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Zweitakt-Brennkraftmaschine Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf Zweitakt-Verbrennungsmaschinen derjenigen Art, bei welcher drei Kurbelwellen
mit parallelen Achsen an den Ecken eines Dreiecks angeordnet sind, wobei die Kurbelwellen
in Kurbelgehäusen eingeschlossen sind und in jedem Zylinder zwei Kolben vorhanden
sind, die mit den zugehörigen Kttrl)elwellen verbunden sind und die Einlaß- und
Auslaßöffnungen in der Zylinderwandung steuern. Insbesondere sieht die Erfindung
eine :Maschine dieser Art vor, welche gut arbeitet und zu gleicher Zeit auch mechanisch
kompakt ist.
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Hei einer derartigen Maschine ist ein mehrstufiger Luftverdichter
zur Zuführung von Luft unmittelbar oder mittelbar zu den Einlaßöffnungen der Zylinder
wenigstens teilweise in dem annähernd dreickigen lZaum untergebracht, der zwischen
den drei Zylinderblocks und den Kurbelgehäusen, die dazwischenliegen, eingeschlossen
ist. Zweckmäßig wird nachstehend dieser Raum als dreieckiger Raum bezeichnet.
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Im allgemeinen umfaßt jeder Zylinderblock eine bestimmte Zahl von
Zylindern, etwa vier oder sechs, so daß der Dreieckraum, der zwischen den Zylinderblocks
und den Kurbelgehäusen sich befindet, verhältnismäßig lang ist, und der Mehrstufenluftverdichter
kann somit vollständig in diesem Raum untergebracht werden.
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Weiter ist es in den meisten Fällen wünschenswert, zusätzlich zu dem
axialen Luftverdichter einen Fliehkraftluftverdichter vorzusehen, der an dem einen
Ende der die Zylinderblocks und Kurbelgehäuse umfassenden Einheit angeordnet ist,
mit Leitungen, die von dem Fliehkraftverdichter zu den Einlaßöffnungen führen, während
eine Zwischenleitung die Einlaßleitung des Fliehkraftverdichters zu der Auspuffleitung
des axialen Verdichters verbindet, so daß, wenn beide, nämlich der Axialverdichter
und
der Fliehkraftverdichter, arbeiten, der letztere eine letzte Verdichtungsstufe darstellt,
welche zu den verschiedenen Verdichtungsstufen des axialen Verdichters hinzukommt.
Bei solch einer Bauart erscheint es zweckmäßig für die erste Einlaßöffnung, die
die Luft zu dem Einlaß des axial wirkenden Verdichters führt, unmittelbar durch
das benachbarte Ende des Dreieckraumes hindurchzugehen, d. h. das Ende von dem Raum,
der von dem Fliehkraftverdichter entfernt liegt, wobei der letztere in den meisten
Fällen das andere Ende dieses Raumes vollständig abschließt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der axial wirkende
Verdichter durch eine Auspuffturbine angetrieben wird, zu welcher die Auspuffgase
von den Auspufföffnungen der Maschine geführt werden. Diese Turbine ist zweckmäßig
gleichachsig mit dem axial wirkenden Verdichter und liegt außerhalb des Raumes zwischen
den Zylinderblocks und den Kurbelgehäusen. Wenn, wie es im allgemeinen vorzuziehen
ist, ein Fliehkraftverdichter in der oben beschriebenen Weise zusätzlich zu dem
