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Brennkraftmaschine mit im Kreislauf geführter Hilfsflüssigkeit zum
Antriebe eines Turbinenrades Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Brennkraftmaschine
mit im Kreislauf geführter Hilfsflüssigkeit zum Antrieb eines Turbinenrades. Die
Erfindung besteht darin, daß zwei Zylinder mit gegenläufigen Kolben vorgesehen sind,
von denen die oberen Kolben abwechselnd zum Durchstoßen der Flüssigkeit durch die
Turbine und zum Ansaugen aus einem Sammelbehälter dienen, während die unteren Kolben
die Spül- und Verbrennungsluft im Kurbelgehäuse vorverdichten, wobei Schieber den
Umlauf der Flüssigkeit zwischen Turbinenein-und -auslauf steuern.
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Es sind zwar schon Brennkraftmaschinen vorgeschlagen worden, bei welchen
auch Hilfsflüssigkeit zum Antrieb von Turbinen benutzt wurde. Bei diesen Maschinen
aber soll die Verdichtung des Gasluftgemisches durch die Restenergie der aus dem
Laufrad austretenden Flüssigkeit bewirkt werden.
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Es ist auch bekannt, die Flüssigkeit im stets gleichgerichteten Kreislauf
zu führen, aber mit Unterbrechungen in auf derselben Welle sitzende Turbinenräder
und unter Zuhilfenahme von abwechselnd wirkenden Pumpzylindern zu leiten. Ferner
sind Maschinen bekannt, bei welchen die Flüssigkeit eine Pendelbewegung oder eine
stoßweise Bewegung ausführt. Bei diesen Maschinen traten Störungen des gleichmäßigen
Flüssigkeitslaufes auf, wodurch der Wirkungsgrad bis zu einem gewissen Grade verschlechtert
wird, außerdem sind zur Ausgleichung der auftretenden Stöße im Flüssigkeitsumlauf
meistens Windkessel nötig.
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In erster Linie sind Brennzylinder und Turbine sowie die zur Erzeugung
des gasförmigen Brennstoffgemisches erforderlichen Teile alle organisch in einem
Maschinenkörper vereinigt, und demgegenüber ermöglicht die vorliegende Erfindung
einen vollständigen und nicht unterbrochenen Kreislauf der Flüssigkeit. Die Kolben
bleiben stets in Berührung mit der Flüssigkeit, so daß dieselben nahezu stoßlos
auf die Flüssigkeit einwirken. Dieses wird noch dadurch unterstützt, daß die mit
der Flüssigkeit in Berührung stehenden Oberkolben eine gegenüber den Unterkolben
nur langsame Aufwärtsbewegung ausführen. Die Wärmeausnutzung der Verbrennung wird
durch eine Vorverdichtung des Ladegemisches begünstigt. Außerdem lassen sich Zylinder,
Turbine und die zur Erzeugung des Gemisches dienenden Teile in bequemer Weise zu
einem einzigen Maschinenkörper vereinigen.
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Beiliegende Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel für eine stehende
zweizylindrische Brennkraftmaschine nach der Erfindung dar; darin ist Fig. z ein
senkrechter Mittelschnitt, Fig. 2 ein senkrechter Querschnitt durch die Turbinenwelle,
Fig. 3 ein senkrechter Schnitt durch den Zylinder links und Fig. q. in schematischer
Darstellung ein halber Horizontalschnitt und eine halbe Draufsicht.
Die
als Kolbenmaschine mit gegenläufigen Kolben ausgebildete Brennkraftmaschine besitzt
nach Zeichnung zwei je aus Unter- und Oberzylinder z und 2 bestehende Zylinder.
Während die Unterzylinder mit einem Fußgestell 3 verschraubt sind, stehen die Oberzylinder
mit der durch die Hilfsflüssigkeit betriebenen Turbine in Verbindung. Die Unterzylinder
bilden die Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine. Sie sind auf ihrer Außenseite
mit Kühlrippen 15 versehen. Die Oberzylinder aber dienen als Ausdehnungsräume für
die gespannten Verbrennungsgase. Dabei bewegen sich die Oberkolben wegen der von
ihnen zu leistenden Wasserverdrängung langsamer als die Unterkolben. Um Wärmeverlusten
möglichst vorzubeugen, sind die Oberzylinder mit Wärmeschutzmasse 15- verkleidet.
