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Die Erfindung betrifft eine mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine mit parallel und konzentrisch zur Abtriebswelle in zwei einander gegenüberliegenden Gruppen angeordneten Zylindern, deren einander gegenüberliegende Kolben jeweils mit einer Kolbenstange verbunden sind, die mittels eines Kurvenschubgetriebes mit der Abtriebswelle verbunden sind.
Bei einer bekannt gewordenen Axialkolbenmaschine sind zwei zueinander parallele Scheiben vorgesehen, die sowohl die Zylinder halten als auch die Motorwelle lagern. Die Zylinder sind mit ihren offenen Enden einander zugewendet. Diese Maschine hat paarweise starr miteinander verbundene Kolben, wobei jeweils zwei gleichachsige Kolben und ein Verbindungsstück zwischen diesen beiden Kolben einen einzigen, zusammenhängenden Bauteil bilden. Wird also auch nur einer der beiden Kolben schadhaft, so muss der ganze Bauteil ausgewechselt werden. Das Verbindungsstück trägt mehrere Zapfen, die in Nuten einer zentralen, auf der Motorwelle sitzenden Nutentrommel eingreifen. Die Sicherung der Zapfen und damit der Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenachse erfolgt durch zwei schmale, zueinander parallel verlaufende Längsflächen an den Verbindungsstücken.
Diese Längsflächen liegen zu beiden Seiten der Zapfen und wirken mit der Mantelfläche der Nutentrommel zusammen. Entsprechende Reibungsverluste sind hier genauso wie an den Zapfen in den Nuten die Folge.
Weiters ist es bei Verbrennungskraftmaschinen bekannt, die in den Abgasen enthaltene Energie in einer Abgasturbine nutzbar zu machen. Zu diesem Zwecke wurden bei einer für Schiffsantrieb bestimmten Verbrennungskraftmaschine auf koaxialen, parallel zur Antriebswelle angeordneten und mit dieser durch ein Getriebe gekuppelten Wellen eine in der Abgasleitung gelegene Abgasturbine und ein in der Ansaugleitung gelegenes Gebläse angeordnet. Anlagen dieser Art sind raumaufwendig und störungsanfällig. Mit dem gleichen Nachteil ist auch eine ebenfalls bekanntgewordene Zweitaktbrennkraftmaschine behaftet, bei welcher ein die Luft zum Motor führender Verdichter auf der Kurbelwelle sitzt, die mit einer parallel dazu verlaufenden Welle einer von den Abgasen angetriebenen Abgasturbine durch ein Getriebe verbunden ist.
Schliesslich'ist es auch bekannt, die Abgasturbine und den Verdichter getrennt voneinander auf der Antriebswelle anzuordnen. Auch diese Konstruktion ist platzaufwendig und für die Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art ungeeignet.
Um diesem Mangel der bekannten Konstruktionen zu begegnen, wird für die gegenständliche, mehrzylindrige Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen, dass erfindungsgemäss in der Ausführung mit einem Abgasturbolader, der in an sich bekannter Weise auf der Abtriebswelle unter Einschaltung vorzugsweise einer Freilaufkupplung gelagert ist, das mit einer Umfangbeschaufelung versehene Turbinenrad in einem äusseren, als Abgasleitung ausgebildeten Ringraum des Maschinengehäuses eingreift und einer den Zylinderköpfen zugekehrten Innenbeschaufelung mit einem als Einlasskanal dienenden, weiteren Ringraum in Verbindung steht, der innerhalb des äusseren Ringraumes angeordnet ist, wobei im Nabenteil des Turbinenrades die Freilaufkupplung vorgesehen ist. Durch diese Massnahme wird eine kompakte Bauweise und hohe Leistung erzielt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Hubkolbenbrennkraftmaschine dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 einen axialen Längsschnitt der Hubkolbenbrennkraftmaschine, bei welcher die zur Luftführung dienenden Teile der Einfachheit halber nur im rechten Teil der Figur dargestellt sind, Fig. 2 einen Teil der Hauptwelle mit Führungskanal in schaubildlicher Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1, Fig. 4 den Zylinder sowie den Zylinderkopf voneinander gelöst, zur Hälfte in Seitenansicht und zur Hälfte in axialem Längsschnitt, Fig. 5 eine Draufsicht des Zylinderkopfes, und Fig. 6 ein Kolbenpaar im axialen Längsschnitt.
