CH345493A - Aus einer Kolbenbrennkraftmaschine und einer Abgasturbine bestehendes Brennkraftmaschinenaggregat - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Brennkraftmaschinenaggregat, bestehend aus einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit hin und her gehenden Kolben und einer von diesen angetriebenen Abgasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine mindestens zwei hin und her gehende, mit je einem Schwinghebel (26 bzw. 27) gekuppelte Kolben (1, 2 bzw. 5, 6) aufweist, wobei die Schwinghebel über Gleitkörper (18, 19 bzw. 20;

   21) mit zu beiden Seiten in einem verstellbar angeord neten Joch (41) gelagerten Schwingkurbeln (46, 47) sowie über diese nur in einer Drehrichtung wirksamen Kupplungen (54, 55) mit Trommeln (56, 57) verbun den sind, die über Zahnräder (58, 59, 60) die senk recht zur Zylinderachse verlaufende Abtriebswelle (61) der Brennkraftmaschine abwechselnd und absatz weise antreiben, und dass ferner zum Antrieb der Hilfsmaschinen (76, 84, 94) eine eigene, von der Abtriebswelle (61) unabhängige Exzenterwelle (17) zwischen den einander gegenüberliegenden Kolben (1, 2 bzw.

   5, 6) vorgesehen ist, die jeweils eine oder mehrere in einer Zylinderlängsmittelebene bzw. in Parallelebenen hierzu liegende Exzenterscheiben (13, 14) trägt, an der bzw. an denen die Stirnflächen von einander diametral gegenüberliegenden Druckstücken (11, 12) anliegen, die in den Kolben (1, 2) in ihrer Längsrichtung axial verschiebbar gelagert sind und jeweils unter dem Druck einer zwischen den Druck stücken (11, 12) und den Kolbenbodeninnenseiten wirksamen Feder (9 bzw. 10) stehen, und dass die Abgasturbine (95) über ein Zahnradgetriebe (74, 78) mit der Exzenterwelle (17) verbunden ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Brennkraftmaschinenaggregat mit mehreren Zy linderpaaren, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgas turbine (95) derart unterhalb des untern Zylinder paares (7, 8) angeordnet ist, dass die von den Zylin dern (7, 8) ausgehenden Auslasskanäle (103, 104) tangential in das Turbinengehäuse (102) einmünden, z.

   Brennkraftmaschinenaggregat nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass die Abgasturbine (95) so bemessen ist, dass sie bei Teillast zumindest die durch den Antrieb des Kühlgebläses (84), des Ladegebläses (94) und der son stigen Nebenantriebe (76) auftretende Verlustleistung deckt und zumindest bei Vollast zusätzlich über die Exzenterwelle (17) eine Nutzleistung an das Trieb werk abgibt.