Kombinierte Kraft- und Arbeitsmaschine Die Erfindung betrifft eine mittels Brennstoff zu betreibende kombinierte Kraft- und Arbeitsma schine, die als Pumpe oder Kompressor ausgebil det sein kann. Sie kann insbesondere mit einer Ex pansionsmaschine zur Bildung eines Antriebsaggre gates vereinigt werden.
Bei bekannten Verbrennungskraftmaschinen wird die Kraft des Explosionsgemisches im Zylinder über Kolben und Pleuelstangen in eine Stosskraft und diese über eine Kurbelwelle in eine mechanische Drehkraft umgesetzt. Diese Drehkraft wird in einem zweiten Zylinder mit Kolben und Pleuel wiederum in eine Stosskraft umgewandelt, beispielsweise in einem Kompressor zur Verdichtung eines Gases oder in einer Pumpe für den Transport einer Flüssigkeit.
Es ist ferner bekannt, die Kraft eines Explosions gemisches über eine Stossbewegung in eine Dreh bewegung zur Betätigung einer Turbine umzusetzen, welch letztere die Verdichtung eines Gases oder den Transport einer Flüssigkeit bewirkt.
Die Umwandlung der hin und her gehenden Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung erfolgt bei einem Kraftfahrzeug über eine Schwungscheibe, eine Kupplung, ein Getriebe, ein Kardan usw. auf ein Differentialgetriebe zum Antrieb der Hinterrad achsen. Auch kann die Kraftübertragung auf mecha nischem Wege bis zur Schwungscheibe geleitet und von hier aus über eine Flüssigkeitspumpe in eine hydraulische Druckkraft umgewandelt werden, wel che über eine- Vor- und Rücklaufleitung auf eine Antriebsturbine übertragen wird und hier wiederum in eine mechanische Drehbewegung verwandelt wird.
Die bekannten Verbrennungskraftmaschinen ha ben den Nachteil, dass bei der Umsetzung der Kraft des Explosionsgemisches des Treibstoffes in eine Drehbewegung verschiedene mechanische Zwischen stufen erforderlich sind, was sich auf den Gesamt- wirkungsgrad der Maschine ungünstig auswirkt. Dem gegenüber hat sich die Erfindung zur Aufgabe ge stellt, eine Kraftmaschine zu schaffen, bei der die Kraftübertragung des Druckes der Verbrennungs gase ohne Umweg über eine mechanische Stoss- oder Drehbewegung auf ein Gas oder eine Flüssigkeit als Arbeitsmedium erfolgt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 und 2 zeigen je im Schnitt eine Verbren- nungskraftmaschine gemäss der ersten Ausführungs form, während die Fig. 3 und 4 ebenfalls je im Schnitt eine Ver- brennungskraftmaschine entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigen.
In Fig. 1 und 2 ist eine Vierzylinder-Viertakt- Verbrennungskraftmaschine dargestellt. Die Verbren nungsräume dieser Maschine sind mit 1, 2, 3 und 4 bezeichnet und liegen wechselseitig mit der ge schlossenen Kopfseite in gegeneinanderlaufender Drehrichtung, so dass sich der Verbrennungsdruck im einen Raume im Uhrzeigersinne, im anderen Raume hingegen im Gegenuhrzeigersinne auswirken kann. Zündkerzen,
Ein- und Auslassventile sind in ihrer Funktion wie bei jeder Verbrennungskraftma- schine als bekannt vorausgesetzt. Mit 5 und 6 sind die Einlass- und Auslassventile z. B. für eine Arbeits flüssigkeit bezeichnet. Zwischen der Arbeitsflüssig- keit und dem Verbrennungsraum ist eine Pendel scheibe 7 um eine Achse beweglich angeordnet. Die Pendelscheibe 7 dient zur Kraftübertragung, d. h.
zur Übertragung des Explosionsdruckes des Brenn stoffes auf die Arbeitsflüssigkeit und übernimmt auch die Steuerung der Ventile und der Zündung, indem die zu diesem Zwecke vorgesehenen Organe auf ihrer Achse angeordnet sind oder von dieser aus gesteuert werden. Die Steuerung der Ventile und der Zündung kann jedoch auch durch Schalt schütze erfolgen. Die Pendelscheibe 7 dient ferner dazu, den Verbrennungsdruck gleichmässig auf die Flüssigkeit zu verteilen.
Die Arbeitsweise der Verbrennungskraftmaschine nach Fig. 1 und 2 ist folgende: 1. Arbeitsraum: Die Flüssigkeit und die Pendel scheibe 7 haben den oberen Totpunkt erreicht und der Funke der Zündkerze bringt das verdichtete Brenn stoff-Luft-Gemisch zur Entzündung. Der Verbren nungsdruck drückt die Pendelscheibe 7 und diese die Arbeitsflüssigkeit nach abwärts in der Pfeilrichtung a. Das Flüssigkeitsauslassventil 5 ist geöffnet und die Flüssigkeit wird aus der Kammer herausgedrückt.
