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Aus einer Kolbenbrennkraftmaschine und einer Abgasturbine bestehendes Brennkraftmaschinen-Aggregat
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der Linie E - F in Fig. 2 veranschaulicht. Fig. 5 stellt einen weiteren Querschnitt entlang der Linie G - H in Fig. 2 dar.
In den Zeichnungen sind mit 1 und 2 die in den Zylindern 3 und 4 gleitenden oberen Kolben und mit 5 und 6 die in den Zylindern 7 und 8 gleitenden unteren Kolben bezeichnet. Die Zylinder 3 und 7 und die Zylinder 4 und 8 bilden zusammen jeweils ein verripptes Gussstück. Die Zylinderköpfe 106 und 105 schliessen die vorgenannten Zylinder ab.
Die beiden oberen Kolben 1 und 2 stehen über Druckfedern 9,10 und Druckstücke 11,12 mit den auf den Exzentern 13, 14 der Exzenterwelle gelagerten Laufringen 15,16 in kraftschlüssiger Verbindung.
DieKolben 1 und 5 bzw. 2 und 6 haben über in Nuten 22,24 bzw. 23,25 eingreifende Gleitkörper 18,20 bzw. 19,21 Kraftschluss mit den Schwinghebeln 26 und 27, deren Lagerzapfen 28 und 29 mittels Nadellagern 30 und 31 im Motorgehäuse 32 einseitig gelagert sind.
Die Schwinghebel 26 und 27 sind mit verzahnten Fortsätzen 33 und 34 ausgerüstet, die-wie die Fig. 5 erkennen lässt - miteinander in Eingriff stehen. Die Fortsätze 35 und 36 dienen zum Massenausgleich. Die Schwinghebel weisen auf der von den Zylindern abgekehrten Seite eine durchgehende Nut 37 bzw. 38 auf, in die mittels Gleitkörper 39 und 40 die in dem schwenkbaren Joch 41 auf den Kugellagern 42,43 und 44,45 gelagerten Schwingkurbeln 46 und 47 derart eingreifen, dass bei Verschwenken des Joches 41 eine Vergrösserung oder Verkleinerung der wirksamen Hebelarmlänge erreicht werden kann.
Die Zapfen 48 und 49 der Schwingkurbeln sind mit den Flanschen 50 und 51 fest verbunden. In einer Aussparung 52 bzw. 53 dieser Flanschen liegen die Enden der Federbandkupplungen 54 und 55, die jeweils um 1800 versetzt das von den Kolben aufgenommene Drehmoment auf die Trommeln 56 und 57 übertragen. Die letzteren stehen über Zahnräder 58 und 59 mit dem Abtriebszahnrad 60 und der Abtriebswelle 61 in Verbindung. Die Verschwenkung des Jochs 41 erfolgt mittels einer Schneckenspindel 62, die in eine auf dem Joch 41 befestigte Verzahnung 63 eingreift, und durch eine Zahnstange 64, welche hydraulisch über die Verzahnung 65 verschoben wird.
Der Abtrieb geht von der Welle 61 über eine Sicherheitskupplung 66 und ein Antriebskegelrad 67, welches zwei Tellerräder 68 für Vorwärtsfahrt und 69 für Rückwärtsfahrt antreibt. Die letzteren können durch eine Schaltklaue 70 ein-und ausgeschaltet werden. Die Tellerräder treiben das Differentialgehäuse 71 an, in welchem das Differential 72 untergebracht ist. Von hier aus erfolgt in bekannter Weise der Antrieb der Fahrzeugräder.
Die Exzenterwelle 17, die unabhängig von dem ständig in Abhängigkeit von der Last seine Drehzahl wechselnden Abtrieb mit annähernd gleicher Drehzahl umläuft, treibt über die Zahnräder 73,74 und die Welle 75 die als Schwungrad ausgebildete Licht- und Anlassmaschine 76 an. Auf der Welle 75 ist auch der als Flachschieber ausgebildete Einlass-Drehschieber 77 angeordnet, durch den der Einlass des Frischgases in die Zylinder gesteuert wird. Zur Abdichtung werden die Druckstücke 80 und 81 durch Federn 78 und 79 an den Drehschieber gedrückt, von wo aus das Frischgas über die Einlasskanäle 82 und 83 in die Motorzylinder gelangt.