axial wirkenden Verdichter vorgesehen wird, so muß für den Rotor des Fliehkraftverdichters
ein mechanischer Antrieb vorgesehen werden von den Kurbelwellen der Maschine, während
zusätzlich eine Kupplungsvorrichtung erforderlich ist, durch die der Rotor der Turbine
Kraft übertragen kann zu einem Element der Maschine in unmittelbarer mechanischer
Transmission mit den Kurbelwellen und/oder umgekehrt zu dem Getriebe, durch welches
der Rotor des Fliehkraftverdichters angetrieben wird. Auf diese Weise kann ein Kraftüberschuß
von der Turbine zu den umlaufenden Teilen der eigentlichen Maschine übertragen werden
und/oder die Turbine und der axial wirkende Verdichter kann von den Kurbelwellen
der Maschine angetrieben werden. ' Bei einer geeigneten Anordnung gemäß. der Erfindung
sind der axial wirkende Verdichter, der Fliehkraftverdichter und die Turbine auf
einer gemeinsamen Achse mit dem Fliehkraftverdichter angeordnet, die zwischen dem
axial wirkenden Verdichter und der Turbine liegt, wobei der Rotor des Fliehkraftverdichters
mechanisch durch ein Getriebe von den Kurbelwellen angetrieben wird und eine Bohrung
besitzt, durch welche eine Welle hindurchgeht, die an einem Ende des Rotors des
axial wirkenden Verdichters und an ihrem anderen Ende mit dem Turbinenrotor und
einem Glied einer Flüssigkeitsschleuderradkupplung in Verbindung steht, deren anderes
Glied mit dem Rotor des Fliehkraftverdichters verbunden ist. Bei dieser Anordnung
kann die Flüssigkeitskupplung, wenn gewünscht, derjenigen Art sein, welche beliebig
ein- und ausgeschaltet werden kann durch Regelung des Flüssigkeitsinhalts der arbeitenden
Kammern.
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Die Erfindung kann in der Praxis in verschiedener Weise ausgeführt
werden, und in den Zeichnungen ist als Beispiel und mehr schaubildlich eine besondere
Ausführungsform dargestellt.
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Fig. i ist eine Schnittansicht der vollständigen Maschine, geschnitten
nach der Linie I-1 der Fig. 3; Fig. 2 ist ein umgekehrter Grundriß in größerem Maßstab,
geschnitten nach der Linie 11-II der Fig, 3, und zwar sind verschiedene Einzelheiten
dargestellt, die mit dem Antrieb des Fliehkraft-und des axial wirkenden Verdichters
zusammenhängen; Fig. 3 ist wiederum etwas schematisch eine Rückansicht der Maschine
gemäß Fig. i; Fig. .4 ist ein Schnitt in einer Ebene, in welcher die beiden zueinander
gehörigen Flächen der vorderen und hinteren Hälfte des Gehäuses des Fliehkraftverdichters
liegen, so daß die Gestalt der haubenförmigen Auslaßkammern dieses Verdichters und
die Gestaltung der Einlaßleitungen, in die sie hineinführen, zu sehen sind; Fig.
5 ist ein Querschnitt, der die Gestaltung der Teile der Einlaß- und Auslaßleitungen
zeigt, welche sich den Zylindern entlang erstrecken, und Fig. 6 ist ein Querschnitt
durch den Kanal, der eine Einlaßleitung zu dem Fliehkraftverdichter verbindet, und
die anliegenden Teile der Einlaßleitung, geschnitten in der Ebene 6-6 der Fig. 4.