2. Arbeitsraum: Die Arbeitsflüssigkeit und die Pendelscheibe 7 haben den unteren Totpunkt er reicht. Das Flüssigkeitseinlassventil 6 ist geöffnet. Beim Rückgang der Pendelscheibe 7 werden die Auspuffgase aus dem geöffneten Auslassventil her ausgestossen.
3. Arbeitsraum: Die Arbeitsflüssigkeit mit der Pendelscheibe 7 hat den oberen Totpunkt erreicht. Das Flüssigkeitsauslassventil 5 ist geöffnet. Bei der Abwärtsbewegung wird ein Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt.
4. Arbeitsraum: Die Flüssigkeit und die Pendel scheibe 7 haben den unteren Totpunkt erreicht. Das Flüssigkeitseinlassventil 6 ist geöffnet. Die steigende Flüssigkeit verdichtet über die Pendelscheibe das Brennstoff-Luft-Gemisch.
Bei der Ausführungsform der Kraftmaschine nach Fig. 3 und 4 sind die Arbeitskammern paarweise an geordnet, wobei auch 3 X 2 = 6 Kammern oder 4 > < 2 = 8 Kammern vorgesehen sein können. Die bei dieser Ausführungsform vorgesehene Pendel scheibe, die die Trennung jeder Kammer in einen Explosionsraum und in einen Flüssigkeitsraum vor nimmt, wie dies auch bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 der Fall ist, kann bei beiden Ausfüh rungsbeispielen auch weggelassen sein, indem der durch die Verbrennung des Treibstoffes entstehende Arbeitsdruck direkt auf die Flüssigkeit als Arbeits medium zur Einwirkung gebracht werden kann.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Flüssigkeit als Arbeitsmedium vorgesehen, auf das der Explosionsdruck zur Einwirkung gebracht wird. Als Arbeitsmedium lässt sich aber auch ein Gas verwenden.
Bei der Anwendung der beschriebenen Kraftma schine auf einem Kraftfahrzeug erfolgt die Kraft übertragung durch den Transport der Flüssigkeit durch eine Druckrohrleitung 8 (Fig. 3) unmittelbar zu den Halbachsen des Fahrzeuges, zwischen denen an Stelle des üblichen Differentialgetriebes eine dop pelte, stufenlos arbeitende, nicht gezeichnete Flüssig keitsturbine angeordnet ist, welche die in eine Dreh- bewegeng umgewandelte Kraft des Explosionsgemi sches unmittelbar auf die Halbachsen überträgt.
Gegenüber den bisher bekannten Ausführungen von Arbeitsmaschinen ergeben sich folgende Fort schritte: A. Bei Pumpen und Kompressoren: Wegfall der übertragung des Verbrennungsdruk- kes in mechanische Stossbewegung; von Kolben in den Arbeitszylindern; der übertragung der Stossbe wegung in die Drehbewegung; der Pleuel in den Arbeitszylindern; der Kurbelwelle; des Schwungra des; der Übertragung der Drehbewegung in die Stossbewegung an den Pumpenzylindern; der Pleuel in den Pumpenzylindern; der Kolben in den Pum penzylindern;
der Rückübertragung der Stossbewe gung in den Flüssigkeitsdruck in den Pumpenzylin dern bzw. in einen überdruck bei Kompressoren. B. Bei Antriebsmaschinen und Kraftfahrzeugen: Wegfall der übertragung des Verbrennungsdruk- kes in mechanische Stossbewegungen; von Kolben in den Arbeitszylindern; der Übertragung der Stoss bewegung in die Drehbewegung; der Pleuel in den Arbeitszylindern; der Kurbelwelle und des Schwung rades; der Kupplung;
des übersetzun@gsgetriebes; des Kreuzgelenkes oder der Hardyscheibe; der Kardan welle und deren Aufhängung sowie des Kardantun nels an der Karosserie. Es lassen sich zudem die Nockenwelle, die Ventilstössel, die Verteilerantriebs welle, die Ölpumpe, je nach Verwendungszweck auch die Wasserpumpe, der Wasserkühler einsparen, da der Flüssigkeitsdurchfluss unter Umständen auch zu Kühlzwecken ausgenutzt werden kann.
Zufolge des Wegfalles der genannten Konstruk tionselemente ergibt sich auch eine erhebliche Sen kung der Herstellungskosten.
Combined power and work machine The invention relates to a fuel-operated combined power and work machine, which can be ausgebil det as a pump or compressor. It can in particular be combined with an expansion machine to form a drive unit.
In known internal combustion engines, the force of the explosion mixture in the cylinder is converted into an impact force via pistons and connecting rods, and this is converted into mechanical rotary force via a crankshaft. This rotational force is converted into a thrust force in a second cylinder with piston and connecting rod, for example in a compressor for compressing a gas or in a pump for transporting a liquid.
It is also known to convert the force of an explosion mixture via a shock movement into a rotary movement for actuating a turbine, the latter causing the compression of a gas or the transport of a liquid.