Das Fußgestell 3 schließt mit dem Verbindungsstück 4 der beiden Unterzylinder drei
für sich abgeschlossene Kurbelkammern 5 ein. Die Kurbelwelle 6 ist an vier Stellen
7 in diesem Gehäuse gelagert und weist zwei mit den Unterkolben 8 verbundene Kurbeln
9 auf und außerdem eine mittlere, kleinere Kurbel 1o für einen Bremszylinder 1z.
Die Kurbelwelle 6 dient im übrigen nur als Steuerwelle. Im Kurbelgehäuse sind über
der tiefsten Kolbenlage angeordnete, in eine Auspuffleitung 12 mündende Auspuffschlitze
13 vorgesehen, außerdem sind im Fuß des Gestells unter Federdruck sich nach innen
öffnende Lufteinsaugventile 14 angeordnet. Der obere Abschluß der Oberzylinder wird
von Zylinderköpfen 16 gebildet, welche in das Fußgestell 17 einer Turbine 18 eingebaut
sind und an deren Böden Leitkränze z9 für das Turbinenlaufrad 18 angeschlossen sind.
Das Fußgestell der Turbine enthält den Sammelraum 2o für die vom Arbeitskolben durch
die Turbine getriebene Betriebsflüssigkeit, deren Menge unverändert bleibt. Die
Flüssigkeit reicht im Sammelraum bei der Höchstlage des Oberkolbens bis unter das
Laufrad der Turbine. Der Sammelraum umschließt die Zylinderköpfe ringförmig und
steht durch Schlitze 21 mit den Zylinderoberräumen in Verbindung. Die Oberkolben
2z sind durch in den Zylinderköpfen geführte Stangen 23 an den Enden eines Waagebalkens
24 aasgelenkt, welcher in Augen an den Lagerhülsen 25 der als Arbeitswelle dienenden
Turbinenwelle 26 schwingbar gelagert ist. Zwischen Oberkolben und Zylinderköpfen
sind mittels Speichen an auf den Stangen 23 verschiebbaren, in den Zylinderköpfen
geführten Hülsen 27 festgehaltene Ringschieber 9,8 vorgesehen, welche am
Ende des Niedergangs der Oberkolben von an dem Waagebalken aasgelenkten Zwischengliedern
29 in die Schlußstellung der Schlitze 21 und am Ende des Aufstiegs der Oberkolben
in die Offenstellung geschoben werden; für letztere Bewegung ist im Zylinderkopf
ein besonderer Raum vorgesehen. Bevor der Schieber 28 in seine Endlage gelangt,
nimmt er mittels eines in den Sammelraum 2o hinausragenden Mitnehmers 3o einen durch
Gestänge 31 mit einem im Fußgestell 3 untergebrachten Hebel 32 verbundenen Haken
33 mit. Dadurch wird eine an das freie Hebelende aasgelenkte, vermöge ihres Eigengewichtes
in eine Verzahnung 34 (Abb. 2) einer auf der Steuerwelle 6 festsitzenden Scheibe
35 eingefallene Sperrklinke 36 gezwungen, auszurücken und die Steuerwelle freizugeben.
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Eine in den Unterkolben 8 vorgesehene, nach oben sich öffnende Bodenklappe
37 gestattet der im Fußgestell 3 durch die niedergehenden Kolben verdichteten Luft
den Austritt in den Verbrennungsraum. Die Zufuhr des Brennstoffs wird durch Brennstoffdüsen
38 vermittelt (Abb. z), welche durch Leitungen 39 mit den an den Waagebalken 24
angeschlossenen Brennstoffpumpen 40 verbunden sind.
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Das Ankurbeln der Brennkraftmaschine erfolgt mittels einer Handkurbel
41, welche durch ein Zahnrad 42 mit einem am Ende der Steuerwelle 6 festsitzendes
Zahnrad 43 zum Eingriff gebracht werden kann.
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Die Wirkungsweise der Maschine ist wie folgt: In der in Fig. z gezeichneten
Stellungist der Schieber 28 im Zylinder links geschlossen und der Raum über dem
Oberkolben 22 mit Betriebsflüssigkeit gefüllt, während im Zylinder rechts der Schieber
28 zwar in seine oberste Endlage geschoben, also offenstehend ist, dafür aber der
Kolben die Schlitze 21 verschlossen hält und der Sammelraum 2o mit Flüssigkeit gefüllt
ist. Die linke Kurbelkammer 5 ist mit Luft vollgesogen, und die Kurbelkammer rechts
hat ihren Inhalt von verdichteter Luft durch die offenstehende Klappe 37 in den
Verbrennungsraum abgegeben. Die Kolben des Zylinders links dagegen haben die Stellung
der höchsten Verdichtung eingenommen.
