Gespülte und aufgeladene Kolbenbrennkraftmasehine. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gespülte und aufgeladene Kolben- brennkraftmaschine, deren Abgase über eine Turbine einen Verdichter antreiben. ,Sie be steht darin, dass die von diesem Verdichter geförderte, über den Atmosphärendruck ver dichtete Luft mindestens zum Spülen der Arbeitszylinder, und ein aus einem vom Spül luftraum durch steuerbare Organe trennbaren Raum zugeführtes gasförmiges Medium mit einem über dem .Spülluftdruck stehenden Druck zum Aufladen der Arbeitszylinder dienen.
Der von der Abgasturbine angetriebene Verdichter könnte aus einem einstufigen Ge bläse bestehen, das mit einem Druck von bei spielsweise 1,3 bis 1,4 ata Spülluft, Spülluft und Ladeluft oder Spülluft, Ladeluft und Nachladeluft liefert.
Ein über ein drehzahl erhöhendes Getriebe und eine hydraulische Kupplung mit der Kurbelwelle des Motors verbundener Hochdruck-Rotationslader könnte Luft von einem höheren Druck, beispiels weise 2,2 ata liefern, die als Aufladeluft für alle Belastungen oder nur für hohe Belastun gen dient, wobei er bei Erreichen einer ge wissen Belastungsgrenze automatisch ein und abschaltbar vorgesehen sein könnte. Statt eines Hochdruck-Rotationsladers könnte eine von der Motorkurbelwelle angetriebene Kolbenpumpe angeordnet werden.
Beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind auf der beilie genden Zeichnung in den Fig. 1 bis 5 dar gestellt, und zwar zeigen sie je einen Teil einer Viertakt-Brennkraftmaschine (Fig. 1 bis 4) und einer Zweitaktmaschine (Fig. 5) in einem ,Schnitt durch die Zylinderachse, schematisch.
Gemäss Fig. 1 ist der Zylinder 1 einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit dem Zy linderkopf 2 abgeschlossen, in welchem das Einlassventil 3 und das Auspuffventil 4 an geordnet sind. Angeschlossen an die Aus puffventilkammer 5 ist die zur Abgasturbine 7 führende Abgasleitung 6.
Die Turbinen- welle 8 treibt das aus einer ersten Stufe 9 und einer zweiten Stufe 10 bestehende Ra- dialgebläse an, dessen erste Stufe die Luft aus der atmosphärischen Inngebung durch den Stutzen 11 ansaugt.
Über eine Leitung 12 ist die erste Verdichterstufe mit einem der Maschine entlangführenden Rohrbehälter 13 verbunden, von welchem für jeden Zylin der über je ein Rückschlagventil 14 eine Lei tung 15 in das Steuerschiebergehäuse 16 führt, in dessen Innern sich eine Dreh- oder Pendelklappe 17 befindet.
Das Schieber gehäuse 16 ist an die Leitung 18 angeschlos sen, welche am Zylinderkopf 2 befestigt und mit der Ansaugventilkammer 19 in Verbin dung steht. Über ein Rückschlagventil 20 ist die Leitung 18 mit dem Luftsaugstutzen 21 in Verbindung. Mittels der in ihm angeordne ten Regelklappe 22 wird die anzusaugende Luftmenge reguliert. An den Ansaugstutzen 21 ist ein Zweigstutzen 23 angesetzt und mit einer Regelklappe 24 versehen, durch den die regelbare Gasmenge eingeführt und mit der durch den Stutzen 21 einströmenden Luft ge mischt wird.
Von der zweiten Verdichterstufe 10 führt eine Leitung 25 zu einem Kühler 26, welcher über die mit einer Regulierklappe 27 ver sehene Verbindungsleitung 28 mit dem an der Maschine entlangführenden Rohrbehäl ter 29 in Verbindung steht, und an welchen mittels einzelner Leitungen 30 die Verbin dung zu den Steuerschiebergehäusen 16 her gestellt ist.
