DE662197C - Brennkraftmaschine, insbesondere zur Arbeit im Zweitakt-Diesel-Verfahren - Google Patents

Description

• Brennkraftmaschine, insbesondere zur Arbeit im Zweitakt-Diesel-Verfahren Bekannt sind Brennkraftmaschinen, insbesondere zur Arbeit im Zweitakt-Diesel-Verfahren, mit etwa sternförmig angeordneten Zylindern, deren Auspuffkanäle auf ein mit der Kolbenmaschine gleichachsiges Turbinenlaufrad münden. Bei diesen Maschinen ist das Turbinenlaufrad entweder in Axialrichtung entfernt von der Kolbenmaschine angeordnet oder die Auspuffschlitze der Zylinder liegen auf einem andern Kreise als der Turbinenschaufelkranz, so daß lange Leitungen für die Auspuffgase zwischen den Brennkraftzylindern und dem Turbinenschaufelkranz notwendig sind, die zu Strömungs- und Wärmeverlusten der Auspuffgase führen. Außerdem sind solche Maschinen sperrig und daher unnötig schwer. Bei anderen Br:ennkraftmaschinen ist auch die Anordnung von Leitschaufeln in den Auspuffkanälen bekannt.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Arbeit im Zweitakt-Diesel-Verfahren, mit etwa sternförmig angeordneten Zylindern und gleichachsig zur Kolbenmaschine angeordneter Abgasturbine. Das Wesentliche besteht darin, daß die Auspuffschlitze der Brennkraftzylinder auf einem gemeinsamen Kreise mit dem mittleren Durchmesser des Turb:inenschaufelkranzes angeordnet, innerhalb der Zylinderwand düsenförmig ausgebildet sind und unmittelbar auf die Laufschaufeln der dicht an den Zylinderwänden laufenden Gasturbine münden. Eine solche Maschine ist besonders für Luftfahrzeuge geeignet, und sie gewährleistet den Vorteil einer hohen Ausnutzung des Gasdruckes unter geringen Wärme- und Strömungsverlusten zwischen Kolbenmaschine und Turbine, also einen hohen thermischen Wirkungsgrad, ferner Geräuschlosigkeit der laufenden Maschine, weil die Auspuffgase dicht hinter den Zylindern durch die Turbine zerwirbelt werden, und schließlich auch eine gedrungene Bauart, durch die ein leichtes Gewicht der Maschine bei hoher Drehzahl erreichbar ist. Die sternförmige Anordnung der Kolbenmaschine ermöglicht dabei die Beaufschlagung eines großen Teils des Laufkranzes der Turbine durch die Abgase, so daß auch die Turbine weitgehend ausgenutzt ist.
• Das Verhältnis des verlorenen Raumes zum Dehnungsraum in den Zylindern ist zweckmäßig derart groß (i zu q. bis i zu bemessen, und die Zylinder werden dabei mit Spülluft von solchem Druck gefüllt, daß die Brenngase die Zylinder mit etwa io bis 1a Atm. Druck verlassen. Infolge des hierbei anwendbaren geringen Kolbenhubes wird die Kolbengeschwindigkeit auch bei hoher Drehzahl gering, und es ergibt sich eine für die Gasturbine genügend hohe Geschwindigkeit der Auspuffgase. Diese hohe Gasgeschwindigkeit vermindert weiter die Wärmeabgebe der Gase an die Zylinder und das die Auspuffkanäle umgebende Spülwasser, so daß der Wirkungsgrad der Maschine erhöht wird.
• Die Spülluft wird zweckmäßig vom Zylin derboden her eingeblasen, und die Auspdftöffnungen werden in Achsenrichtung dir Zylinder so groß bemessen, daß sie nach voll-' ständigem Ausblasen der verbrannten Gase noch etwa halb geöffnet sind. Dadurch gelangt Spülluft an die Schaufeln der Gasturbine und kühlt diese; die der Spülluft innewohnende Energie wird dabei in der Turbine zurückgewonnen.
• Mit Vorteil sind die Kolbentriebe der Brennkraftzylinder zwangläuiig mit der Welle der Gästurbine durch ins Schnelle übersetzende Zahnradgetriebe und mit einer Hauptarbeitswelle durch einen gegebenenfalls ins Langsame übersetzenden Zahntrieb verbunden. Die Hauptarbeitswelle kann hierbei gleichachsig mit der als Nebenarbeitswelle dienenden Turbinenwelle angeordnet sein.
• Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel und gibt weitere vorteilhafte Ausführungsformen an.
• Abb. i zeigt die Vorderansicht einer Maschine ohne Gehäusedeckel, teilweise im Schnitt, Abb. 2 einen Längsschnitt der Maschine. Nach Abb. i und 2 sind an der Stirnwand i eines Gasturbinengehäuses 2 zwölf Brennkraftzylinder 3, 4 etwa sternförmig derart angeordnet, daß ihre düsenförmig ausgebildeten und gegebenenfalls mit Leitschaufeln versehenen Auspuffkanäle 5, 6 auf einem gemeinsamen den Schaufelkränzen 7, 8 des Turbinenrades 9 entsprechenden Kreise liegen.
• Die Zylinder 3, 4 enthalten im Deckel Spülluftventile io und Brennöldüsen i i und sind von einem Kühlwassermantel12 umgeben.
• Bei den schief zum Schaufelkranz liegenden Zylindern 4 liegen die Auspuffkanäle 6 schief zum Zylinder in Richtung des Schaufelkranzes 7. Statt dessen können die Kanäle 6 auch in der Zylinderwandung parallel zum Kolbenboden liegen und in sich in Längsrichtung so verdreht sein, daß sie parallel zum Schaufelkranz 7 münden.
• Je drei Zylinder 3, 4 wirken mit ihren Kolben 13, 14 und Pleuelstangen 15, 16 auf eine gemeinsame Kurbelwelle 17, 18, die durch ihr Zahnrad i9 über die auf einer-Welle 2o sitzenden Zahnräder 21, 22 auf das Zahnrad 23 der, Turbinenwelle 24 wirkt. Die vier sternförmig angeordneten Kurbelzahnräder i9 arbeiten ferner über die Zahnräder 21 unmittelbar auf ein Zahnrad 25 der Hauptarbeitswelle (z. B. Propellerwelle) 26, die im vorderen Gehäusedeckel 27 gelagert ist und außerdem mittels eines Spur- ;znd Traglagers 28 den Wellenstumpf 29 der Turbinenwelle 24 umfaßt.
• .Bei geeigneter Zahnbreite des Zahnrades / rg und entsprechender Zurückverlegung des Zahnrades 21 kann das Zahnrad 25 auch so groß ausgebildet sein, daß es unmittelbar in das Kurbelrad i9 eingreift; dadurch kann die Drehzahl der Hauptarbeitswelle 26 erheblich herabgesetzt werden.
• Statt der vier Zahnradwellen 2o, 21, 22 kann dann gegebenenfalls auch nur eins vorgesehen sein, da dann alle Kurbelzahnräder i9 über das große Zahnrad 25 und eins der Zahnräder i9 auf die Zahnräder 2i, 22, 23 wirken.
• Die Schaufelkränze 7, 8 und die Zylinder 3, 4 sind auf beiden Seiten der Maschine vorgesehen, so daß alle innerhalb der Maschine entstehenden Axialkräfte gegenseitig ausgeglichen sind.
• Der Auspuffraum 3o befindet sich dann zwischen den beiden Schaufelkränzen 7, 8 und ist am Umfang an irgendeiner Stelle mit der Atmosphäre verbunden.
• Das Turbinenrad 9 trägt an seinen Stirnseiten innerhalb und außerhalb der Schaufeln 7 Ringe 3 i, die in entsprechende Nuten der Gehäusestirnwand i mit Spiel eingreifen, um eine Labyrinthdichtung zu bilden. Der Raum zwischen der Gehäusestirnwand i und dem Turbinenlaufrad 9 ist durch Bohrungen 32 entlüftet. Die Turbinenwelle 24 trägt eine den hinteren Gehäusedeckel 33 durchdringende Nebenarbeitswelle 34, die beispielsweise zum Antrieb einer Kreiselluftpumpe und gegebenenfalls der Brennstoffeinspritzpumpe und sonstiger Vorrichtungen dient.
• Statt der zwölf Kraftzylinder an jeder Gehäuseseite können beispielsweise auch acht vorgesehen sein.