Auf dem rotierenden Gehäuse der Lichtanlassmaschine 76 ist der Kühllüfter 84 angebracht, der durch die Öffnung 85 Luft ansaugt und sie zum Kühlen der Zylinder durch Kanäle 86 und 87 an die Kühlrippen der Motorzylinder heranführt.
Das Zahnrad 74 auf der Welle 75 steht über das Zahnrad 88 mit der Welle 93 in Verbindung, die auf der vorderen Stirnseite das Ladegebläse 94 und auf der rückwärtigen Stirnseite das Radial-Turbinenrad 95 trägt. Das Zahnrad 88 treibt die Zahnradpumpe 89, die Druckpumpe 90 für den Schmierkreislauf und die Druckpumpe 91 für die Betätigung an.
Das Ladegebläse saugt über den durch die Drosselklappe 96 gesteuerten Ansaugkanal 97 Luft an und drückt die Ladeluft über die Kanäle 98 und 99 zum Drehschieber 77. Die Abgasturbine steht mit den Auslassschlitzen 100 und 101 über dietangential in das Gehäuse 102 der Turbine einmündenden Kanäle 103 und 104 in Verbindung.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Brennkraftmaschinen-Aggregates soll nachstehend an Hand des Zusammenspieles der freifliegenden Kolben mit dem beschriebenen Triebwerk erläutert werden. Die mit der Exzenterwelle 17 starr verbundenen Exzenter 13 und 14 drehen sich entgegen dem Uhrzeigersinn. Fig. 5 lässt erkennen, dass die Kolben 1 und 2 verdichten, während die über die Schwinghebel 26 und 27 mit den Kolben 1 und 2 starr verbundenen Kolben 5 und 6 Arbeit leisten. Sobald die Oberkanten dieser Kolben die Auslassschlitze erreicht haben, dringen die Abgase aus den Auslassschlitzen 100 und 101 über die Kanäle 103 und 104 in das Turbinengehäuse 102 und treiben die Abgasturbine 95 an (vgl. Fig. 4). Erst in der Nähe des unteren Totpunktes, wenn der Druck in den Zylindern entsprechend abgesunken ist, öffnet der Drehschieber 77 (vgl.
Fig. 3) den Einlass. Die vom Ladegebläse 94 (vgl. Fig. 2) vorverdichtete Verbrennungsluft kann nunmehr über die Einlasskanäle 82 und 83 (vgl. Fig. 3) in die Zylinder eindringen.
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Das Einspritzen des Brennstoffes erfolgt während des Verdichtungshubes. Wenn die Kolben 5 und 6 das Gemisch so hoch verdichtet haben, dass Selbstzündung eintritt, kehren diese Kolben ihre Bewegungs- richtung um und es beginnt ein neuer Arbeitsakt. Dasselbe spielt sich um 1800 versetzt in den Zylindern 3 und 4 ab. Die Arbeitskolben 1 und 2 stehen mit der Exzenterwelle über Federn 9 und 10 in elastischer
Verbindung. Mit den Schwinghebeln 26 und 27, die untereinander über die verzahnten Fortsätze 33 und 34 kraftschlüssig verbunden sind (vgl. Fig. 5), sind sie jedoch durch schwenkbar gelagerte Gleitkörper 18,20 bzw. 19,21 starr gekuppelt.