Bei der Inbetriebsetzung der im Viertakt arbeitenden Brennkraftmaschine verbleibt die Pendel- oder Drehklappe 17 in der Stellung b und trennt dadurch die zur Einla.ssventil- kammer 19 führende Leitung 18 von den Rohrbehältern 13 und 29. Die Abgasturbine 7 mit dem Gebläse 9, 10 befindet sieh noch im Stillstand, so dass in den Behältern 13 und 29 kein Überdruck vorhanden ist.
Die Ma schine läuft als normale, ungespülte Brenn- kraftmaschine ohne Aufladung an und saugt das mittels der Klappen 22 und 24 mengen mässig und in seiner Zusammensetzung regel bare Gasgemisch über das Rückschlagventil 20 und das Einlassventil 3 in die Arbeits zylinder 1.
Die über die Auslassventile 4 aus- strömenden Abgase gelangen über die Lei tung 6 zur Abgasturbine 7 und setzen die selbe und das Gebläse 9, 10 in Gang, so dass der Behälter 13 bezw. 29 mit aus der Atmo sphäre über den Stutzen 11 angesaugter Luft von beispielsweise 1,3 bezw. 2 ata aufgeladen wird. Durch eine an sich bekannte und in der Zeichnung nicht dargestellte Bewegungsüber- tragungs- und Kupplungsvorrichtung mit. dei- Masehinensteuerwelle wird das Steuerorgan 17 derart in Bewegung gebracht, dass die Arbeitszylinder gespült und geladen werden.
und zwar kann dies zweckmässig nach folgen dem Vorschlage der Fall sein: Im obern Totpunkt des Arbeitshubbegin- nes ist das Steuerorgan 17 in der Stellung b und die Ventile 3 und 4 sind geschlossen. Etwa 50 vor dem untern Totpunkt öffnet das Auslassventil 4, so dass das Ausströmen der Verbrennungsgase in die Leitung 6 und die Turbine 7 beginnt. Sobald der Kolben den untern Totpunkt durchläuft und gegen den obern Totpunkt sich bewegt, stösst er die Verbrennungsgase in die Leitung 6 aus.
Etwa 70" vor dem obern Totpunkt öffnet. das Ein lassventil 3, der Schieber 17 hat inzwischen auf die Stellung a gewechselt, so dass der Spülvorgang beginnt, während welchem die Spülluft beim Ventil 3 in den Zylinder 1 ein treten und diesen über das Ventil 4 durch die Leitung 6 verlassen. Ungefähr 70 nach dem obern Totpunkt. schliesst das Auslassven- til, und das Steuerorgan 17 gelangt in die Stellung b. Das Rückschlagventil 14 ver hindert hierbei das Eindringen von höher gespannter Luft aus dem Behälter 29 in den mit niedriger gespannter Luft geladenen Be hälter 13.
Durch die weitere Bewegung des Kolbens 31 nach dem untern Totpunkt ent steht Unterdruck im Zylinder 1, so dass über das Rüekschlagventil 20 ein durch die Stut zen 21 und 23 angesaugtes überreiches Gas gemisch durch die Kammer 19 in den Zylin der 1 gesaugt wird. Etwas vor dem untern Totpunkt gelangt das Steuerorgan 17 in die Stellung c, so dass aus dem Behälter 29 hoch gespannte Luft in den Zylinder 1 strömt, diesen auflädt. und das richtige Gemischver- hältnis bildet.
Ungefähr 65 nach dem untern Totpunkt schliesst das Einlassventil 3, und das Steuerorgan 17 gelangt in die Stellung a. Bei geschlossenen Ventilen 3, 4 wird der Ver dichtungshub beendet, um im Bereiche des obern Totpunktes den beschriebenen Zyklus von neuem zu beginnen.
Sofern zur Aufladung Druckbrenngas von etwas höherer Spannung (zum Beispiel 30 mm W. S.) als jene der <B>Spül-</B> und Ver brennungsluft zur Verfügung steht, können die Steuerungs- und Leitungsorgane zur Ansaugventilkammer 19 gemäss Fig.2 aus gebildet sein.
