Verbrennungskraftmaschine Bei den bekannten Verbrennungskraftmaschinen wird in einem oder mehreren Zylindern ein Gas- oder Dampf-Luft-Gemisch gezündet, wobei der entstehende Druck zur Bewegung von metallischen Kolben ausge nützt wird, die dann über Pleuelstangen der Kurbel- welle mit Schwungrad eine Drehbewegung erteilen.
Diese an sich bewährte Ausführung weist grosse hin- und her gehende Massen auf, erfordert bei der Herstellung hohe Präzision und benötigt sorgfältige Schmierung aller re lativ zueinander bewegten Teile; zudem muss die Kur belwelle infolge der hohen Lagerdrüdke mehrfach gela gert werden.
Ferner sind Verbrennungskraftmaschmen bekannt, die mindestens zwei Zylinder aufweisen, die über min destens eine Rohrleitung, in der eine rotierende hydrau lische Maschine angeordnet ist, miteinander in Verbin dung stehen, wobei sich in diesem System Flüssigkeit befindet und nach vorheriger Kompression der bei Ver brennung des Treibstoffes entstehende Druck die Flüs sigkeit vom jeweils gefüllten Zylinder über die rotie rende hydraulische Maschine in den leeren Zylinder treibt. Bei diesen an sich bekannten Verbrennungskraft maschinen sind die vorgenannten Nachteile weitgehend vermieden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine vorteilhafte Ausbildung solcher Maschinen. Sie ist erfindungsgemäss gekennzeichnet durch einen auf der Oberfläche der Flüssigkeit jedes Zylinders schwimmenden Kolben, wo bei mindestens ein Kolben wenigstens in einer Endlage Steuermittel betätigt, die bewirken,
dass die hydrauli sche Maschine jeweils in. die für die Durchströmung geöffnete Rohrleitung eingeschaltet ist. Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Maschine ein Zahnradmotor ist.
Für eine derartige Verbrennungskraftmaschine sind immer mindestens zwei Zylinder erforderlich; es können aber auch 3, 4 und mehr Zylinder zur Anwendung ge langen. Die Maschine kann im Zwei-, Drei- oder Vier- taktverfahren betrieben werden und zwar nach Art eines Otto- oder eines Dieselmotors.
In der Zeichnung sind einige beispielsweise Ausfüh- rungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer Zweitakt-Verbrennungskraftmaschine nach der Er findung, wobei als hydraulische Maschine ein Zahnrad motor vorgesehen ist. In Fig. 2 ist eine Variante mit Differentialkolben, in den Figuren 3 und 4 eine Ausfüh rungsform im Dreitaktverfahren dargestellt.
In Fig. 1 bedeuten 1 und 2 zwei Zylinder mit den Rohrleitungen 3, 4 bzw. 5, 6, die zu den Drehschiebern 7 bzw. 8 führen. 9 ist ein an sich bekannter Zahnrad motor. Der Zylinder 1 ist mit Flüssigkeit 10, vorzugs weise öl, annähernd gefüllt, während der Zylinder 2 annähernd leer ist. Auf dem öl sind Kolben 11 bzw. 12 schwimmend angeordnet. Sie bestehen zweckmässiger- weise aus einem porösen Stoff, z. B.
Hartgewebe, das sich im flüssigkeitsdurchtränkten Zustand als vollkom men abbrandfest erweist. Die Kolben 11 und 12 gleiten längs der Steuerstangen 13 und 14. Mit 15 und 16 sind Auslassventile bezeichnet, die zur gemeinsamen Aus- puffleitung 17 führen; 18 und 19 sind Einlassventile, durch die die Spülluft, erzeugt durch ein nicht darge stelltes Gebläse, eingelassen wird. 20 und 21 sind Hebel, die um die Achsen 22 und 23 drehbar sind;
24 und 25 sind Ventilfedern. Der Brennstoff wird den beiden Zy lindern 1 und 2 über die Einspritzdüsen 26 bzw. 27 zu geführt. Zur Steuerung der Drehschieber 7 und 8 sind kleine Kurbelwellen 28 und 29 vorgesehen, die in den Lagern 30 und 31 drehbar sind. Die inneren Hebel 32 bzw. 33 werden in der oberen Lage durch die Kolben 11 bzw. 12 mitgenommen, worauf dann über die Kurbeln 34 bzw. 35 und die Pleuelstangen 36 bzw. 37 die Dreh schieber 7 und 8 jeweils umgesteuert werden.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende. In der gezeichneten Stellung befindet sich im Verbren nungsraum 41 über dem Koben 11 hochkomprimierte Luft. Die Ventile 15 und 18 sind unter den Einfluss der Feder 24 geschlossen. Es wird nun, ähnlich wie bei einem Dieselmotor, Brennstoff durch die Düse 26 einge spritzt. Das Luft-Brennstoff-Gemisch entzündet sich in folge der hohen Temperatur der komprimierten Luft über dem Kolben 11.
