Aus einer Kolbenbrennkraftmaschine und einer Abgasturbine bestehendes Brennkraftmaschinenaggregat Es ist bekannt, bei Kolbenbrennkraftmaschinen die Auspuffenergie in einer Turbine auszunutzen. Durch eine derartige Abgasturbine hat man auch schon ein Ladegebläse angetrieben, das den Kolben motor zwecks Erzielung einer Wirkungsgradverbesse rung auf- bzw. überlädt. Da die Turbine bei einem normalen Motor bei Laständerung einer ständigen Drehzahlschwankung unterworfen ist, kann die Abgas energie nicht restlos verwertet werden, weil die Tur bine für eine geringe Belastung der Kolbenmaschine ausgelegt werden muss.
Besonders trifft dies für Zwei taktmaschinen zu, bei denen ein bestimmter Lade druck zum Betrieb des Motors auch bei geringer Be lastung der Maschine erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden, also ,ein Brennkraftmaschinen- aggregat zu schaffen, welches die Auslegung der Ab gasturbine für den Vollast-Auslassdruck der Brenn- kraftmaschine gestattet und dadurch die gesamte Ab gasenergie nutzbringend verwertet. Die Abgasturbine soll so mit der Brennkraftmaschine zusammengebaut werden, dass die Entfernung zwischen den Zylindern der Brennkraftmaschine und der Abgasturbine mög lichst klein ist.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe setzt ein Brennkraftmaschinenaggregat als bekannt voraus, das aus einer mehrzylindrischen Brennkraft- maschine mit hin und her gehenden Kolben und einer von diesen angetriebenen Abgasturbine besteht.
Die Erfindung wird darin gesehen, dass die Brennkraft- maschine mindestens zwei hin und her gehende, mit je einem Schwinghebel gekuppelte Kolben aufweist, wobei die Schwinghebel über Gleitkörper mit zu bei den Seiten in einem verstellbar angeordneten Joch gelagerten Schwingkurbeln sowie über diese nur in einer Drehrichtung wirksamen Kupplungen mit Trom- meln verbunden ;
sind, die über Zahnräder die senk recht zur Zylinderachse verlaufende Abtriebswelle der Brennkraftmaschine abwechselnd und absatzweise an treiben, und dass ferner zum Antrieb der Hilfs maschine eine eigene, von der Abtriebswelle unab hängige Exzenterwelle zwischen den einander gegen überliegenden Kolben vorgesehen ist, die jeweils eine oder mehrere, in einer Zylinderlängsmittelebene bzw.
in Parallelebenen hierzu liegende Exzenterscheiben trägt, an der bzw. an denen die Stirnflächen vonein ander diametral gegenüberliegenden Druckstücken anliegen, die in den Kolben in ihrer Längsrichtung axial verschiebbar gelagert sind und jeweils unter dem Druck einer zwischen den Druckstücken und den Kolbenbodeninnenseiten wirksamen Feder stehen, und dass die Abgasturbine über ein Zahnradgetriebe mit der Exzenterwelle verbunden ist.
Es ist vorteilhaft, die Abgasturbine derart unter halb eines untern Zylinderpaares anzuordnen, dass die von der Mitte der Zylinder ausgehenden Auslass- kanäle tangential in das Turbinengehäuse einmünden.
Die als Radialturbine ausgebildete Abgasturbine kann man so bemessen, dass sie bei Teillast zumindest die durch den Antrieb des Kühlgebläses, des Lade gebläses und der sonstigen Nebengetriebe, z. B. Öl- und Einspritzpumpe, auftretende Verlustleistung deckt und zumindest bei Vollast zusätzlich über die Exzen- terwelle Nutzleistung an das Triebwerk abgibt.
In den Fig. 1 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht.
In Fig. 1 ist die Vorderansicht eines mit zwei Zylinderpaaren ausgerüsteten Brennkraftmaschinen- aggregates dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt dieses Aggregates entlang der Linie<I>A -B</I> in Fig. 1. Aus Fig.3 ist ein dazu senkrechter Schnitt ent lang der Linie C-D in Fig. 1 zu erkennen.
In Fig.4 ist ein Querschnitt entlang der Linie F-E in Fig. 2 veranschaulicht.
Fig. 5 stellt einen weiteren Querschnitt entlang der Linie<B><I>G -H</I></B> in Fig. 2 dar.
In Fig. 5 sind mit 1 und 2 in den Zylindern 3 und 4 gleitenden obern Kolben und mit 5 und 6 die in den Zylindern 7 und 8 gleitenden untern Kolben bezeichnet. Die Zylinder 3 und 7 und die Zylinder 4 und 8 bilden zusammen jeweils ein geripptes Guss- stück. Die Zylinderköpfe <B>105</B> und 106 schliessen die vorgenannten Zylinder ab.