Die mit einem nicht dargestell ten Verdichter verbundene Spülluftleitung 12 führt in den längs der Maschine entlanglau fenden Behälter 13. Von diesem zweigen für jeden Arbeitszylinder 1 über je ein Rück schlagventil 14 eine Verbindungsleitung 15 zu je einem :Steuerschiebergehäuse 16 ab, in welchem ein Steuerorgan 17 angeordnet ist und welches Gehäuse über die am Zylinder kopf 2 angeschlossene Leitung 18 mit der Einlassventilkammer 19 in Verbindung steht. Die Zuführungsleitung 28 für das Druckgas ist an den längs der Maschine entlanglaufen den Behälter 2,9 angeschlossen.
Von diesem zweigt die mit einer Regelklappe 27' ausge rüstete Verbindungsleitung 30 zu dem Steuer schiebergehKuse 16 ab.
Beim Anlauf arbeitet die Maschine ohne Frischluftspülung, weil die mit dem Gebläse gekuppelte Abgasturbine vorerst keine Lei stung abgibt. Im Betriebe, d. h. bei Vorhan densein der notwendigen Spülluft mit einem Druck von beispielsweise 1,3 ata kann eine zweckmässige Maschinensteuerung mittels der beschriebenen Einrichtung nach folgendem Vorschlage vor sich gehen: Im Arbeitshub öffnet vor Erreichen des untern Totpunktes, z. B. etwa 50 vorher, das Auslassventil und leitet die Vorausströmung ein.
Bei zunächst noch geschlossenem Einlass- ventil 3 befindet sich das Steuerorgan 17 in Stellung a. Vor dem obern Totpunkt, z. B. etwa 70 vorher, öffnet das Einlassventil 3, und die Spülluft strömt über die Leitung 18 in den Zylinder 1 und zum Auslassventil hin- aus in die mit der Abgasturbine verbundene Auslassleitung. Nach Durchlaufen des obern Totpunktes, z.
B. etwa 70 nachher, schliesst das Auslassventil. Einige Grade nach dem Schliessen des Auslassventils gelangt das Steuerorgan 17 in die Stellung c, so dass nun das um beispielsweise 30 mm W. S. höher als die Spülluft gespannte Druckgas in den Zy linder 1 einströmt, wobei die gewünschte Ge mischbildung mittels der Klappe 27' erzielt wird. Wenige Grade nach dem untern Tot punkt schliesst das Einlassventil 3,
das Steuer organ 17 geht wieder in die Stellung a und der Verdichtungshub beginnt, um im obern Totpunkt den Zyklus zu wiederholen.
In Fig. 3 der Zeichnung ist eine Anord nung gezeigt, bei welcher an Stelle eines Druckgasbehälters 29 (Fig. 2) eine zu einem Radial-Gaskompressor führende Leitung 31 vorgesehen ist, welche in einen mit dem Steuerschiebergehäuse 16 verbundenen Misch stutzen 32 einmündet, in den ebenfalls die von der Spülluftleitung 12 abzweigende Lei tung 33. eingeführt ist.
Mittels der in der Leitung 31 angeordneten Steuerklappe 34 wird das Brenngas und mit der in der Ver bindungsleitung 33 vorgesehenen Steuer klappe 35 die Mischluftmenge reguliert. Die Leitung 12 führt in den längs der Maschine entlanglaufenden Spülluftbehälter 13, der je Zylinder über ein Rückschlagventil 14 und die Leitung 15 mit dem ,Steuerschieber gehäuse 16 verbunden ist.