• Der Kranz des Turbinenrades kann genügende Masse erhalten, um gleichzeitig als Schwungrad zu dienen, falls dies nötig sein sollte.
• Die Maschine arbeitet wie folgt. Nach Beendigung eines Arbeitshubes in einem Zylinder werden die Auspuffgase durch die düsenartigen Auspuffkanäle 5, 6 unmittelbar und mit geringem Wärme- und Energieverlust auf die Turbinenschaufeln 7 (nebst Leitschaufeln 8) zur Wirkung gebracht. Sobald der Druck unter 5 Atm. im Zylinder sinkt, bläst der Luftverdichter durch die Ventile io Spülluft nach und treibt die verbrannten Gase aus, bis der Kolbenboden die Schlitze 5, 6 etwa zur Hälfte geschlossen hat. Dann bläst die Spülluft durch die Spülschlitze 5, 6 auf die Turbinenschaufeln 7, 8 und wirkt hier gleichzeitig kühlend und auf die Turbine antreibend, so daß Energieverluste weitgehend vermieden werden. Dann schließen Kolben 13, 1q. die Schlitze 5, 6 und verdichten die Luft bis auf etwa 3o Atm.; nun wird durch besondere Brennstoffeinspritzpumpen Brennt öl durch die Düsen i i eingespritzt, so daß es sich entzündet und die Brenngase den Kolben wieder in die untere Totlage treiben. Beim Beginn des Auspuffens haben hierbei die Brenngase noch einen Druck von io bis 12 Atm., so daß der mittlere Gasdruck hoch ist und die Festigkeit der Kurbeltriebe gut ausgenutzt wird. Die Übersetzung von den Kurbeltrieben bis zur Turbinenwelle kann etwa i zu q. bis i zu 8 sein, so daß die Drehzahl derTurbine gut zu der Auspuffgeschwindigkeit paßt, um einen hohen Wirkungsgrad der Turbine zu erzielen. Da die Auspuffgase sofort nach ihrem Austritt aus- dem Zylinder durch die Turbine zerwirbelt werden, wird der Auspuff fast geräuschlos.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftmaschine, insbesondere zur Arbeit im Zweitakt-Diesel-Verfahren, mit etwa sternförmig angeordneten Zylindern, deren Auspuffkanäle auf ein mit der Kolbenmaschine gleichachsiges Turbinenlaufrad münden, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffschlitze der Brennkraftzylinder auf einem gemeinsamen Kreise mit dem mittleren Durchmesser des Turbinenschaufelkranzes angeordnet, innerhalb der Zylinderwand düsenförmig ausgebildet sind und unmittelbar auf die Laufschaufeln der dicht an den Zylinderwänden laufenden Gasturbine münden. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von totem Raum zum Dehnungsraum in den Brennkraftzylindern derart (etwa 1 zu 4 bis i zu 5) bemessen ist, daß die Brenngase die Zylinder mit- etwa io bis 12 Atm. Druck verlassen. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Spülluft von hohem Druck (etwa 5 Atm.) vom Zylinderboden her in den Zylinder einblasbar ist und die Auspufföffnungen in der Zylinderwand in Achsenrichtung des Zylinders derart groß .sind, daß die 'Auspufföffnungen nach vollständigem Ausblasen der verbrannten Gase noch etwa halb geöffnet sind. q.. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei bis drei V- oder sternförmig angeordnete Brennkraftzylinder auf eine Kurbel wirken und mehrere sternförmig angeordnete Kurbeln durch ins Schnelle übersetzende Getriebe mit der Turbinenwelle zwangläufig verbunden sind. 5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis q., dadurch gektnnzeichnet, daß die Gasturbinenwelle an ihrem einen Ende an einer gleichachsigen Hauptarbeitswelle gelagert ist, vorzugsweise mittels Trag- und Spurlagers. 6. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffschlitze der schief zum Schaufelkranz der Turbine stehenden Zylinder schief zum Zylinder angeordnet sind. i. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffschlitze der schief zum Schaufelkranz der Turbine stehenden Zylinder rechtwinklig zur Zylinderachse in den Zylinder münden und derart in sich verdreht sind, daß sie parallel zum Schaufelkranz der Turbine in diesen münden.