Der hierbei entstehende Druck presst den Kolben 11 nach unten und damit das unter dem Kolben 11 befindliche öl 10 durch die Leitung 3, den Schieber 7 in den Zahnradmotor 9 und von dort über den Schieber 8 und die Leitung 6 in den Zylinder 2, dessen Ventile 16 und 19 offen sind. Die durch das Ventil 10 einströmende Luft spült die Verbrennungs gase aus dem Zylinder 2 über das Ventil 16 nach dem Auspuff 17.
In dem Masse wie sich der Kolben 11 nach unten bewegt, steigt das Öl unter dem Kolben 12 nach oben. Nach einem gewissen Weg des Kolbens 11 wird die Brennstoffeinspritzung durch die Düse 26 in an sich bekannter und deshalb nicht dargestellter Weise abge stellt. Das Luft-Brennstoff-Gemisch über dem Kolben 11 beginnt zu expandieren und kühlt sich dabei ab. Etwa zur gleichen Zeit schliessen die Ventile 19 und 16 unter dem Einfluss der Feder 25, worauf die über dem Kol ben 12 befindliche Luftmenge komprimiert und dabei erhitzt wird.
Das durch den Zahnradmotor 9 strömende Öl erzeugt ein Drehmoment, das über die Welle 38 nutz bar gemacht wird. Kurz bevor der Kolben 12 die oberste Lage erreicht hat (entsprechend der dargestellten Stel lung des Kolbens 11 auf der linken Seite), erfolgt dort die Brennstoffeinspritzung, während etwa gleichzeitig die Ventile 15 und 18 über den Hebel 20, die Steuer stange 13 und den Kolben 11, der auf den Anschlag 42 auftrifft und die Steuerstange 13 nach unten zieht, ge öffnet werden.
Unmittelbar davor werden die Schieber 7 und 8 über die Kurbelwelle 29 und die Pleuelstange 37 umgesteuert. Es wird nun nach Zündung des Luft- Brennstoff-Gemisches über dem Kolben 12 das unter diesem befindliche Öl durch die Rohrleitung 5, den Schieber 7 in gleicher Richtung wie zuvor durch den Zahnradmotor 9 gepresst und fliesst dann über den Schieber 8 und die Rohrleitung 4 zurück in den Zylin der 1, wobei das Öl seine Wärme an den Kühler 39 ab gibt. Der Kolben 11 bewegt sich in dem Masse nach oben, wie der Kolben 12 nach unter gepresst wird.
Die Expansion im Zylinder 2 und die Kompression im Zy linder 1 erfolgen in gleicher Weise wie bereits erwähnt. Hat der Kolben 11 die in Fig. 1 gezeichnete Stellung erreicht, so beginnt das Spiel von neuem. Wird das Dreh moment von der Welle 38a abgenommen, so ergibt sich der entgegengesetzte Drehsinn (Rückwärtsgang). An stelle eines einzigen Zahnradmotors mit den Schiebern 7 und 8 könnten auch zwei Zahnradmotoren verwendet werden, die so miteinander gekuppelt sind, dass sie in beiden Strömungsrichtungen jeweils ein Drehmoment im gleichen Drehsinn erzeugen.
Die thermodynamischen Vorgänge entsprechen denen bei einem Otto- oder Dieselmotor. Zur Erhöhung der Leistung kann von einem Aufladegebläse oder einer Ab gasturbine Gebrauch gemacht werden. Der Einfach, heit halber wurde die Anordnung für ein Zweitaktsystem erläutert. Die Ausbildung als Drei- oder Viertaktsystem ist in entsprechender Weise möglich (s. Fig. 3).