Die Steuerbewe gungen erfolgen in einer entsprechend für die Anordnung gemäss Fig. 2, beschriebenen Weise, wobei statt Druckgas das im Misch stutzen 32 gebildete Gasgemisch zur Ruf ladung verwendet wird, welches aus dem der Leitung 31 entströmenden Gas und der über die Leitung 3ss einströmenden Frischluft be steht.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dar gestellt, dessen Behälter 29 statt mit Druck gas, wie in Fig. 2 vorgesehen, mit Auflade luft von zirka 2 ata gespiesen wird. Das Druckgas gelangt über die mit einer Regel klappe 36 ausgerüstete Leitung 37 und das Doppeltellerventil 38 in die Einlassventilkam- mer 19, in welcher die i#Tischung mit der aus den Behältern 13 und 29 ausströmenden Frischluft erfolgt, um als Gas-Luft-Gemisch in die Zylinder 1 zu strömen.
Das Doppeltel- lerventil 38 wird mittels eines an sich be kannten, in der Fig. 4 nicht dargestellten Doppelhubnockens gesteuert, derart dass für den Gaseintritt aus der Leitung 37 in die Kammer 19 und für den Gemischeintritt aus der Kammer 19 in den Zylinder 1 während des Aufladens der grössere Ventilhub sich einstellt, während die Durchspülung mit Frischluft beim kleineren Ventilhub, bei dem der Gaseinlass geschlossen bleibt, erfolgt.
Die Maschine kann nach folgendem Ver fahren betrieben werden: Der Arbeitshub steht unter Vorauslass, indem das Ausla.ssven- til z. B. bei zirka 50 vor Erreichen der untern Totpunktstellung öffnet. Vor Erreichen der obern Totpunktstellung, z.
B. 70 vorher, ist das Steuerorgan 17 in Stellung a, und das Ventil 38 öffnet in die kleine Hubstellung 38a, so dass die über das Rückschlagventil 14 aus dem Behälter 13 strömende Spülluft in den Zylinder 1 gelangt und zusammen mit den Verbrennungsgasen in den Auslass ent- weicht. Nach Durchlaufen des obern Tot punktes, z. B. zirka. 70 nachher, schliesst das Auslassventil, das Steuerorgan 17 gelangt in Stellung c und das Einlassventil 38 öffnet ganz. Die aus dem Behälter 29, z.
B. auf 2 ata gespannte Aufladeluft gelangt in die Kam mer 19, wo sie mit dem zur Leitung 37 ein strömenden Gas sich mischt und den Zylin der 1 füllt. Ungefähr im untern Totpunkt schliesst das Ventil 38. Durch den Umstand, dass der Gaseintritt in die Kammer 19 etwas früher geschlossen wird, als der Gemischein tritt in den Zylinder, wird erreicht, dass bei völligem Schluss des Einlassventils 38 reine Luft in der Kammer 19 zurückbleibt, so dass diese und nicht Gas-Luft-Gemisch bei Ein leitung des folgenden Spülvorganges in den Zylinder und die Auslassleitung gelangt, wo durch eine Treibstoffersparnis erzielt wird.
In Fig. 5 bezeichnet 1 den Zylinder und la die Spül- und Ladeschlitze einer Zwei.- takt-Gasmaschine. An diese angeschlossen ist ein Stutzen 18, welcher in den Spülluftbehäl- ter 13 hineinragt und an seinem freien Ende mit einem Rückschlagventil 14 ausgerüstet ist.
Der durch eine Zwischenwand 29a vom Spülluftbehälter 13 getrennte Aufladeluft- behälter 29 kommuniziert über eine ein Dros selorgan 41 aufweisende Verbindungsleitung 40 mit der Dsischkammer 42, deren Gehäuse 43 über ein Doppeltellerventil 44 mit dem Stutzen 18 in Verbindung steht.
Am 3lZiseh- gehäuse 43 ist ein der Gaszufuhr und Ventil führung dienender Zylinder 45 angeschlossen Der Ventilsitz 46 des die Gaszuführung steuernden Ventiltellers 44b ist mittels des Reglergestä.nges innerhalb des Gehäuses 43 in Richtung der Achse des Ventils 44 ver schiebbar angeordnet. Mittels des auf einer Steuerwelle sitzenden Nockens 48 und des Kipphebelsy stems 49 erfolgt die zusätzliche Steuerung des Doppeltellerventils 44.
