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Luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung
betrifft eine luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine zur Durchführung
eines Verfahrens zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage, insbesondere für Fahrzeuge,
welche einen als Kolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Hochdruckteil und einen
als zusätzliche Entspannungsmaschine ausgebildeten Niederdruckteil sowie einen Luftverdichter
umfaßt, wobei ein Teil der verdichteten Luft zur Spülung und Rufladung der Brennkraftmaschine
dient und der Spül- und Ladeluftstrom ständig strömt, und zwar während es Verdichtungs-
und Arbeitshubes des Kolbens durch einen vom Brennraum des Zylinders getrennten
Zylinderteil und während des übrigen Teils des Arbeitsspieles entweder ganz durch
den Brennraum oder zum Teil durch den Brennraum, zum anderen Teil am Brennraum vorbei,
nach Patent 768 043.
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Doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine, insbesondere solche, die
nach dem Zweitaktverfahren arbeiten, waren bisher durch niedrige Betriebsdrehzahlen
gekennzeichnet. Dadurch konnte die Wärmebeanspruchung der den heißen Brenngasen
ganz besonders
ausgesetzten Kolbenstange und ihrer Führungsteile
in mäßigen Grenzen gehalten werden. Es war jedoch notwendig, die Kolbenstange und
ihreFührungsteile durch ein meist tropfbares Kühlmittel, wie z. B. Wasser, zu kühlen.
Die zu diesem Zweck in Verwendung tretenden Kühlanlagen zeichnen sich durch einen
verwickelten Aufbau und ein großes Gewicht aus, sind daher nur bei Maschinen mit
geringen Drehzahlen zu verwenden. In Anbetracht der geringen Betriebsdrehzahlen
ist die durch Kühlung der Kolbenstange und ihrer Führungsteile verlorengehende Wärme
nur gering, so daß man auf eine Verwertung dieser Wärme verzichten konnte, worauf
man übrigens auch auf Grund der Schwierigkeiten bei Verwertung dieser Wärme bei
bisherigen Kolbenbrennkraftmaschinen verzichten mußte. Ganz anders sind die Betriebsbedingungen
bei doppelt wirkenden Kolbenbrennkraftmaschinen zur Durchführung eines Verfahrens
zum Betrieb einer Krafterzeugungsanlage nach dem Hauptpatent, insbesondere bei solchen,
die nach dem Zweitaktverfahren arbeiten. Diese Kolbenbrennkraftmaschinen sollen
mit Drehzahlen, die ein Vielfaches der bisher üblichen Drehzahlen betragen, betrieben
werden. Sowohl die Kolbenstange als auch ihre Führungsteile müssen bei derart hohen
Betriebsdrehzahlen einen vollständig einwandfreien Betrieb gewährleisten. DieAnbringung
von Kühleinrichtungen von verwickeltem Aufbau oder mit einer tropfbaren Kühlflüssigkeit,
wie bisher üblich, ist daher unmöglich. Ebenso kann auch auf die bei der Kühlung
dieser Teile an das Kühlmittel abgegebene Wärme nicht verzichtet werden, da dieselbe
infolge der hohen Betriebsdrehzahlen ebenfalls ein Vielfaches der Kühlwärme derartiger
Teile bei den bisher üblichen Drehzahlen beträgt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine luftgekühlte doppelt wirkende Kolbenbrennkraftmaschine
zur Durchführung des Betriebsverfahrens einer Krafterzeugungsanlage nach dem Hauptpatent
zu schaffen, deren Kolbenstange und Führungsteile für diese einen einwandfreien
Betrieb auch bei den höchsten Drehzahlen gewährleisten, ohne daß der Wirkungsgrad
der Krafterzeugungsanlage hierdurch wesentlich verringert wird. Die Aufgabe wird
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kolbenstange und die Führungen der Kolbenstange
mittels Druckluft gekühlt werden, die aus dem ständig strömenden Spül- und Ladeluftstrom
entnommen wird, und daß die bei der Kühlung der Kolbenstange und ihrer Führungen
erwärmte Luft zwecks Ausnutzung ihres Arbeitsvermögens einer Entspannungseinrichtung
(Gasturbine, Rückstoßdüse) zugeführt wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Es zeigt Abb. i einen Mittellängsschnitt durch einen
Arbeitszylinder einer doppelt wirkenden luftgekühlten Kolbenbrennkraftmaschine für
eine im Verfahren nach dem Hauptpatent arbeitende Krafterzeugungsanlage, Abb. 2
den Ouerschnitt 1-I durch die Kolbenstange.
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Nach Abb. i gleitet in dem Zylinder i einer doppelt wirkenden Kolbenbrennkraftmaschine
2 der Arbeitskolben 3. Dieser Kolben 3 wird mindestens während der Verdichtungs-.