Zur Er- zeugung eines möglichst hohen thermischen Wirkungs grades kann die Kompression höher getrieben werden, als dies bisher üblich war, da der hohe Druck keinerlei schädliche mechanische Beanspruchungen in Gelenken und Kurbelwellen erzeugt, sondern sich lediglich als sta tischer Druck auf die ölsäule auswirkt,
die zudem eine gewisse Elastizität und Dämpfung aufweist. Auch eine höhere Temperatur wirkt sich nicht schädlich aus, da eine allfällige Deformation von Zylinder und Kolben keine Beeinträchtigung der Wirkungsweise zur Folge hat. Die Kolben 11 und 12 sind nur auf Druck bean sprucht, da auf beiden Seiten der gleiche Druck herrscht.
Infolge der geringen Dichte des Öls sind die bewegten Massen im Vergleich mit den üblichen Benzin- und Dieselmotoren sehr 'klein. Die Zahnradmotoren, insbe- sondere in Ausführung als Brillenmotoren , weiser Wirkungsgrade bis zu 95% auf. Die Drehschieber 7 und 8 ergeben nur kleinen Druckabfall und benötigen zur Umsteuerung sehr geringe Momente.
Die Umdrehungs zahl des Zahnradmotors ist im wesentlichen durch den Druck und das entgegenwirkende Moment gegeben und nicht mehr unmittelbar vom Rhythmus der Kolben bewegung abhängig. Macht man die Zylinder 1 und 2 gross, so dauert es entsprechend lange, bis die Kolben 11 und 12 ihren vollen Hub zurückgelegt haben. Es steht dann auch bei Anwendung des Zweitaktverfahrens ge nügend Zeit für die Spülung des Zylinders zur Verfü gung, was sich günstig auf den thermischen Wirkungs grad auswirkt.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der zur Erzeu gung eines möglichst hohen Druckes von Differential- kolben Gebrauch gemacht wird. Es bedeuten 81 und 82 Zylinder, 83 und 84 die Differenzialkolben, deren grosse Kolbenflächen 85 bzw. 86 jeweils vom Gasdruck beauf- schlagt werden, während die kleinen Kolbenflächen 87 bzw. 88 auf die pulsierende ölsäule 89 einwirken. Die Kolben müssen in an sich bekannter Weise gegen die Zylinderwand abgedichtet sein.
Die Rohrleitung 101 dient zur Entlüftung der Räume unterhalb der Kolben flächen 85 und 86. Im übrigen kann die Maschine wie in Fig. 1 gezeigt ausgebildet sein.
Den bisherigen Ausführungsformen wurde das Zwei- taktverfahren zugrunde gelegt. Nachstehend wird ar=- hand der Figuren 3 und 4 eine Ausführungsform mit 3 Zylindern im Dreitaktverfahren beschrieben.
Mit 111, 112 und 113 sind die drei Zylinder mit den Ausflussrohren 114, 115 und 116 und den Rückfluss- rohren 117, 118 und 119 bezeichnet. Die Ausfluss- und die Rückflussrohre führen zu der Steuerwelle 120, welche, wie Fig. 4 zeigt, drei Stellungen mit Durchgang für je ein Ausfluss- und ein Rückflussrohr aufweist.
In Fig. 3 haben das Ausflussrohr 114 und das Rückfluss- rohr 118 Durchgang, während alle übrigen Rohre abge sperrt sind. Hinter der Steuerwelle 120 führen die Aus- flussrohre 114, 115 und 116 zu der Sammelrohrleitung 121, während die Rückflussrohre 117, 118 und 119 an die Sammelrohrleitung 122 angeschlossen, sind. Zwi schen den beiden Sammelrohrleitungen 121 und 122 ist der Zahnradmotor 123 angeschlossen.
Die Verstellung der Steuerwelle 120 wird jeweils von demjenigen der Kolben 124, 125 und 126 bewirkt, der sich der unteren Grenzlage nähert. Die Verstellung erfogt über eine Kur belwelle 127 mittels der Pleuelstange 128 und einer Frei laufkupplung 129. Der Einfachheit halber sind für die übrigen Zylinder nur noch die Freilaufkupplungen 130 und 131 angedeutet; die Steuerung erfolgt in der glei chen Weise, wie sie für den Kolben 124 dargestellt ist.