Die Schwinghebel wiederum übertragen über die schwenkbaren Gleit- körper 39 bzw. 40, die in ihren Nuten 37 bzw. 38 durch Verschwenken des Jochs 41 zur Veränderung der Übersetzung verschoben werden können, um 1800 versetzt Impulse über die Schwingkurbeln 46 bzw. 47, dann deren Zapfen 48 bzw. 49 mit den Flanschen 50 bzw. 51, auf die in Fig. 3 nur im Schnitt angedeuteten Federbandkupplungen 54 und 55. Zu diesem Zweck greift die Schwingkurbel 46 mit ihrem Gleitkörper 39 nach oben in die Nut 37 des Schwinghebels 26, und die Schwingkurbel 47 mit ihrem Gleitkörper 40 nach unten, also um 1800 gegenüber der Schwingkurbel 46 versetzt, in die Nut 38 des Schwinghebels 27 ein.
Beide Federbandkupplungen sind im gleichenDrehsinn gewickelt, sie übertragen nur das Drehmoment jeweils einzeln um 1800 phasenverschoben auf den Antrieb, da das obere Ende des Schwinghebels 26, an dem bei kleinster Übersetzung die Schwingkurbel 46 angreift, sich z. B. gerade im inneren Totpunkt seiner Bewegung, und das untere Ende des Schwinghebels 27, an dem die Schwingkurbel 47 angreift, sich im äusseren Totpunkt seiner Bewegung befindet. Kurz nach dem inneren Totpunkt der oberen Kolben 1 und 2, welcher dem äusseren Totpunkt der unteren Kolben 5 und 6 entspricht, beginnt also die FedeibandkuppluAg 54 zu greifen, während sich die Federbandkupplung 55 kurz vor dem inneren Totpunkt der oberen Kolben gelöst hat.
Die Federbandkupplungen 54 und 55 übertragen in der entgegen ihrem Wicklungssinn gerichteten Bewegung ein Drehmoment auf die Trommeln 56 und 57, von wo es durch die Zahnräder 58 und 59 auf das Abtriebszahnrad 60 und damit die Abtriebswelle 61 übertragen wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Brennkraftmaschinen-Aggregat, bestehend aus einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit hin-und hergehenden Kolben, die annähernd mit gleichbleibender Drehzahl arbeitet, und einer Abgasturbine, die mit der Brennkraftmaschine starr gekuppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine in an sich bekannter Weise mindestens zwei hin-und hergehende, mit je einem Schwinghebel (26 bzw. 27) gekuppelte Kolben (1, 2 bzw. 5,6) aufweist, wobei die Schwinghebel über Gleitkörper (18,19 bzw.
20,21) mit zu beiden Seiten in einem verstellbar angeordneten Joch (41) gelagerten Schwingkurbeln (46,47) sowie über diese nur in einer Drehrichtung wirksamen Kupplungen (54,55) kraftschlüssig verbunden sind, die über Zahnräder (58,59, 60) die senkrecht zur Zylinderachse verlaufende Abtriebswelle (61) der Brennkraftmaschine abwechselnd und absatzweise in Rotation versetzen, dass ferner zum Antrieb der Hilfsmaschinen (76,84) eine eigene, von der Abtriebswelle (61) unabhängige Exzenterwelle (17) zwischen den einander gegenüberliegenden Kolben (1, 2 bzw. 5,6) vorgesehen ist, die jeweils eine oder mehrere, in einer Zylinderlängsmittelebene bzw. in Parallelebenen hiezu liegende Exzenterscheiben (13, 14) trägt, an der bzw.
an denen die Stirnflächen voneinander diametral gegen- überliegenden, einseitig abgeschlossenen Gleithülsen (11,12) anliegen, die in den Kolben (l, 2) in ihrer Längsrichtung axial verschiebbar gelagert sind und jeweils unter dem Druck einer vorzugsweise zwischen den abgeschlossenen Enden der Gleithülsen (11,12) und den Kolbenbodeninnenseiten wirksamen Feder (9 bzw. 10) stehen, und dass die Abgasturbine (95) über eine Zahnradübersetzung (74,88) mit der Exzenterwelle (17) verbunden ist.
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Internal combustion engine assembly consisting of a piston internal combustion engine and an exhaust gas turbine
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the line EF in Fig. 2 illustrates. FIG. 5 shows a further cross section along the line G - H in FIG. 2.