Verbrennungs- und Ausströmzeit von dem durch den Einlaßkanal.4 in den Arbeitszylinder
i eintretenden, ständig strömenden Spül- und Ladeluftstrom durchströmt. Durch die
Hülse 3, ist die Kolbenstange 5 hindurchgesteckt und mittels der Schrauben 6" und
61, mit ihr verbunden. Die Kolbenstange 5 gleitet in Führungen ; a und 7b,
die an den beiden Zylinderdeckeln 8Q und 9a festgelegt sind. Die Führungen 7a und
7b werden von vorteilhaft zu den Führungen achsgleichen Rohrteilen ioa und iob umgeben,
die an den Führungswänden i i" und i ib befestigt sind. In den von den Führungsteilen7a
und 7b und den diese umgebenden Rohrteilen i o" und i ob gebildeten Leitungen 12"
und 12b
sind Rippen 13a und 131, vorgesehen, die die Teile 7a und 7b mit den
Teilen ioa und iob verbinden. Der Kanal 12, mündet in den von der Verkleidung iia
und dem Zylinderdeckel % gebildeten Raum 14" und der Kanal 12b in den Raum i.lb.
Die Kolbenstange 5 ist hohl ausgebildet und besitzt in ihrem Innern axial gerichtete
Rippen 5a. Im Innern des Kolbens 3 besitzt die Kolbenstange 5 und die die Kolbenstange
5 umgebende Hülse 3, gemeinsame Leitungen bildende Öffnungen i_3, während in dem
kurbelseitigen Teil der Kolbenstange Öffnungen 16 vorgesehen sind, die mit Öffnungen
17 in dem Führungsteil 7b derart zusammenwirken, daß zwischen dem Innenraum der
Kolbenstange 5 und dem von der Führung 7b und dem rohrförmigen Teil 'Ob gebildeten
Kanal i2b eine dauernde Verbindung hergestellt ist.
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Unter der Annahme, daß der Druck des durch die Leitung d. in den Arbeitszylinder
eintretenden, ständig strömenden Luftstromes größer ist als der Druck der den Arbeitszylinder
umströmenden Luft, wird die durch den Einlaßkanal d. zum Teil oder vollständig in
das Innere des Kolbens 3 strömende Luft teilweise durch die Öffnungen 15 in das
Innere der Kolbenstange 5 strömen. Ein Teil dieser Luft wird durch die Kolbenstange
5 und je nach der Lage des Kolbens oder der Kolbenstange durch einenTeil der Führung7a
in den von dieser Führung und dem rohrförmigen
Teil io" gebildeten
Kanal 12" strömen. Aus diesem Kanal 12Q tritt diese Kühlluft in die zum Teil durch
den Raum 14Q strömende Außenkühlluft des Arbeitszylinders, um gemeinsam mit dieser
Luft der nicht gezeichneten Entspannungsmaschine (Abgasturbine, Rückstoßdüse) zugeführt
zu werden. Der zweite Teil der durch die öffnungen 15 in die Kolbenstange 5 eintretenden
Luft strömt in ähnlicher Weise, wie beschrieben, in Richtung des Kurbeltriebes und
verläßt das Innere der Kolbenstange oder seiner Führung 7b durch die Öffnungen 16
und 17. Die Luft tritt ebenso wie auf der Deckelseite in den Kanal 12b ein und von
diesem in, den. die Arbeitszylinder umströmenden Luftstrom. Die im Innern der Kolbenstange
5 vorgesehenen Rippen 5Q, die auch in Abb. 2 im Schnitt ersichtlich sind, dienen
zur Erhöhung der Wärmeabgabe der Kolbenstange 5. Den gleichen Zweck erfüllen die
Rippen 13Q und 13b, die die Wärmeabgabe der Führungen 7Q und 7b fördern.
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Es ist selbstverständlich, daß, wenn der Druck der den Arbeitszylinder
1 umströmenden Luft größer ist als der Druck, der durch den Kanal 4 in das Innere
des Arbeitszylinders 1 oder des Kolbens 3 strömenden Luft, die Kühlluft im umgekehrten
Sinne strömt, d. h., daß Luft aus den Räumen 14Q und 14b durch die Leitungen 12"
12b unter gleichzeitiger Kühlung der Führung 7Q# 7b in das Innere der Kolbenstange
5 und durch die öffnungen 15 in das Innere des Kolbens 3 tritt. Diese durch Kühlung
erwärmte Luft strömt gemeinsam mit der den Arbeitszylinder durchströmenden Luft
durch den Auslaßkanal18 der nicht gezeichneten Entspannungsmaschine zu.
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Je nach der Gestalt des Kolbens, insbesondere des Kolbendeckels, und
je nach der Führung der einzelnen Druckluftströme können die verschiedenartigsten
Lösungen zur Kühlung der Kolbenstange oder ihrer Führungsteile vorgesehen werden.