Kraftmaschinen, die entweder in die freie Atmosphäre abgeblasen oder auch Yasserläufen freier Natur aufgebürdet verden, stellt eines unserer ernsthaftesten und umfangreichsten Zivilisationsprobleme dar ! Hinzu kommt aus wirtschaftlicher Sicht die absehbar zunehmende Verknappung, und die sich weltweit inflationär auswirkende - sowie ständig veiter fortschreitende - Teuerung fossiler Kraftstoffe.These increasingly poisonous influences on ours Habitat, in connection with the increasingly strong heat load on the environment from wasted thermal energy in the form of immense fuel loss energy - Caused by $ 60 to $ 75> - amount of process waste heat - a steadily increasing number of smaller and larger internal combustion engines and other Yärme prime movers, the either blown off into the open atmosphere or Yasser runs Being saddled with the great outdoors is one of our most serious and extensive civilization problems! In addition, from an economic point of view, there is the foreseeable increase in shortages and the global inflationary - and constant - effects A further progressive increase in the cost of fossil fuels.
Im Hinblick auf die unvorstellbare Vielzahl bislang existierender und veiterhin progressiv zunehmender - verbrennungsmotorischer Antriebe, vie PKW-, LKY-, Autobus-, Bahn- oder Schiffs-Antriebe, vie auch Antriebe stationärer Kraftstrom-Aggregate oder auch solcher von Arbeitsmaschinen, virkt sich - neben dem geschildert wirtschaftlichen Betriebsverhalten im übrigen - vor allem auch die durch die entwickelte thermodynamisehe Kraftmaschinen-Prozeßführung in ausschlaggebender Yeise durchführbare Schadstoff- und Yärme-Entlastung der freien Atmosphäre, zu großem Vorteil für die Besserung und allmähliche Normalisierung unserer Umveltverhältnisse aus !In view of the unimaginable number of existing and further progressively increasing - internal combustion engine drives, vie car, LKY, bus, train or ship drives, vie also drives of stationary power units or those of Working machines, in addition to the described economic operating behavior, are also virkt especially through the developed thermodynamic engine process control in decisive Yeise pollutant and heat-relieving the feasible free atmosphere, to great advantage for the improvement and gradual normalization of our environmental conditions!
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Nach Vorstehendem sind mit dem entwickelten Antriebsprinzip des Verbrennungs-Verbundmotors und seiner Kraftmaschinen-Prozeßsteuerung, die vordringlichen Erfordernisse hinsichtlich der - durch ständig veiter stark fortschreitende Motorisierung und Energie-Intensivierung des Zivilisationslebens - immer aktueller werdenden Umweltschutz- und Energievirtschafts-Gesichtspunkte, entsprechend in gebührend ausschlaggebender Yeise berücksichtigt.The above are based on the developed drive principle of the internal combustion compound engine and its engine process control, the urgent requirements in terms of - by constantly expanding strongly advancing motorization and energy intensification of the Civilized life - environmental protection and energy management aspects that are becoming more and more up-to-date, correspondingly more decisive Yeise considered.
1.) Druck- und temperaturentlastende, strömungsverlustarme Steuerung bei kleinstmöglichen Kanal-Schadräumen und prozeßgünstig hoch erreichbarem Kompressions-Enddruckniveau der Verbrennungs-Verbundmotore. Den aufgeladenen Niederdruck-Zylindern ist für die erste Motor-Kompressionsstufe der zweistufigen Motor-Kompression über einzelne Kompressions-Verbinder je ein Hochdruck-Zylinder als Kompressionsraum zugeordnet, dessen Kolben dem zugeordnet komprimierenden Niederdruck-Kolben um 180° Kurbelversatz voreilt und dadurch mit potentieller Kompressions-Druckenergie beaufschlagt wird, so daß unter Kompressionsarbeits-Rückgewinn druck- und temperaturentlastend komprimiert wird.1.) Pressure and temperature relieving, low flow loss control with the smallest possible duct clearance and process-favorable, high compression final pressure level of the composite internal combustion engines. The supercharged low-pressure cylinder is over for the first engine compression stage of the two-stage engine compression individual compression connectors each assigned a high-pressure cylinder as a compression chamber, the piston of which is assigned to the compressing one Low-pressure piston advanced by 180 ° crank offset and thereby is acted upon with potential compression pressure energy, so that pressure and temperature relieving under compression work recovery is compressed.