Die Hubkolbenbrennkraftmaschine nach den Fig. 1 bis 5 weist zwei koaxial zueinander angeordnete Gruppen von je vier einseitig offenen Zylindern --1 bzw. 1'-- auf, die mit ihren offenen Enden paarweise einander gegenüberliegende und axial bewegbare Kolben --2-- besitzen, von welchen jeweils die Kolbenstangen --3-- zweier gegenüberliegender Kolben --2-- durch einen Bund - miteinander starr verbunden sind, in dem ein Bolzen --18-- gelagert ist, welcher über ein Kugellager --5-- in einen Schlitz --19-- eines Kulissenrohres --6-- geführt ist und mit seinem inneren Ende über eine Rolle --20-- in einen Führungskanal --21-- einer Abtriebswelle --7-- eingreift, die in einem Gehäuse --8-- gelagert ist, in welchem die beiden Gruppen der Zylinder-l,
l'- ortsfest um die Welle --7-- konzentrisch angeordnet sind.
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Zu diesem Zwecke besitzt das Gehäuse --8-- zwei in axialem Abstand voneinander angeordnete Scheiben-22, 22'-, die durch das Kulissenrohr --6-- miteinander verbunden sind und auf vier Stützen --23-- stehen, zwischen denen eine Ölwanne --24-- montiert ist. Die beiden Scheiben - -22, 22'-- lagern die Welle --7-- und besitzen ausserdem in konzentrischer Anordnung in Winkelabständen voneinander Öffnungen --25-- zur Aufnahme der Zylinder --1--.
Der Führungskanal --21-- ist etwa in einem Winkel von 45 zur horizontalen Ebene geneigt.
Für jedes der vorhandenen Paare der Zylinder --1-- ist im Kulissenrohr --6-- ein Schlitz - vorgesehen.
Jeder der Zylinder --1, 1'-- besitzt im offenen Endteil auf der einen Zylinderhälfte drei parallel zueinander angeordnete Ansaugschlitze --9-- und diesen gegenüberliegend auf der andern Zylinderhälfte drei parallel zueinander gelegene Auspuffschlitze --10--. Die Auspuffschlitze - münden in einen Auspuffkanal --11--, in dem die Auspuffgase die Schaufeln --12-- eines Turbinenrades --13-- beaufschlagen. das auf der Welle --7-- über eine Freilaufkupplung - gelagert ist und einen zweiten Kranz von Schaufeln --16-- besitzt, die in einen Ansaugkanal --15-- ragen und unter dem Einfluss der durch die Auspuffgase bewirkten Rotation des Turbinenrades --13-- Frischluft den Zylindern l'-zuführt. Ausserdem kann das Turbinenrad --13-- an seinem Umfang mit einem Zahnkranz für einen Riemen od. dgl.
zum Antrieb durch einen Starter versehen sein.
Im vorliegenden Falle ist eine Flüssigkeitskühlung vorgesehen.
Zu diesem Zwecke ist der Zylinder --1--, welcher austauschbar ist, mit einem Mantel - versehen, welcher um den Zylinder --1-- eine Kammer --26-- anschliesst, an die Stutzen --27, 28-- einer Wasserumwälz-Kühlanlage angeschlossen sind.
In den Zylindern --1-- der Hubkolbenbrennkraftmaschine sind Gewindebohrungen --29-- zur Befestigung von Zündkerzen vorgesehen. Ein mit dem Zylinder-l-verschraubter Zylinderkopf - ist mit einer zentralen Gewindebohrung --31-- zur Halterung einer längsverstellbaren Gewindebuchse --32--, in welcher eine Dichtungsscheibe --33-- sitzt, in der sich eine Gewindebohrung - zur Aufnahme einer Einspritzdüse befindet. Die Gewindebuchse --32-- besitzt an ihrem äusseren Ende einen Kettenzahnradkranz --35-- zum Anschluss aller Gewindebuchsen --32-- an eine gemeinsame Kette, die an einen Verstellmechanismus angeschlossen ist, durch den eine Längsverstellung der Dichtungsscheiben --33-- bewirkt wird.