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Wird nun zum Anlassen der Maschine durch Einrücken des Zahnrades 42
in das Zahnrad 43 und Drehen der Kurbel 41 eine Linksdrehung der Steuerwelle 6 um
18o° vollzogen, so weichen die Kolben in den linken Zylindern auseinander unter
dem Druck der im Verbrennungsraum verdichteten Luft, und Kolben 8 wird die in der
betreffenden Kurbelkammer eingeschlossene Luft verdichten, wobei sich Ventil 14
schließt und ein Teil der Luft so lange durch die Schlitze 13 entweicht, bis diese
vom Kolben überdeckt werden. Die Bodenklappe 37 wird sich erst am Ende des Hubes
öffnen, wenn der Druck der Luft im Verbrennungsraum unter den Verdichtungsdruck
im Kurbelraum gesunken ist.
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Mit einer zweiten halben Drehung nach rechts der Steuerwelle 6 wird
nun der Unterkolben 8 links wieder ansteigen, wobei nach Überdecken der Auspuffschlitze
13 und selbständigem
Schließen der Bodenklappe 37 die eingeschlossene
Luft verdichtet wird. In der Endlage des Kolbens wird durch Einfallen der Sperrklinke
36 links die Steuerwelle festgehalten. Die zwischen Ober- und Unterkolben eingeschlossene
Luft wird sich nun ausdehnen, den Oberkolben 22 in die Höhe treiben und die Brennstoffpumpe
4o Brennstoff nach Abdecken der Brennstoffdüsenöffnung 38 durch den Oberkolben in
den Verbrennungsraum spritzen. Hier wird das entstehende Brennstoffluftgemisch in
der heißen Luft verbrennen und der Oberkolben die Flüssigkeit weiter arbeitsverrichtend
durch das sich auf der Arbeitswelle 26 sitzende Turbinenrad 18 hindurchtreiben.
Damit bildet die Verbrennung in dem einen Zylinder den Beginn des selbsttätigen
Weiterbetriebes der Maschine.
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Während des Hubes des Oberkolbens wird eine dem von diesem Kolben
durchlaufenem Zylinderraum entsprechende Flüssigkeitsmenge durch das Laufrad der
Turbine in den Sammelraum 2o getrieben und der Schieber 28 vom Kolben in seine Offenstellung
gestoßen. Der Kolben hält jedoch die Öffnungen 21 noch geschlossen.
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In den Zylindern rechts dagegen werden die Kolben einander genähert.
Dabei bleibt beim Sinken des Oberkolbens 22 der Schieber 28 bis zum Ende des Kolbenhubes
offen stehen, so daß sich nun dieser Kolbenwegraum mit der aus dem Sammelraum ausfließenden
Flüssigkeit füllt. Kurz vor dem Ende des Kolbenhubes stößt das Zwischenglied 29
des Waagebalkens 24 die Hülse 27 und damit den Schieber 28 wieder in die Abschlußstellung.
Im gleichen Zeitpunkt wird der Unterkolben von der ausgelösten Steuerwelle emporgeschoben,
dabei die Auspuffschlitze 13 und die Bodenklappe 37 schließen und durch das Ventil
14 Frischluft in den Kurbelraum einsaugen. Die nunmehr zwischen Ober- und Unterkolben
rechts eingeschlossene Luft wird verdichtet, und damit wiederholt sich das gleiche
Spiel, wobei die an diesem Zylinderkopf angebrachte Düse die Flüssigkeit auf die
Laufschaufeln der Turbine leitet und dieselbe im gleichen Drehsinne wie von links
antreiben wird.
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Bei diesem Spiel wird die Steuerwelle von den Unterkolben 8 abwechselnd
in der einen und der anderen Drehrichtung um nahezu zSo ° gedreht, wobei durch das
Einfallen und Auskehren der Sperrklinken 36 in die verzahnten Scheiben 35 die jeweiligen
Endlagen der Welle gesichert sind. Diese Sicherung ist notwendig, weil die Endlagen
der Steuerwelle um einen kleinen Betrag aus der Totpunktlage verschoben sein müssen,
um ihre in derselben Richtung fortlaufende Drehbewegung zu verhindern.