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Brennkraftkolbenmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit äußerer
Verbrennung Die. Erfindung betrifft eine mit fremdverdichteter Hochdruckluft und
mit äußerer Verbrennung arbeitende Brennkraftmaschine, deren Drehmoment in so starkem
Maße verändert werden kann, daß beim Antrieb von Kraftfahrzeugen der Gebrauch eines
besonderen Drehmomentwandlers oder Wechselgetriebes und der dazugehörigen Kupplung
ganz oder größtenteils entfallen kann.
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Für den Antrieb schwerer Kraftfahrzeuge, wie z. B. Lokomotiven, wurde
bereits eine mit Fremdverdichtung der Verbrennungsluft, mit äußerer Verbrennung
und -mit einer Gasturbine für den Verdichterantrieb arbeitende Brennkraftanlage
vorgeschlagen. Bei Einrichtungen zur äußeren Verbrennung ist es bekannt, die Brennkammer
durch die zuströmende Verbrennungsluft zu kühlen. Ferner wurde bei Brennkraftmaschinen
mit äußerer Verbrennung und mit Fremdverdichtung schon vorgeschlagen, den zur Speisung
einer besonderen Brennkammer dienenden Luftverdichter durch die eigentliche Arbeitsmaschine
anzutreiben. Auch sind Verbrennungsturbinen bekannt, bei denen das Treibgas in einer
der Gasturbine vorgeschalteten Brennkraftkolbenmaschine mit durch diese angetriebenem
Luftverdichter erzeugt wird. Diese bekannten Maschinen sind jedoch nach dem Aufbau,
dein Zusammenhang und der Wirkungsweise ihrer Bauelemente nicht in der Lage, ihr
Drehmoment in weiten Grenzen so schnell und so stark zu ändern, wie es z. B. für
den getriebelosen Antrieb schwerer Kraftfahrzeuge erforderlich ist.
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ach der Erfindung besteht die Lösung dieser Aufgabe in der besonderen
Vereinigung bei den erwähnten Maschinen und Einrichtungen zum Teil bekanntgewordener
Merkmale.
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Bei der vorliegenden Maschinenanlage wird ein mehrstufiger Hochdruckluftverdichter
durch eine eigene besondere Brennkraftmaschine mit eigener innerer Verbrennung angetrieben.
Die vorn Verdichter erzeugte Hochdruckluft tritt zunächst in einen den Brennraum
einer Brennkammer umgebenden Luftmantel ein, in dem sie die Brennraumwände umspült
und kühlt, und aus dem sie in erhitztem Zustande in den Brennraum übertritt, wo
sie in ebenfalls bekannter Weise mit dem Brennstoff zur Brenngaserzeugung oder zur
zv eiteren Erhitzung eines Luftüberschusses zusammentrifft. Dem Arbeitsraum der
Kraftrnaschine werden aus dein Brennraum auf dem kürzesten Wege regelbare Mengen
Brenngas oder erhitzte Druckluft durch zur Änderung des Mitteldruckes oder auch
zur ZImsteuerung
der Drehrichtung der Kraftmaschine geeignete,
in bekannter Weise gesteuerte und gekühlte Einlaßorgane zugeteilt. Bei .Maschinen
mit mehreren Kolbenarbeitsräumen kann entweder jeder Arbeitsraum seinen zugehörigen
Brennraum haben, oder es können je zwei oder mehr Arbeitsräume an einen gemeinsamen
Brennraum angeschlossen sein. Zur Zündung des Brennstoffes beim Anfahren der kalten
Maschine dient die bekannte elektrische Niederspannung-Glühkerze.
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Der Druck in den vor den Einlaßorganen zu den Kolbenarbeitsräumen
der Kraftniaschine befindlichen Brennräumen wird geregelt durch eine von der Verdichterantriebsmaschine
angetriebene Brennstoffpumpe und außerdem durch einen unter dem Druck der Verbindungsleitung
zwischen Verdichter und dem Brennraumluftmantel stehender. Druckregler, der gekuppelt
ist mit den Regelgliedern zur Leistungsregelung des Luftverdichters oder auch mit
einem Regelglied zur Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennstoffeinspritzdüse des
Brennraumes. Die Regelglieder zur Leistungsregelung des Luftverdichters bestellen
dabei aus einem bekannten Regelorgan zur Leistungsänderung der Verdichterantriebsmaschine
und aus einem bekannten Regelorgan zur Änderung der vom Verdichter angesaugten Luftmenge.