Während in Fig. 1 die Zylinder, wie oben erwähnt, für eine Wasserkühlung bestimmt sind, ist bei der Ausführungsform des Zylinders nach den Fig. 4 und 5 Luftkühlung vorgesehen. Hiefür ist der Zylinder und auch der Zylinderkopf-30-- mit Kühlrippen-36-- versehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform des Zylinders --1-- ist die Dichtungsscheibe --33-- mit einer Nase - versehen, durch welche bei Betrieb mit einer hohen Verdichtung, z. B. beim Umstellen auf Dieselbetrieb nach Verstellung der Gewindebuchse --32-- durch die erwähnte, nicht dargestellte Kette die Zündkerzenöffnung --29-- abgedeckt werden kann.
Die in Fig. 1 rechts dargestellte Kühlanlage, Frischluft-Förderanlage und Auspuffanlage ist der Einfachheit halber im linken Teil der Zeichnungen weggelassen worden. In der praktischen Ausführung ist die Maschine um die lotrechte Mittelebene symmetrisch ausgeführt.
Die Maschine arbeitet in zweiTakten. Durch einen Starter wird Frischluft durch das Turbinenrad --13-- in die Zylinder --1--, deren Kolben --2-- die Einlassschlitze --9-- freigelegt haben, geführt. Nach dem Anspringen der Hubkolbenbrennkraftmaschine wird die weitere Rotation des Turbinenrades durch die Energie der Auspuffgase bewirkt. Hiebei ergibt sich der Vorteil, dass keine Ventile zum Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine erforderlich sind, wodurch eine mit dem Wegfall der Ventilsteuerung verbundene Vereinfachung des konstruktiven Aufbaus erzielt worden ist.
Durch die Wirkung aller Kolbenstangen auf einen Führungskanal der Hauptwelle-7-- sowie die Kulissenführung --6, 19-- zur Vermeidung der Drehung der Kolben wird eine niedrige Drehzahl der Hauptwelle, eine günstige dynamische Kräfteverteilung und eine konzentrierte Kraftabgabe erreicht. Die Verstellbarkeit der Dichtungsscheibe --33-- bietet die Möglichkeit, das Dichtungsverhältnis je nach verwendetem Brennstoff, z. B. in einem Bereich von 1 : 4 bis 1 : 25 ändern zu können. Die erfindungsgemäss bedingte Aufladung sowie Überdeckung des Einlasses und des Auslasses in der äusseren Totpunktlage des Kolbens bewirkt eine den Umweltschutz fördernde Anreicherung der Auspuffgase mit Frischluft.
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Die Hubkolbenbrennkraftmaschine arbeitet in folgender Weise :
Mit einem Reibrad eines Elektromotors wird das Turbinenrad --13-- angetrieben und erzeugt Druckluft. Sodann versetzt ein Starter die Hauptwelle in Drehbewegung, wodurch die Kolbenstangen über den Führungskanal der Hauptwelle --7-- zu einer axiallinearen Bewegung gezwungen werden. Im unteren Totpunkt des Kolbens sind die Ansaugschlitze --9-- voll geöffnet, und die Druckluft strömt in den Zylinder --1--, wobei der Überschuss durch die Auspuffschlitze --10-- entweichen kann, bis der Kolben --2-- in seiner Bewegung nach oben die Schlitze --9, 10-- schliesst und die eingeschlossene Luft komprimiert.
Nach dem Schliessen der Schlitze-9, 10-wird Kraftstoff eingespritzt, so dass in der Folge ein Luft-Kraftstoff-Gemisch entsteht, das bei grösster Verdichtung ge- zündet wird. Durch den Explosionsdruck wird der Kolben zurückgeschoben, wodurch er über die Kolbenstange-3-- und die Rolle --20-- auf den Führungskanal --21-- einwirkt und in der Haupt- welle --7-- ein Drehmoment erzeugt. Da sich auf dem andern Ende der Kolbenstange --3-- der zweite Kolben --2-- befindet, übernimmt er einen Teil der linearen Schubkraft und dadurch wird der Druck auf die Hauptwelle --7-- teilweise entlastet.
Sobald der Kolben --2-- die Auspuffschlitze --10-- freigegeben hat, entweichen die Verbrennungsgase, die nach Abgabe noch vorhandener Energie an das Turbinenrad --13-- ins Auspuffrohr geleitet werden. Da das Turbinenrad --13-- auf der Hauptwelle --7-- mit Freilauf gelagert ist, kann es sich schneller drehen als die Hauptwelle und mehr Druckluft fördern als zum normalen Betrieb notwendig wäre, wobei der Überschuss zum besseren Belüften der Zylinder führt und auch in die Auspuffgase geleitet wird.