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Brennkraftturbine Man hat Brennkraftturbinen vorgeschlagen, die aus
einem vorgeschalteten Kolbenverdichter mit sternförmiger Zylinderanordnung gespeist
werden und bei denen die Verdichterzylinder unmittelbar an die Leitdüsen der Turbine
angeschlossen sind. Bei diesen Anordnungen ist aber die Turbinenwelle entweder unmittelbar
oder über Zahngetriebe mittelbar mit der Welle des Kolbenverdichters gekuppelt.
Diese Kupplung verhindert es, die Leistung des Kolbenverdichters ohne Veränderung
der Turbinendrehzahl beliebig zu steigern und die Turbine bei stark unterschiedlichen
Belastungen ohne Energieverlust mit gleichbleibender Drehzahl zu betreiben. Man
hat zwar auch vorgeschlagen, die Kurbelwelle des Kolbenverdichters von der Turbinenwelle
vollständig getrennt zu halten, so daß der Kolbenverdichter aus eigener Kraft läuft,
hat dabei jedoch die Brennkammern der Verdichterzylinder an einen Aufnehmer angeschlossen,
in den sich alle Brennkammern gemeinsam entleeren und aus dem die Leitdüsen der
Turbine gespeist werden. Diese Anordnung macht es notwendig, die Zylinder des im
Zweitakt arbeitenden Kolbenverdichters unter Druck aufzuladen, um beim Ausschub
der Gase den Gegendruck des Aufnehmers zu überwinden. Solche Brennkraftturbinen
benötigen daher einen Vorverdichter, der ebenso wie der zusätzliche Aufnehmer den
Platzbedarf erhöht und für seinen Antrieb einen Teil der Leistung des Kolbenverdichters
verzehrt. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftturbine, die hinsichtlich
ihres Aufbaues und ihrer Betriebsweise so eingerichtet ist, daß sie bei starker
räumlicher Zusammendrängung und geringmöglichem Energieverbrauch für den Antrieb
des Kolbenverdichters aus eigener Kraft eineAnpassung derTurbine an unterschiedliche
Belastungen ohne Veränderung ihrer Drehzahl ermöglicht und sich daher für den Einbau
in Kraftfahrzeuge besonders eignet. Diese Brennkraftturbine, bei der die Zylinder
des Kolbenverdichters in Sternform angeordnet sind, kennzeichnet sich gemäß der
Erfindung dadurch, daß bei an sich bekanntem unmittelbarem Anschluß der einzelnen
Brennkraftverdichterzylinder an die Leitdüsen der Turbine die Turbinenwelle von
der Brennkraftverdichterwelle völlig getrennt gehalten und unter Umgehung der Brennkraftverdichterwelle
zur unmittelbaren Übertragung der Arbeitsleistung oder der Antriebsleistung des
Fahrzeuges eingerichtet ist. Bei dieser Anordnung, bei- der der zusätzliche Vorverdichter
in Fortfall kommt und der aus eigener Kraft laufende Kolbenverdichter für seinen
Antrieb nur einen geringen Teil der in den Druckgasen enthaltenen Energie verbraucht,
steht ein hohes Druckgefälle für die unmittelbare Belieferung der Turbine aus den
Brennkraftverdichterzylindern zur Verfügung, wobei die Menge der zu liefernden Druckgase
durch Veränderung der Drehzahl des Brennkraftverdichters beliebig eingeregelt werden
kann, ohne daß
damit eine Änderung der Turbinendrehzahl oder der
Drehzahl der Arbeitswelle verbunden ist. Das macht die Einrichtung für den Fahrzeugantrieb
besonders geeignet, denn das Fahrzeug kann so unmittelbar von der Turbinenwelle
sowohl in beladenem Zustande als auch unbeladen mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben
werden, ohne daß es eines Geschwindigkeitswechselgetriebes bedarf.
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Die Zeichnungen zeigen als Beispiel für die Ausführung der Brennkraftturbine
gemäß der Erfindung in Abb. i die Seitenansicht der Gehäuse des Verdichters und
der Turbine, in Abb. 2 einen Längsschnitt durch die betriebsfertige Maschine, in
Abb. 3 ein Kurbelkreisschaubild.
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Der Kolbenverdichter enthält acht Zylinder i bis 8, die sternförmig
angeordnet sind und sich in einem Gehäuse befinden, an welches das Gehäuse g der
Turbine angeschlossen ist. In dem Turbinengehäuse g ist das ein- oder mehrstufige
Laufrad io der Turbine auf einer Welle i i befestigt, deren Lager an der dem Verdichter
zugekehrten Stirnseite des Turbinengehäuses in das Gehäuse des Verdichters hineinragt.