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Bei der dargestellten Maschine sind drei ähnliche Kurbelwellen A vorgesehen,
von denen die eine in Fig. i sichtbar ist, und jede besitzt sechs Kröpfungen, während
ihre Achsen A1 parallel zueinander stehen und an den Ecken eines gleichseitigen
Dreiecks angeordnet sind. Die Kurbelwellen sind gelagert in Kurbelgehäusen B, B1,
B2, und jedes Kurbelgehäuse ist mit den anderen beiden durch einen Block von wassergekühlten
Zylindern C, Cl, C2 verbunden. Jeder Zylinderblock enthält sechs an ihren Enden
offene Zylinderbohrungen, in deren entgegengesetzten Enden die beiden durch Schubstangen
mit den Kurbeln verbundenen Kolben hin und her gehen. Die Kurbelwellen sind miteinander
an dem vorderen Ende der Maschine durch ein Getriebe verbunden, das mit C3, C4,
C5 in Fig. i bezeichnet ist, so daß zwei der Kurbelwellen, von denen die untere
die eine ist, in einer Richtung umlaufen, während die andere in der entgegengesetzten
Richtung umläuft. Das Getriebe verbindet auch die Kurbelwellen mit einer angetriebenen
Welle C8 durch eine Welle C7 und das Getrieberad C8. Die Phase der Kurbelwellen
ist derart, daß, während die beiden Kolben in jedem Zylinder sich für den größten
Teil ihres Hubes in entgegengesetzten Richtungen relativ zum Zylinder bewegen, sie
2o° außerhalb der Phase sich befinden, so daß ein Kolben seine Einwärts- und Auswärtsbewegung
vollendet etwas vor dem anderen Kolben. Die beiden Kolben in jedem Zylinder steuern
einen Ring von Einlaßöffnungen und einen Ring von Auslaßöffnungen, die so gelegen
sind, daß sie von den beiden Kolben an den Enden ihrer Auswärtshübe frei liegen;
die Anordnung ist die übliche, bei welcher die Auslaßöffnungen etwas vor den Einlaßöffnungen
geöffnet werden und geschlossen ungefähr in demselben Augenblick wie die Einlaßöffnungen
oder etwas später.
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Die Einlaßöffnungen in jedem Zylinder stehen in bekannter Weise in
Verbindung mit einer Einlaßkammer, die den Zylinder umgibt, während die
Atisl)tiff<iffiitingeu
iii Verbindung mit einer :1ttspuffkantnier stehen, die in gleicher Weise den Zylinder
umgibt, wobei die :\uslaßkammern jedes Zyliii(lerl)locks in Verbindung stehen mit
einer .'#itsl)tiffleittiiig, die auf der Seite des Zylinderblocks außerhalb de:
Dreieckrauines zwischen den Zvlindcrl@lcic@s liegt, während die Einlaßkammern jedes
Zylinderblocks mit den beiden Teilen einer geteilten Eitilaßleitung in Verbindung
stehen, deren einer "feil sich an der Seite des Blocks entlang nach dem Dreieckraum
erstreckt, während der andere Teil sich erstreckt nach der Seite des Blocks, entfernt
von diesem Dreieckraum.
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Die Auspuffleitungen sind in den Zeichnungen mit D, Dl und
D2 bezeichnet, während die Einlaßleitungen bei E, El, E2, E3, E', E5 dargestellt
sind, wobei die Teile E, F_1 eine geteilte Leitung darstellen, die Teile E2 und
E3 eine andere geteilte 1_eitutig und die Teile E4, E5 eine dritte geteilte Leitung.
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Die allgemeine Bauart der Maschine ist bekannter Art und braucht daher
nicht weiter beschrieben zu werden.
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Innerhalb des Dreieckraumes zwischen den Zylinderblocks befindet sich
ein mehrstufiger, axial wirkender Verdichter, der aus einem Gehäuse F besteht, (las
von den Zylindern getragen wird und die feststehenden Schaufelringe F1 der verschiedenen
Verdichterstufen trägt. Das Gehäuse F ist mit die Rotorwelle F2 tragenden Lagern
versehen, auf welcher Welle die geschaufelten Rotoren F3 der verschiedenen Stufen
sitzen. Bei der dargestellten Ausführung hat der axial wirkende Verdichter zwölf
Stufen und ist so angeordnet, daß er Luft von einer Einlaßöffnung F4 am vorderen
Ende der Maschine einzieht und sie nach Verdichtung durch einen ringförmigen Kanal
175 weiterfördert. Dieser Kanal soll hier die Zwischenleitung genannt werden.