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Zum Anfahren der Kraftmaschine, zur Änderung ihres mittleren Arbeitsdruckes
und, wenn erwünscht, auch zur Umsteuerung ihrer Drehrichtung kann eine an sich bekannte
verschiebbare Nockenwelle dienen, deren Einlaßventilnocken für Vorwärtsgang und
deren Einlaßventilnocken für Rückwärtsgang Erhebungen haben, deren Höhe zur Regelung
dies Einlaßventilhubes zwischen Nullhub und Höchsthub von der Nähe der Mitte zwischen
diesen beiden Nocken nach außen zunimmt.
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Zur Verschiebung der Nockenwelle dient ein bei der einen Drehrichtung
der Kraftmaschine als einarmiger Hebel und bei der anderen Drehrichtung als zweiarmiger
Hebel arbeitender Hebel, dessen Drehpunkt zum Umsteuern der Drehrichtung der Kraftinaschine
von einer Endlage zur anderen Endlage, beispielsweise in einer Kulisse dieses
Hebels verschoben wird. Die Verschiebung der Nockenwelle geschieht bei größeren
Maschinen in bekannter Weise durch einen Servomotor, an dessen Regelschieber der
erwähnte Hebel mit verschiebbarem Drehpunkt angreift. Die Einleitung der Verschiebung
, der Nockenwelle kann nun entweder durch einen von der Kraftmaschine angetriebenen
und an den erwähnten Hebel angreifenden Fliehkraftregler oder durch den unmittelbar
4 an diesen Hebel angreifenden Fahrhebel der Kraftmaschine erfolgen. I In der Zeichnung
geben die Abb. i und 2 Anwendungsbeispiele der Erfindung in sehe-: matischer Darstellung.
Die Abb. 3 zeigt ein Beispiel der Anordnung der Brennkammer an der Kraftmaschine.
Die Abb. d. gibt ein Ausführungsbeispiel der Füllungsänderung und der Umsteuerung.
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Die Abb. i zeigt eine Anwendung der Erfindung mit selbsttätiger Regelung
des Füllungsgrades der Kraftmaschine in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl. Die hier
beispielsweise als Vergasermotor angedeutete Verdichterantriebsmaschine i treibt
den Luftverdichter 2 entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer Übersetzung
an. Die Kraftmaschine 3 kann durch die Reibungskupplung 4 mit dem Verdichter 2 oder
mit dessen Antriebsmaschine i gekuppelt werden, wenn man einen Druckluftvorrat z.
B. bei Kraftfahrzeugen im langen Gefälle unter Wiedergewinnung der Bremsarbeit ergänzen
oder wenn man die Verdichterantriebsmaschine i durch vorübergehendes Einrücken der
Kupplung. mit der aus dem Druckluftvorrat angefahrenen Kraftmaschine 3 anlassen
will. In der Regel wird die Verdichterantriebsmaschine in üblicher Weise durch Anlaßelektromotor
6 angelassen. Während des Betriebes wird die Drosselklappe 7 durch den Druckregler
9 des Preßluftsammlers Io geregelt. Bei Erreichung des Sammlerhöchstdruckes werden
die Ansaugventile i i des Luftverdichters 2 durch ein Gestänge des Reglers 9 offengehalten,
um ein Stehenbleiben der Verdichterantriebsmaschine zu verhüten. Der Druckluftsammler
Io steht durch eine Rohrleitung mit der Brennkammereinrichtung 1.2 . und diese mit
dein Anlaßventil 13 der Kraftmaschine 3 in Verbindung.
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Die Zerstäuberdüse I4 der Brennkammereinrichtung 12 wird durch die
hier beispielsweise von der Verdichterantriebsmaschine i angetriebene Brennstoffpumpe
13 gespeist, die gemeinsam mit der Regelung des Anlaßventils I3 von dem Fahrhebel
16 geregelt wird. Die Einlaßventile 17 werden durch die Nockenwelle 18 mit auf ihr
verschiebbarer Nockenmuffe i9 gesteuert. Der Servomotor 2o zur Verschiebung der
Lockenmuffe wird hier beispielsweise von dein Fliehkraftregler 2t gesteuert. Die
Umteuerung der Drehrichtung der Kraftmaschine 3 geschieht durch Verlegung des Drehpunktes
22 im Übertragungsgestänge vorn Regler 2I zum Regelschieber des Servomotors 2o.
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In der Abb.2 ist die Verdichterantriebsmaschine i als Dieselmotor
angedeutet. Seine Brennstoffpumpe 23 und die Brennstoffpumpe 1.5 für die Zerstäuberdüse
14 werden hier beispielsweise durch Überlaufventile 24 bzw. 2:I' von dein Druckregler
9 des Druckluftsammlers
Io aus geregelt. Ein besonderes, den Einlaßventilen
17 der Kraftmaschine 3 vorgeschaltetes Anlaßventil 13 ist hier nicht vorgesehen,
weil es in den meisten Fällen genügt, die Kraftmaschine durch Verschiebung der Nockenmuffe
i9 auf Füllung Null abzustellen und sie durch Verschiebung dieser Muffe aus der
Mitte zwischen den Einlaßventilnocken heraus mit einer der Verschiebungsgröße entsprechenden
Füllung anzulassen. Bei Kraftfahrzeugen wird man auch auf die in Abb. i skizzierte
selbsttätige Füllungsregelung verzichten können, weil die Füllungsregelung vom Fahrhebel
16 aus für den praktischen Fahrbetrieb genügt.