Die Betriebsweise geht zweckmässig fol gendermassen vor sich: Der Expansionshub steht unter Vorauslass. Durch die vom Ar beitskolben abgedeckten Einlassschlitze 1a können die Verbrennungsgase infolge des Rückschlagventils 14 und des geschlossenen Ventils 44 nicht entweichen. Sobald der Ar beitskolben vor Erreichen des untern Tot punktes die Auslassschlitze 50 abdeckt und im Arbeitsraum des Zylinders 1 der Druck unter denjenigen, z.
B. 1,15 ata betragenden, des Spülluftbehälters 13 absinkt, strömt Spül luft über das Rücksehlagventil 14 und die Verbindungsleitung 18 zu den Schlitzen la in den Arbeitszylinder 1 ein und treibt die Verbrennungsgase zu den gleichfalls abge- deekten Auslassschlitzen 50 in die nicht ge zeichnete Auslassleitung und die Abgas turbine.
Während der Arbeitskolben den untern Totpunkt durchlaufen hat und zur Deckung der Auslassschlitze 50 gelangt, öffnet das Ventil 44. Ein Gemisch von Aufladeluft, die aus dem z. B. unter einem Druck von 1,5 ata stehenden Aufladeluftbehälter 29 in die Kammer 42 einströmt, und von Gas, das z. B. unter einem Druck von 1,5 ata plus 30 mm W.
S. steht, und über den offenen Ventil- Celler 44b in die Kammer 42 gelangt, strömt zum offenen Ventilteller 44a in den Stutzen 18 und durch die Einlassschlitze la in den Zylinder 1.
Kurz bevor der Arbeitskolben 51 die Einlassschlitze 1a deckt, wird durch das mit der Maschinenkurbelwelle wirkungsver bundene Gestänge 47 der Ventilsitz 46 ver schoben und der Gaseintritt verschlossen, so dass nur noch reine Aufladeluft nachströmt und eine Aufladewirkung erzeugt, wobei gleidhzeitig_verhindert wird,
dass bei völliger Deckung der Einlassschlitze la ein Gemisch von Aufladeluft und Aufladegas im Stutzen 18 verbleibt. Während der Arbeitskolben den Verdichtungshub vollzieht, schliesst das Ven til 44 den Aufladeluft- und Gaszutritt, so dass gegen Ende des Expansionshubes die Spülung von neuem beginnen kann. Die wäh rend des Betriebes benötigte .Spülluft wird von einem von den Verbrennungsgasen ange triebenen Turbogebläse geliefert.
Die unter einer höheren als der Spülluftpressung ste hende Aufladeluft könnte von einer zweiten Stufe eines solchen Gebläses geliefert wer den, oder aber von einer durch die Kurbel welle angetriebenen Kolbenpumpe, oder von einem Gebläse, da über ein drehzahlerhöhen des Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden ist. Anstatt für die ,Steuerung des Brenn kraftgemisches und der Aufladeluft ein Ven til 44 zu verwenden, könnte ein hin.- und er schwingender oder rotierender, mit der Kurbelwellenbewegung wirkungsverbundener Schieber vorgesehen sein.
Das Anlassen des im Zweitaktverfahren arbeitenden Gasmotors könnte mittels eines Anwurfmotors-, mittels Druckluft und Um stellung auf das Dieselverfahren oder mittels einer andern. bekannten Anlassmethode ge schehen, wozu der Gasmotor mit entsprechen den Hilfseinrichtungen an sich bekannter Art zu versehen ist.
Die Kolbenbrennkraftmaschine gemäss der vorliegenden Erfindung kann derart aus gebildet sein, dass sie als Dieselmotor, als Gasmotor mit Strahlzündung (Zweistoffver- fahren) oder als Gasmotor mit Funkenzün dung betrieben werden kann.