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An dein hinteren Etide der Maschine ist ein Fliehkraftverdichter aiigeor(Inet,
der ein Flügelgehäuse G besitzt, in welclicm der Fliehkraftflügel GI sich
befindet. 1)ei- hliigel (:l sitzt an einer Hohlwelle G2, die in den Lagern G3 liegt,
und durch die Bohrung der Welle (;'= geht frei hindurch eine Welle H, die durch
eine Kupplung Hl mit dem lZotor des axial wirkenden Verdichters verbunden ist.
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Der Flügel (il des FliehkraftN erdicliters liefert 1.tift durch einen
Diffusor (r4 in drei Austrittshauben G5. Gs, (;7, und er wird angetrieben von den
Kurbelwellen durch ein Getriehe, das aus einem Zahnrad J besteht, das auf der Fliigelwelle
G2 sitzt und mit zwei Zahnrädern J1 und J2 kämmt, die in Fig. i und 2 ersichtlich
sind, und welche durch weitere Zahnräder mit zwei "
[email protected] J3 in Verbindung
stehen, die sich nach dem vorderen Teil der Maschine, hin erstrecl_eii. Die Enden
d°r Welle J3 an (lern vorderen Ende der R-laschine sind durch andere Zahnräder finit
der Kurbelwelle A verbunden und mit der Kurbelwelle, deren Achse Al in den 1"ig.
3 und .f bezeichnet ist. Das Getriebe, durch welches (las Zalini-ad J1 durch seine
Welle
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mit der Kurbelwelle Armverbunden ist, ist in Fig. r dargestellt,
und da das Getriebe, durch welches das Zahnrad J2 mit der zugehörigen Kurbelwelle
verbunden ist, das gleiche ist, so ist es nicht besonders dargestellt. Das mit dem
Zahnrad J1 versehene, in Fig. i dargestellte Getriebe besteht aus einem Zahnrad
J4, das fest auf der das Zahnrad J1 tragenden Welle sitzt und in das Zahnrad J5
eingreift, welches seinerseits in ein Zahnrad J6 eingreift, das mit dem Zahnrad
J? an dem hinteren Ende der Welle J3 eingreift. Das andere Ende der Welle J3 trägt
ein Zahnrad J8, das mit einem Zahnrad J4 kämmt, welches seinerseits mit einem Zahnrad
J10 der Kurbelwelle A kämmt.
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Es ist somit ersichtlich, daß der Flügel GI von derKurbelwelle durch
zwei paralleleübertragungswege angetrieben wird, von denen jeder eine torsionselastische
Welle 1)csitzt, welche nicht nur eine Verteilung der Last zwischen den beiden Transmissionswegen
sichert, sondern auch eine Überbelastung des Getriebes während schneller Beschleunigungen
oder Verzögerungen der Maschine verhindert.
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Getragen von einem Gehäuse K an der hinteren Wandung der 1Iaschine
befindet sich eine Auspuffturbine, die aus einem Gehäuse KI besteht, das die feststehenden
Schaufe:ringe K2 und einen Rotor K3 trägt, der drei Rotorschaufelringe auf einer
Rotorwelle K4 besitzt. Das vordere Ende der Rotor welle K4 trägt fest das äußere,
innen mit Zähnen versehene Glied L einer Kupplung, die zwei außen gezahnte innere
Glieder L1 und L2 besitzt, wie in Fig. 2 dargestellt, mit welchen beiden die welle
K4 auf Drehbewegung gekuppelt ist.
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Das innere Glied L1 ist am hinteren Ende der Welle H befestigt, so
daß der Rotor des axial wirkenden Verdichters F ständig hierdurch mit der Welle
K4 der Gasturbine KI verbunden ist. Das innere Glied L2 ist andererseits verbunden
mit einem Rückdruckglied M einer hydraulischen Kupplung, deren anderes Rückdruckglied
Ml fest in dem Gehäuse M2 der hydraulischen Kupplung sitzt, die mit dem Ende der
Welle G2 des F liehkraftflügels G1 verbunden ist.