The conversion of the reciprocating movement of the pistons into a rotary movement takes place in a motor vehicle via a flywheel, a clutch, a gearbox, a cardan shaft, etc. on a differential gear for driving the rear wheel axles. The power transmission can also be routed mechanically to the flywheel and from here converted into a hydraulic pressure force via a liquid pump, which is transmitted to a drive turbine via a supply and return line and is in turn converted into a mechanical rotary movement.
The known internal combustion engines have the disadvantage that various mechanical intermediate stages are required when converting the force of the explosive mixture of the fuel into a rotary movement, which has an unfavorable effect on the overall efficiency of the machine. In contrast, the invention has the task of creating an engine in which the power transmission of the pressure of the combustion gases takes place without a detour via a mechanical impact or rotary movement to a gas or a liquid as the working medium.
Two exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing.
1 and 2 each show in section an internal combustion engine according to the first embodiment, while FIGS. 3 and 4 also each show in section an internal combustion engine according to the second embodiment.
In Fig. 1 and 2, a four-cylinder four-stroke internal combustion engine is shown. The combustion chambers of this machine are labeled 1, 2, 3 and 4 and lie alternately with the closed head side in opposite directions of rotation, so that the combustion pressure can work clockwise in one room and counterclockwise in the other. Spark plugs,
As with any internal combustion engine, the function of inlet and outlet valves is assumed to be known. With 5 and 6, the inlet and outlet valves z. B. designated for a working liquid. A pendulum disk 7 is arranged movably about an axis between the working fluid and the combustion chamber. The pendulum disk 7 is used for power transmission, d. H.
to transfer the explosion pressure of the fuel to the working fluid and also takes over the control of the valves and the ignition by the organs provided for this purpose are arranged on their axis or are controlled by this. The valves and the ignition can also be controlled by contactors. The pendulum disk 7 also serves to distribute the combustion pressure evenly over the liquid.
The operation of the internal combustion engine according to FIGS. 1 and 2 is as follows: 1. Working space: The liquid and the pendulum disk 7 have reached top dead center and the spark from the spark plug causes the compressed fuel-air mixture to ignite. The combustion pressure pushes the pendulum plate 7 and this pushes the working fluid downward in the direction of arrow a. The liquid outlet valve 5 is opened and the liquid is pushed out of the chamber.
2. Working space: The working fluid and the pendulum plate 7 have the bottom dead center it is enough. The liquid inlet valve 6 is open. When the pendulum disc 7 falls, the exhaust gases are expelled from the open exhaust valve.
3. Working space: The working fluid with the pendulum disk 7 has reached top dead center. The liquid outlet valve 5 is open. During the downward movement, a fuel-air mixture is sucked in.
4. Working space: the liquid and the pendulum disk 7 have reached bottom dead center. The liquid inlet valve 6 is open. The rising liquid compresses the fuel-air mixture via the pendulum disc.
In the embodiment of the engine according to FIGS. 3 and 4, the working chambers are arranged in pairs, with 3 X 2 = 6 chambers or 4 × 2 = 8 chambers can also be provided. The provided in this embodiment pendulum disc, which takes the separation of each chamber into an explosion chamber and a liquid space before, as is the case in the embodiment of FIGS. 1 and 2, can be omitted in both Ausfüh approximately examples by the The working pressure resulting from the combustion of the fuel can be brought to act directly on the liquid as the working medium.
In the exemplary embodiments described, a liquid is provided as the working medium on which the explosion pressure is brought to act. However, a gas can also be used as the working medium.
When using the Kraftma machine described on a motor vehicle, the power is transmitted by transporting the liquid through a pressure pipe 8 (Fig. 3) directly to the semi-axles of the vehicle, between which, instead of the usual differential gear, a double, continuously variable, not The liquid turbine shown in the drawing is arranged, which transmits the force of the explosive mixture converted into a rotating movement directly to the semi-axes.
Compared to the previously known versions of working machines, the following progress results: A. For pumps and compressors: elimination of the transmission of the combustion pressure in mechanical shock movement; of pistons in the working cylinders; the transfer of the shock movement into the rotary movement; the connecting rod in the working cylinders; the crankshaft; of the flywheel; the transfer of the rotary movement into the pushing movement on the pump cylinders; the connecting rod in the pump cylinders; the piston in the Pum penzylindern;
the transfer of the shock movement back into the liquid pressure in the pump cylinder or into an overpressure in compressors. B. In the case of prime movers and motor vehicles: elimination of the transfer of the combustion pressure into mechanical shock movements; of pistons in the working cylinders; the transfer of the shock movement into the rotary movement; the connecting rod in the working cylinders; the crankshaft and the flywheel; the clutch;
of the transmission gear; of the universal joint or the hardy disk; the cardan shaft and its suspension as well as the cardan tunnel on the body. In addition, the camshaft, the valve tappets, the distributor drive shaft, the oil pump and, depending on the intended use, the water pump and the water cooler can also be saved, since the flow of liquid can also be used for cooling purposes.
As a result of the elimination of the aforementioned construction elements, there is also a considerable reduction in manufacturing costs.