2.) Damit ergeben sich bei stufenweise aufgeteilter Motor-Kompressionsarbeit großvolumige Verdichtungsräume im Verhältnis zugeordneter Zylindervolumina der Verbundstufen. Hierdurch ist bei prozeßgünstig großem Luftverhältnis großer Luftdichte innerhalb der Kompressionsräume der Verbrennungs-Zylinder - mit erwünscht herabgesetzten Verbrennungs-Temperaturen in ein Temperaturfeld geringer spezifischer Värmeaufnahme von Luft und Verbrennungsgasen bei elastisch weichem Motorgang und gesteuert angenäherter Gleichdruck-Verbrennung eine relativ große Motor-Leistungsdichte gewährleistet. 2.) This results in a step-by-step engine compression work large-volume compression areas in proportion to the assigned Cylinder volumes of the compound steps. This is beneficial to the process large air ratio large air density within the compression chambers of the combustion cylinder - with desired reduced Combustion temperatures in a temperature field with a low specific heat absorption of air and combustion gases elastically soft engine gear and controlled approximate constant pressure combustion ensures a relatively high engine power density.
3.) Für die Verbundexpansions-Arbeitsphase des Motors ist jedem Verbrennungs-Zylinder über je einen kurzen Expansions-Verbindungskanal3.) For the compound expansion work phase of the engine is each combustion cylinder each via a short expansion connection channel
- bei temperaturentlastender und strömungsverlustarmer Verbund-Expansions-Steuerung - ein bestimmter Expansions-Verbundzylinder nachgeschaltet.- with temperature relieving and low flow loss composite expansion control - A certain expansion cylinder connected downstream.
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4.) Geringe thermische und herabgesetzte mechanische Belastung bei prozeßgünstig großem Gesamt-Expansionsverhältnis der Verbundmotore. Bei strömungsverlustarm zveistufiger Verbund-Expansion wird mit lastproportionalen Expansions-Anfangsdrücken und etwa leistungsgleicher Arbeitsgas-Expansion - innerhalb beider Zylinderstufen gefahren. 4.) Low thermal and reduced mechanical stress process-favorable large overall expansion ratio of the composite engines. In the case of a two-stage composite expansion with little flow loss, with load-proportional expansion initial pressures and roughly equivalent working gas expansion - driven within both cylinder stages.
5.) Große Drehmomente der Verbrennungs-Verbundmotore, sowie elastisches und drehfreudiges Betriebsverhalten bei Motor-Lastwechseln in allen Drehzahlbereichen — auch bei niederen Motor—Drehzahlen - sowie erhöhte Motor-Leistungsdichte.5.) Large torques of the internal combustion composite engines, as well as elastic and easy-revving operating behavior with engine load changes in all speed ranges - even at low engine speeds - as well as increased engine power density.
6.) Geschmeidiger und äußerst geräuscharmer Motorlauf - ohne Geräusch-Amplituden durch Zündung und Verbrennung.6.) Smooth and extremely quiet engine run - without noise amplitudes by ignition and combustion.
7.) Keine Energieverluste durch abzuführende Motorwärme mittels äußerer Motorkühlung: Der Verbund-Motor arbeitet auf niederem mittlerem Betriebs-Temperaturniveau mit nutzbringender innerer Temperaturentlastung - bei geringem ZyIinder-Wandungsverlust und Temperatur-Ausgleich der Verbund-Zylinderstufen - und kann daher ohne äußere Kiihlverluste - wärmeisoliert betrieben werden, wie es bei Wärmekraftmaschinen im allgemeinen, prinzipiell als selbstverständlich erscheint.7.) No energy losses due to motor heat to be dissipated by means of external Motor cooling: The compound motor works at a low, medium operating temperature level with beneficial internal temperature relief - with low cylinder wall loss and temperature compensation the composite cylinder stages - and can therefore be operated thermally insulated without external cooling losses, such as it appears in principle to be taken for granted in the case of heat engines in general.
8.) Bei temperaturentlastender Prozeßsteuerung wird ein hohes Kompressions-Enddruckniveau mit gemäßigten Kompressions-Temperaturen angestrebt. Das Motor-Arbeitsgas wird bei großem Gesamt-Expansions-Verhältnis der Verbund-Motore, zweistufig mit vorwiegender Adiabaten-Charakteristik auf geringe Abgas-Endtemperaturen mit gleichfalls geringen Enddrücken herunterexpandiert. Mithin treten Motor-Abgas- und Motor-Expansions-Verluste bei der entwickelten Verbund-Prozeßart nur in unbedeutend geringer Größe in Erscheinung.8.) With process control that relieves the pressure, there is a high final compression pressure level aimed at moderate compression temperatures. The engine working gas is at a large overall expansion ratio the composite engines, two-stage with predominantly adiabatic characteristics for low exhaust gas end temperatures with also expanded down to low final pressures. Thus, engine exhaust and engine expansion losses occur in the developed Composite process type only appears in an insignificantly small size.