In the drawings, 1 and 2 denote the upper pistons sliding in cylinders 3 and 4, and 5 and 6 denote the lower pistons sliding in cylinders 7 and 8. The cylinders 3 and 7 and the cylinders 4 and 8 together each form a ribbed casting. The cylinder heads 106 and 105 complete the aforementioned cylinders.
The two upper pistons 1 and 2 are in a force-locking connection via compression springs 9, 10 and pressure pieces 11, 12 with the races 15, 16 mounted on the eccentrics 13, 14 of the eccentric shaft.
The pistons 1 and 5 or 2 and 6 have sliding bodies 18, 20 and 19, 21 engaging in grooves 22, 24 and 23, 25 with the rocker arms 26 and 27, the bearing journals 28 and 29 by means of needle bearings 30 and 31 in the Motor housing 32 are mounted on one side.
The rocking levers 26 and 27 are equipped with toothed extensions 33 and 34 which - as FIG. 5 shows - are in engagement with one another. The extensions 35 and 36 serve to balance the masses. On the side facing away from the cylinders, the rocker arms have a continuous groove 37 and 38, into which the rocker cranks 46 and 47, which are mounted in the pivotable yoke 41 on the ball bearings 42, 43 and 44, 45 engage by means of sliding bodies 39 and 40, that when the yoke 41 is pivoted, the effective lever arm length can be increased or decreased.
The pins 48 and 49 of the oscillating cranks are firmly connected to the flanges 50 and 51. The ends of the spring band couplings 54 and 55 are located in a recess 52 or 53 of these flanges, each of which transmits the torque absorbed by the pistons to the drums 56 and 57, offset by 1800. The latter are connected to the output gear 60 and the output shaft 61 via gears 58 and 59. The pivoting of the yoke 41 takes place by means of a worm spindle 62, which engages in a toothing 63 fastened on the yoke 41, and by means of a toothed rack 64 which is shifted hydraulically via the toothing 65.
The output goes from the shaft 61 via a safety clutch 66 and a drive bevel gear 67, which drives two ring gears 68 for forward travel and 69 for reverse travel. The latter can be switched on and off by a switching claw 70. The ring gears drive the differential housing 71 in which the differential 72 is housed. From here, the vehicle wheels are driven in a known manner.
The eccentric shaft 17, which rotates at approximately the same speed independently of the output, which constantly changes its speed depending on the load, drives the dynamo and starting machine 76, which is designed as a flywheel, via the gears 73, 74 and the shaft 75. The rotary inlet valve 77, which is designed as a flat slide and controls the inlet of the fresh gas into the cylinders, is also arranged on the shaft 75. For sealing purposes, the pressure pieces 80 and 81 are pressed against the rotary valve by springs 78 and 79, from where the fresh gas enters the engine cylinders via the inlet channels 82 and 83.
The cooling fan 84 is mounted on the rotating housing of the light starting machine 76 and takes in air through the opening 85 and guides it through channels 86 and 87 to the cooling fins of the engine cylinders for cooling the cylinders.
The gear 74 on the shaft 75 is connected via the gear 88 to the shaft 93, which carries the charging fan 94 on the front end and the radial turbine wheel 95 on the rear end. The gear 88 drives the gear pump 89, the pressure pump 90 for the lubrication circuit and the pressure pump 91 for actuation.
The charge fan sucks in air via the intake duct 97 controlled by the throttle valve 96 and presses the charge air via the ducts 98 and 99 to the rotary valve 77. The exhaust gas turbine is connected to the outlet slots 100 and 101 via ducts 103 and 104 which open tangentially into the housing 102 of the turbine in connection.
The mode of operation of the internal combustion engine assembly according to the invention will be explained below on the basis of the interaction of the free-flying pistons with the engine described. The eccentrics 13 and 14 rigidly connected to the eccentric shaft 17 rotate counterclockwise. 5 shows that the pistons 1 and 2 compress, while the pistons 5 and 6, which are rigidly connected to the pistons 1 and 2 via the rocker arms 26 and 27, perform work. As soon as the upper edges of these pistons have reached the outlet slots, the exhaust gases penetrate from the outlet slots 100 and 101 via the channels 103 and 104 into the turbine housing 102 and drive the exhaust gas turbine 95 (cf. FIG. 4). Only in the vicinity of the bottom dead center, when the pressure in the cylinders has decreased accordingly, does the rotary valve 77 open (cf.