Das Gehäuse des Verdichters ist unmittelbar an der Planfläche 12 des Turbinengehäuses
befestigt und enthält das Lager für die Welle 14 des Verdichters, die von der Turbinenwelle
i i völlig unabhängig ist und nur einen einzigen Kurbelzapfen besitzt, an dem die
Kolbenstangen sämtlicher Zylinder des Verdichters angreifen. InAbb.2 sind nur die
Kolben 13 und 2o sichtbar, die mit ihren Kolbenstangen 15 und 16 an dem Kurbelzapfen
der Welle 14 gelagert sind. In dem Boden des Kolbens 13 befindet sich ein
Einlaßventil 17, das als Rückschlagventil ausgeführt ist, gegebenenfalls
aber auch zwangsläufig gesteuert werden kann. Die Brennkammern 18 sind nach dem
Gehäuse der Turbine so weit verlängert, daß ihre Begrenzungen unmittelbar an das
Turbinengehäuse stoßen. Der Weg der Gase aus den Brennkammern bis zu den Schaufeln
des Turbinenrades ist daher vergleichsweise kurz. Die Brennkammern tragen an ihrer
Decke je eine Zündkerze 2i und eine Kühlwassereinspritzdiise22, die unmittelbar
über den Austrittsventilen 23 angeordnet ist, so daß die Ventile 23 durch die Wassereinspritzung
eine hinreichende Kühlung erhalten, die ihreKühlung von innen her entbehrlich macht.
Die Auslaßventile 23 sitzen auf den Leitdüsen 24, die in das Gehäuse des Verdichters
eingebaut sind und so weit über die Stirnwand dieses Gehäuses hervorstehen, daß
sie bis zu den Schaufeln des Turbinenrades io in das Turbinengehäuse g hineinragen.
Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß sich durch diese Ausführung der Leitdüsen
2,4 einerseits und des auf der rechten Seite befindlichen Lagers der Turbinenwelle
i i, welches in das Verdichtergehäuse hineinragt, andererseits ein gedrängter Zusammenbau
ergibt. V Das aus dem Kern ig des Verdichtergehäuses nach außen ragende Ende der
Welle 14 des Verdichters ist hohl ausgeführt und dient als Leitung zum Ansaugen
von Luft oder Brenngemisch, welches durch die in den Kolbenböden enthaltenen Ventile
17 in die Zylinder- und Brennkammern gelangt. An Stelle dieser Ausführung
kann man aber auch in der für Brennkraftmaschinen an sich bekannten Weise Einlaßschlitze
26 in den Zylinderwandungen anordnen, die von den zugehörigen Kolben gesteuert werden,
wie es in Abb. 2 für den unteren Kolben 2o dargestellt ist.
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Die Verdichterwelle 14 trägt an ihren beiderseitigen Enden Steuerscheiben
27, 28, mittels denen die abgefederten Auslaßventile 23 und die Wassereinspritzpumpen
30 gesteuert werden.
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Die Brennkraftturbine arbeitet folgendermaßen: Das für den Betrieb
der Turbine erforderliche Druckgas wird von dem unmittelbar an die Turbine angeschlossenen
Verdichter erzeugt, dessen Welle mit einer Geschwindigkeit bis zu 3000 Umdrehungen
pro Minute umläuft. Verfolgt man den Arbeitsvorgang an dem in Abb. 2 oben befindlichen
Kolben 13, so wird bei der Abwärtsbewegung des Kolbens durch den in der Brennkammer
befindlichen Unterdruck das Einlaßventil 17
angehoben und Luft- und Brenngemisch
durch die hohle Verdichterwelle und die Kurbelkammer hindurch eingesaugt. Bei der
Aufwärtsbewegung des Kolbens schließt sich das Ventil 17 wieder, und das
eingesperrte Gemisch wird verdichtet. Kurz vor der oberen Totpunktlage wird das
verdichtete Gemisch gezündet und gleich nach erfolgter Zündung und Überschreitung
des oberen Totpunktes Kühlwasser in die Brennkammer eingespritzt. Die verbrannten
Gase treiben nun den Kolben wieder zurück. Es kommt aber nicht zu einer Vollendung
der Entspannung, da etwa 35° nach Überschreitung des oberen Totpunktes das Auslaßventil23
geöffnet wird, so daß die hochgespannten Druckgase durch die Düsen 2,4 nach der
Turbine überströmen und das Laufrad antreiben. Die durch die Wellentrennung ermöglichte
hohe Drehzahl des Turbinenrades bewirkt im Verein mit der durch die Zusammendrängung
erreichten Verkürzung und zweckmäßigen Gestaltung der Leitdüsen, daß die gespannten
Gase schnell in die Turbine übertreten und die' Brennkammer schon nach einer Weiterdrehung
der Verdichterwelle um etwa 30° soweit entleert ist, daß
nach Schluß
des Auslaßventils bei der weiteren Abwärtsbewegung des Kolbens eine selbsttätige
Ansaugung durch Unterdruck im Zylinder stattfindet.
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Dadurch, daß der Verdichter infolge seiner hohen Drehzahl eine hohe
Volumenleistung hat, wird an der Turbinenwelle beim Anfahren ein Drehmoment erzeugt,
welches bereits genügt, um einen Kraftwagen unmittelbar anzutreiben. Andererseits
wird durch die hohe Drehzahl der Turbine die Erreichung der für Kraftwagen erforderlichen
hohen Geschwindigkeit gewährleistet. Die Zusammendrängung des Aufbaues und die Vereinfachung
des Betriebes der Brennkraftturbine erleichtert ihre Unterbringung im Kraftfahrzeug,
verbessert ihre Wirtschaftlichkeit und gewährt auch gegenüber bisherigen Vorschlägen
dieser Art eine erhebliche Verminderung des einzubauenden Gewichts, so daß die Verbesse
rung der Wirtschaftlichkeit des Turbinenantriebes im Fahrzeugbetrieb gesichert ist.