9.) Der Wärmekraftmaschinen-Prozeß des druck- und temperaturentlastend gesteuerten Verbrennungs-Verbundmotors beinhaltet im Gesamten geringe Kraftstoff-Energieverluste infolge seiner niedrigen Verlust-Wärmemengen: Durch den geringen Zylinderwandungs-Wärmeverlust entfällt der Motor-Kühlverlust nach vorstehendem Punkt 7. Der Abgas-Wärmeverlust ist durch geringe Abgas-Temperaturen infolge niedrigen Betriebs-Temperaturniveaus bei großem Verbundmotor-9.) The heat engine process of the pressure and temperature relieving The controlled internal combustion engine includes overall low fuel energy losses due to its low heat loss: Due to the low heat loss from the cylinder wall the engine cooling loss according to point 7 above does not apply. The exhaust gas heat loss is due to low exhaust gas temperatures low operating temperature levels with large compound motor
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Expansions-Verhältnis - nach vorstehendem Punkt 8 - sowie durch Verwertung der kinetischen Motor-Abgas-Energie zum Antrieb von Abgas-Turboladern, stark herabgesetzt. - Der Abstrahlungs-Värmeverlust ist durch das herabgesetzte innermotorische Verbrennungs—Ausgangs-Temperaturniveau innerhalb der Verbrennungs-Zylinder, sowie durch die temperaturentlastende Arbeitsgas-Steuerung innerhalb der Expansions-Verbundstufen, sehr minimal. - Der Reibungsverlust—Värmeanteil ist bei dieser Verbundnotor-Bauart leistungsspezifisch gleichfalls stark reduziert, wodurch sich ein verbesserter mechanischer Motor-Virkungsgrad ergibt.Expansion ratio - according to point 8 above - as well as by utilizing the kinetic engine exhaust gas energy for propulsion of exhaust gas turbochargers, greatly reduced. - The radiation heat loss is due to the reduced internal combustion starting temperature level inside the combustion cylinder, as well as through the temperature-relieving working gas control within the expansion compound stages, very minimal. - Of the Friction loss — heat share is with this composite motor design performance-specific also greatly reduced, which results in a results in improved mechanical engine efficiency.
10.) Der konzeptionell größere Luftüberschuß in allen Lastpunkten der Verbund—Prozeßart verhindert Rußstöße bei schnellen Motor-Lastwechseln und gewährleistet - unter Berücksichtigung der den Verbrennungs-Zylindern jeweils einzeln zugeordnet nachgeschalteten Expansions-Verbundzylinder - bei vollständiger und rückstandfreier Verbrennung schadstoffreie Abgas-Emissionen. Der Entstehung unerwünschter Stickoxyde (ΝΟχ-Gase) ist bei der beschriebenen Värmekraftmaschinen-Verbund-Prozeßart die Entstehungskomponente höherer Verbrennungs-Temperaturen entzogen. 10.) The conceptually larger excess air in all load points of the Compound process type prevents soot surges in the event of rapid engine load changes and guaranteed - taking into account the individually assigned downstream of the combustion cylinders Expansion compound cylinder - with complete and residue-free combustion, pollutant-free exhaust gas emissions. Of the Unwanted nitrogen oxides (ΝΟχ-gases) are created in the case of the described Värmekraftmaschinen-Verbund-Prozessart removes the development component of higher combustion temperatures.
030033/000 1030033/000 1
GOPYGOPY
Claims (7)
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE2812199A1 true DE2812199A1 (en) | 1980-08-14 |
Family
ID=6034997
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782812199 Withdrawn DE2812199A1 (en) | 1978-03-20 | 1978-03-20 | Reciprocating internal combustion engine - has gases transferred between cylinders of different sizes to increase effective compression ratio |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2812199A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0463818A1 (en) * | 1990-06-22 | 1992-01-02 | Haring, Betty Jean | Internal combustion engine and method |
| ITPI20090117A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-23 | Roberto Gentili | SPONTANEOUS IGNITION ENGINE WITH PROGRESSIVE LOAD ENTRY IN THE COMBUSTION PHASE |
-
1978
- 1978-03-20 DE DE19782812199 patent/DE2812199A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0463818A1 (en) * | 1990-06-22 | 1992-01-02 | Haring, Betty Jean | Internal combustion engine and method |
| ITPI20090117A1 (en) * | 2009-09-23 | 2011-03-23 | Roberto Gentili | SPONTANEOUS IGNITION ENGINE WITH PROGRESSIVE LOAD ENTRY IN THE COMBUSTION PHASE |
| WO2011045642A2 (en) | 2009-09-23 | 2011-04-21 | Musu, Ettore | Split-cycle engine |
| US8720396B2 (en) | 2009-09-23 | 2014-05-13 | Green Engine Consulting S.R.L. | Split-cycle engine |
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