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Die Abb. 3 zeigt den Eintritt der Druckiuft durch den Stutzen a5 in
den Luftmantel -,6, aus dem sie nach Umspülung und Kühlung der Wandung 27 eines
hier beispielsweise vorgesehenen Nachbrennraumes 28 und des eigentlichen Brennraumes
in erhitztem Zustande in diesen eintritt, wo sie mit dem durch die Düse Iq, in den
Brennraum eintretenden Brennstoff zusammentrifft. Die Verbrennung geschieht dabei
zum größten Teil im Wirbelraum 29 und restlos in der an diesen Raum anschließenden
Nachbrennkammer 28. Zur Zündung beim kalten Anfahren der Kraftmaschine ist die übliche
Glühkerze 30 vorgesehen.
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Der Druckmantel 3 1 ist je nach Bedarf teilweise oder ganz
mit einem Wassermantel 32 umgeben, der mit dem Kühlmantel der Kraftmaschine in Verbindung
stehen kann.
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Da die Kraftmaschine mit hohem Eintrittsdruck arbeiten soll, sind
die Einlaßventile mit Entlastung, hier beispielsweise durch Gegenkolben 33, vorgesehen.
Zur Abführung der Wärme von den Ventilsitzflächen ist eine durch die hohlen Ventilschäfte
der Einlaßventile geführte Wasserkühlung mit Eintritt des Druckkühlwassers durch
den Stutzen 34 und mit Austritt desselben durch den Stutzen 35 angeordnet. Zur Schmierung
des Entlastungskolbens dient der Stutzen 36.
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Die Abb. d. zeigt ein Ausführungsbeispiel der Einrichtung zur Füllungsänderung
und zur Umsteuerung der Kraftmaschine in deutlicherer Darstellung. In der skizzierten
Stellung der Nockenmuffe i9 stehen die Mitten zwischen den Einlaßventilnocken für
Vorwärts- und Rückwärtsgang unter den Hebeschäften der Einlaßventile 17. In dieser
Stellung erhält die Kraftmaschine kein Gas. Die Nocken 37 gelten hier beispielsweise
für Vorwärtsgang, die Nocken 38 für Rückwärtsgang der Kraftmaschine. Der Doppelhebel
3 9 mit Gabel 4.o überträgt die Bewegung des Kolbens des Servomotors 2o auf die
Nockenmuffe i9. Andererseits wird die Bewegung der Kolbenstange des Servomotors
2o durch den Doppelhebel 41 auf den Rückführungsschieber -12 übertragen. Der im
Rückführungsschieber gleitende Regelschieber 4.3 wird vom Fahrhebel 16 über den
Hebel .4. und über den Doppelhebel 45 beispielsweise für die größte Füllung so weit
bewegt, wie die Anschläge .46 und .4; der Fahrhebelstange .a.8 -es zulassen. Der
Eintrittskanal .49 des Servomotors steht entweder unter dem Druck der vorhandenen
Druckluftanlage oder unter Öldruck.
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Wird nun der Fahrhebel-von der gezeichneten Stellung aus in Pfeilrichtung
etwas bewegt, so arbeitet der Hebel 44 um den jetzt oben befindlichen Drehpunkt
22 als zweiarmiger Hebel. Der Regelschieber bewegt sieh nach links, und der Servomotorkolben
wandert nach rechts und damit die .Nockenmuffe i9 nach links. Dadurch werden die
der augenblicklichen Kolbenstellung der Kraftmaschine entsprechenden Einlaßventile
geöffnet, und die Kraftmaschine arbeitet jetzt rückwärts, und zwar mit dem Einlaßventilhub,
und daher mit dem Füllungsgrad und der Drehkraft, wie dein vorgenommenen Ausschlage
des Fahrhebels 16 entspricht, weil der Doppelhebel q i den Rückführungsschieber
.42 bei der vom Fahrhebel 16 erzeugten Stellung des Regelschiebers 4.3 wieder auf
Deckung bringt.
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Der Drehpunkt 22 des Hebels d.,. befindet sich an einem durch den
Hebel 5o verstellbaren Führungsstück 5i. Wird das Führungsstück 51 nach unten verschoben,
so arbeitet die Kraftmaschine in Drehrichtung vorwärts.