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Die drei Auspuffleitungen D, Dl, D2 sind durch die Gasaustrittskanäle
N, N1`, N2 mit einer ringförmigen Sammlerkammer -y-3 verbunden, von welcher die
Auspuffgase in gewöhnlicher Weise durch einen Düsenring zu der ersten Stufe der
Turbine K1 gelangen, während die Auspuffgase, die die Turbine verlassen, in ein
Auspuffrohr geführt werden, dessen Ende bei N4 sichtbar ist.
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Die drei Austrittshauben G5, G8, G7 des Fliehkraftverdichters stehen
durch Verbindungsstücke (), ()l, 02 mit den anliegenden Enden (1°r geteilten Einlaßleitungen
E, El, E2, E3, E4, F_5 in Verbindung.
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Die hydraulische Kupplung M2 kann von der Art mit ständiger Füllung
sein, aber sie soll zweckmäßig von derjenigen Art sein, deren Füllung so geregelt
werden kann, daß sie beliebig eingekuppelt und ausgekuppelt werden kann und so,
daß sie in beiden Richtungen eine Torsionskraft übertragen
kann,
d. h. von dem Glied M zu dem Glied Ml oder umgekehrt.
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Bei der beschriebenen Bauart ist es ersichtlich, daß, wenn die Maschine
angelassen wird, der Fliehkraftverdichter G in Tätigkeit tritt und Luft zu den Einlaßöffnungen
durch die geteilten Einlaßleitungen E, El, E2, ES, E4, ES führt,
während, wenn die hydraulische Kupplung M2 gefüllt wird, der Rotor des axial wirkenden
Verdichters F angetrieben wird durch die Torsionsübertragung von der Welle GE durch
die Kupplung M2 zu dem Glied L2 und durch dieses durch das Glied L zu dem Glied
L1 und von da zu der Welle H, wodurch der Widerstand der Luftströmung durch den
axial wirkenden Verdichter zu dem Einlaß des Fliehkraftverdichters vermindert oder
beseitigt wird, welcher Widerstand sonst bestehen bleiben würde.
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Wenn die Maschine normal unter Belastung arbeitet, so fließen die
Auspuffgase durch die Leitungen D, Dl, DE und die Kanäle N,
NI, N2 zu
der Turbine KI, welche dann den axial wirkenden Verdichter durch
die Kupplung L, L1 antreibt. Überdies, wenn die hydraulische Kupplung M2 eingekuppelt
ist, so wird jede Kraft, die von der Turbine im Überschuß über die zum Antrieb des
axial betätigten Verdichters erforderlich ist, zu der Welle GE des Flügels des Fliehkraftverdichters
übertragen, und diese Kraft ist entweder nur genügend, den Antrieb des Fliehkraftverdichters
zu unterstützen, oder vollständig genügend, um diesen Verdichter anzutreiben, oder
so groß, daß sie nicht nur genügend Drehmoment liefert, um den Fliehkraftverdichter
anzutreiben, sondern auch ein Drehmoment durch das den Flügel des Fliehkraftverdichters
mit den Wellen verbindende Getriebe zu übertragen, so daß die durch die Welle
CO übertragene Kraft noch zusätzlich vermehrt wird.
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Es ist ersichtlich, daß die Anordnung nach der Erfindung eine sehr
gut zusammengefaßte Einheit darstellt, welche einen beträchtlichen Grad von Nachgiebigkeit
besitzt, da die Teile der von den Kolben und von der Turbine gelieferten Kraft in
sehr weitem Maße gemäß den Arbeitsbedingungen sich ändern können, während gleichzeitig
ein genügender Wirkungsgrad mit Rücksicht auf das hohe Verdichtungsverhältnis gesichert
ist. Die hohe Verdichtung und die Benutzung der fast ganzen Expansion ergeben eine
sehr gute Maschine.