Die Auspuffschlitze sind mit 132, 133 und 134, die Spülschlitze mit 135, 136 und 137 bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Verbrennungskraftmaschine nach; den Figuren 3 und 4 ist folgende: Der Kolben 124 bewegt sich nach der Explosion im Verbrennungsraum nach unten. Das Öl fliesst entlang dem gestrichelt ge zeichneten Weg über das Ausflussrohr 114 durch die in Fig. 4 links angedeuteten Öffnungen in der Steuer welle 120 zur Sammelrohrleitung 121,
durch den Zahn radmotor 123 zur Sammelrohrleitung 122 und von dort über das Rückflussrohr 118 zurück in den Zylinder 112.
Kurz bevor der Kolben 124 seine unterste Stellung er reicht, bewegt er über die Kurbel 127 die Pleuelstange 128 und die Freilaufkupplung 129 die Steuerwelle 120 um 60 weiter, worauf nun das Ausflussrohr 114 (s. Fig. 4) abgesperrt und das Ausflussrohr 115 geöffnet wird. Gleichzeitig wird auch der Durchfluss durch das Rückflussrohr 119 freigegeben. Der beim 1.
Takt hoch gehobene Kolben 125 bewegt sich nun nach erfolgter Explosion im Verbrennungsraum nach unten, wobei die ölströmung dem punktiert angedeuteten Weg folgt. Er- reicht der Kolben 125 seine untere Stellung, so dreht sich die Steuerwelle 120 um 60 weiter, worauf der Kol ben 126 zur Wirkung kommt. Das Spiel wiederholt sich dann in zyklischer Reihenfolge gemässTabellel,welche für die in Fig. 3 dargestellte Ausgangsstellung gültig ist.
EMI0003.0017
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> <I>Takt <SEP> Zylinder <SEP> 1(111) <SEP> Zylinder <SEP> 2 <SEP> (112) <SEP> Zylinder <SEP> 3 <SEP> (113)</I>
<tb> <I>1 <SEP> Arbeitshub</I> <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg. <SEP> Spülen
<tb> 2 <SEP> Spülen <SEP> <I>Arbeitshub</I> <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg.
<tb> 3 <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg. <SEP> Spülen <SEP> <I>Arbeitshub</I> Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass einem Arbeitshub in dem einen Zylinder die Kompression und anschlies sende Zündung des explosiblen Gemisches im Verbren nungsraum über dem Kolben des benachbarten Zylin ders folgt.
Für das Spülen steht jeweils etwas mehr als ein Takt zur Verfügung, wodurch selbst bei relativ klei nen Spülschlitzen eine vollständige Entfernung der Ver- brennungsrückstände,- gewährleistet ist.
Gemäss der Bauart nach Fig. 3 arbeitet der Drei- taktmotor ohne Ventile. Es ist aber auch möglich, die Ventilsteuerung, wie sie anhand von Fig. 1 erläutert wurde, anzuwenden oder Einlassspülschlitze und Aus- lassventile vorzusehen.
In entsprechender Weise kann auch eine Ausfüh rungsform im Viertakkverfahren gebaut werden, wie dies in Tabelle 2 angedeutet ist. Es stehen dann für den Spül vorgang sogar volle zwei Takte zur Verfügung.
EMI0003.0040
<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> <I>Takt <SEP> zyl.l <SEP> Zyl.2 <SEP> Zyl.3 <SEP> Zyl.4</I>
<tb> <I>1 <SEP> Arbeitshub</I> <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg. <SEP> Spülen <SEP> Spülen
<tb> 2 <SEP> Spülen <SEP> <I>Arbeitshub</I> <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zünd-. <SEP> Spülen
<tb> 3 <SEP> Spülen <SEP> Spülen <SEP> <I>Arbeitshub</I> <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg.
<tb> 4 <SEP> Kompr. <SEP> u. <SEP> Zündg. <SEP> Spülen <SEP> Spülen <SEP> <I>Arbeitshub</I>