Die beiden obern Kolben 1 und 2 stehen über Druckfedern 9, 10 und Druckstücke 11, 12 mit den auf den Exzentern 13, 14 der Exzenterwelle gelager ten Laufringen 15, 16.in kraftschlüssiger Verbindung.
Die Kolben 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 Schwing hebeln 26 und 27, deren Lagerzapfen 28 und 29 mit tels Nadellagern 30 und 31 im Motorgehäuse 32 ein seitig gelagert sind. Ein ähnliches Getriebe für solche Maschinen ist in der schweizerischen Patentschrift Nr. 341356 beschrieben.
Die Schwinghebel 26 und 27 sind mit verzahnten Fortsätzen 33 und 34 ausgerüstet, die - wie die Fig. 5 erkennen lässt - miteinander in Eingriff ste hen. Die Fortsätze 35 und 36 dienen zum Massen ausgleich. 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 31 fest verbunden. In einer Aussparung 52 bzw. 53 dieser Flanschen liegen die Enden der Federbandkupplungen 54 und 55, die jeweils um 180 versetzt das von den Kolben aufge nommene Drehmoment auf die Trommeln 56 und 57 übertragen. Die letzteren stehen über Zahnräder 58 und 59 mit dem Abtriebszahnrad 60 und der Ab triebswelle 61 in Verbindung. Die Verschwenkung des Joches 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 wer den. Die Tellerräder treiben das Differentialgehäuse 71 an, in welchem das Differential 72 untergebracht ist. Von hier aus erfolgt in bekannter Weise der An trieb 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 Einlassdrehschieber 77 angeordnet, durch den der Einlass des Frischgases in die Zylinder gesteuert wird. Zur Abdichtung wer den 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 Lichtanlass- maschine 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 vordern Stirnseite das Ladegebläse 94 und auf der rückwärtigen Stirnseite das Radialturbinenrad 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 Dros selklappe 96 gesteuerten Ansaugkanal 97 Luft an und drückt die Ladeluft über die Kanäle 98 und 99 zum Drehschieber 77. Die Abgasturbine steht mit den Aus lassschlitzen 100 und 101 über die tangential in das Gehäuse 102 der Turbine einmündenden Kanäle 103 und 104 in Verbindung.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Brennkraft- maschinenaggregates soll nachstehend erläutert wer den. Die mit der Exzenterwelle 17 starr verbundenen Exzenter 13 und 14 drehen sich entgegen dem Uhr zeigersinn. 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 verbundenen Kolben 5 und 6 Arbeit leisten. Sobald die Oberkanten dieser Kolben die Auslassschlitze erreicht haben, drin gen 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 untern 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 Einlass- kanäle 82 und 83 (vgl. Fig. 3) in die Zylinder ein dringen.
Das Einspritzen des Brennstoffes erfolgt während des Verdichtungshubes. Wenn die Kolben 5 und 6 das Gemisch so hoch verdichtet haben, dass Selbst zündung eintritt, kehren diese Kolben ihre Bewe gungsrichtung um, und es beginnt ein neuer Arbeits takt. Dasselbe spielt sich um 180 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 Fort sätze 33 und 34 kraftschlüssig verbunden sind (vgl. Fig. 5), sind sie jedoch durch schwenkbar gelagerte Gleitkörper 18, 20 bzw. 19, 21 bewegungsstarr ge kuppelt.
Die Schwinghebel wiederum übertragen über die schwenkbaren Gleitkörper 39 bzw. 40, die in ihren Nuten 37 bzw. 38 durch Verschwenken des Joches 41 zur Veränderung der Übersetzung ver schoben werden können, um 180 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 Feder bandkupplungen 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 180 gegenüber der Schwingkurbel 46 versetzt, in die Nut 38 des Schwinghebels 27 ein.
Beide Federbandkupplungen sind im gleichen Drehsinn gewickelt; sie übertragen nur das Dreh moment jeweils einzeln um 180 phasenverschoben auf den Abtrieb, da das obere Ende des Schwinghebels 26, wo bei kleinster Übersetzung die Schwingkurbel 46 angreift, sich z. B. gerade im innern Totpunkt seiner Bewegung und das untere Ende des Schwing- hebels-27, wo die Schwingkurbel 47 angreift, sich im äussern Totpunkt seiner Bewegung befindet.
Kurz nach dem innern Totpunkt der obern Kolben 1 und 2, welcher dem äussern Totpunkt der untern Kolben 5 und 6 entspricht, beginnt also die Federbandkupplung 54 zu greifen, während sich die Federbandkupplung 55 kurz vor dem innern Totpunkt der obern Kolben gelöst hat. Die Federbandkupplungen 54 'und 55 übertragen in der entgegen ihrem Wicklungssinn ge richteten Bewegung ein Drehmoment auf die Trom meln 56 und 57, von wo es durch die Zahnräder 58 und 59 auf das Antriebszahnrad 60 und damit die Antriebswelle 61 übertragen wird.