Fig. 3) the inlet. The combustion air precompressed by the charging fan 94 (see FIG. 2) can now enter the cylinders via the inlet channels 82 and 83 (see FIG. 3).
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The fuel is injected during the compression stroke. When pistons 5 and 6 have compressed the mixture to such an extent that auto-ignition occurs, these pistons reverse their direction of movement and a new work process begins. The same takes place in cylinders 3 and 4 offset around 1800. The working pistons 1 and 2 are in elasticity with the eccentric shaft via springs 9 and 10
Connection. However, they are rigidly coupled to the rocker arms 26 and 27, which are non-positively connected to one another via the toothed extensions 33 and 34 (see FIG. 5), by pivotably mounted sliding bodies 18, 20 and 19, 21.
The rocking levers, in turn, transmit via the pivotable sliding bodies 39 and 40, which can be displaced in their grooves 37 and 38 by pivoting the yoke 41 to change the translation, pulses offset by 1800 via the rocking cranks 46 and 47, then their Pin 48 and 49 with the flanges 50 and 51, respectively, to the spring band couplings 54 and 55, which are only indicated in section in FIG. 3. For this purpose, the oscillating crank 46 engages with its sliding body 39 upward into the groove 37 of the oscillating lever 26, and the oscillating crank 47 with its sliding body 40 downwards, that is to say offset by 1800 with respect to the oscillating crank 46, into the groove 38 of the oscillating lever 27.
Both spring band clutches are wound in the same direction of rotation, they only transmit the torque to the drive individually by 1800 out of phase, since the upper end of the rocker arm 26, on which the rocker crank 46 engages at the lowest gear ratio, e.g. B. just in the inner dead center of its movement, and the lower end of the rocker arm 27, on which the rocking crank 47 engages, is in the outer dead center of its movement. Shortly after the inner dead center of the upper pistons 1 and 2, which corresponds to the outer dead center of the lower pistons 5 and 6, the spring band clutch 54 begins to grip, while the spring band clutch 55 has released shortly before the inner dead center of the upper piston.
The spring band clutches 54 and 55 transmit a torque to the drums 56 and 57 in the movement opposite to their winding direction, from where it is transmitted through the gears 58 and 59 to the output gear 60 and thus the output shaft 61.
PATENT CLAIMS:
1. Internal combustion engine unit, consisting of a multi-cylinder internal combustion engine with reciprocating pistons, which works at approximately constant speed, and an exhaust gas turbine which is rigidly coupled to the internal combustion engine, characterized in that the internal combustion engine in a known manner at least two has reciprocating pistons (1, 2 or 5, 6) each coupled to a rocking lever (26 or 27), the rocking lever via sliding bodies (18, 19 or
20,21) with oscillating cranks (46,47) mounted on both sides in an adjustable yoke (41) and via these clutches (54,55) which are only effective in one direction of rotation and which are connected via gears (58,59, 60 ) set the output shaft (61) of the internal combustion engine running perpendicular to the cylinder axis alternately and intermittently in rotation, that furthermore, to drive the auxiliary machines (76, 84), a separate eccentric shaft (17), independent of the output shaft (61), between the opposing pistons ( 1, 2 or 5,6) is provided, each of which carries one or more eccentric disks (13, 14) located in a cylinder longitudinal center plane or in parallel planes, on which or
on which the end faces of diametrically opposed, unilaterally closed sliding sleeves (11, 12) rest which are axially displaceable in their longitudinal direction in the pistons (1, 2) and are each under the pressure of a preferably between the closed ends of the sliding sleeves ( 11, 12) and the spring (9 or 10) acting on the inner side of the piston crown, and that the exhaust gas turbine (95) is connected to the eccentric shaft (17) via a gear transmission (74, 88).
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