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Steuerung eines als aufgeladene Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine
ausgebildeten Gasgenerators Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung
eines als aufgeladene Viertakt-Kolbenbrennkraftmaschine ausgebildeten Gasgenerators,
zur Beschaffung von Druckmittel für eine nach außen Arbeit leistende Gasturbine,
mit einer Pumpe zur Förderung von Ladeluft für die Einlaßperiode der Brennkraftmaschine
und mindestens einer über den Ladedruck verdichtenden Kolbenpumpe zur Förderung
von zusätzlicher Luft. Sie bezweckt die Schaffung einer besonderen Entleerung, Kühlung
und Spülung von Brennkraftzylindern und besteht erfindungsgemäß darin, daß zur Entleerung,
Kühlung und Spülung der Brennkraftzvlinder die Anordnung für die Ladeluft-und Zusatzluftzufuhr
derart getroffen ist, daß mindestens je ein gleiches Organ sowohl für die Steuerung
der Ladeluft als auch für diejenige der Zusatzluft angeordnet ist.
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Das steuernde Organ kann so ausgebildet sein, daß sowohl die Ladeluft
als auch die Zusatzluft zur Brennkraftmaschine durch die inneren bzw. äußeren Steuerkanten
der gleichen, schieberartig ausgebildeten Steuerorgane gesteuert werden.
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Es ist dabei vorteilhaft, daß die von den Brennkraftzylindern angetriebenen
Ladepumpen mindestens in einen längs der Brennkraftzylinder angeordneten Sammelraum
fördern, von wo aus die Ladeluft mindestens zu einem Teil zu den Einlaßorganen der
Verbrennungszylinder gemeinsam gelangen kann. Die Steuerorgane für die Lade- und
die Zusatzluft können als aus einem Kolbenschieber bestehend vorgesehen sein, welcher
derart
aus zwei zueinander konzentrischen Führungen von verschiedenen Durchmessern besteht,
daß aus Rücksicht zum höheren Zusatzluftdruck gegenüber dem tieferen Ladeluftdruck
annähernd Druckausgleich in bezug auf die auf den Schieber wirkenden Kräfte entsteht.
Die Ausbildung kann so getroffen sein, daß bei nebeneinanderliegenden Brennkraftzylinderreihen
die Zufuhr der Lade- bzw. der Zusatzluft in der Mitte zwischen den Zylinderreihen
durch gemeinsame Kanäle erfolgt. Die Steuerung der die Lade- und Zusatzluft steuernden
Schieber kann von der Steuervorrichtung für die Ein- und Auslaßorgane der Brennkraftmaschine
aus erfolgen. Bei Brennkraftgasgeneratoren mit nebeneinanderliegenden Zylinderreihen
kann für mindestens je zwei quer zur Maschinenachse nebeneinanderliegende Brennkraftzylinder,
deren Kurbelwellen entgegengesetzte Drehrichtungen derart aufweisen, daß letztere
zeitliche Übereinstimmung in ihren Arbeitsphasen (Kompression, Verbrennung, Expansion
usw.) besitzen, das gleiche, oben beschriebene Steuerorgan verwendet werden.
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Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den
Figuren dargestellt. Gleiche Zahlen bzw. Buchstaben bezeichnen gleiche oder ähnliche
Teile bzw. Zustände. An Hand der Figuren wird auch die Arbeitsweise erläutert.
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Fig. i zeigt einen Vertikalschnitt durch einen Zylinder einer gemäß
der Erfindung ausgebildeten Reihenbrennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle quer
zur Achse der letzteren und Fig. 2 einen gleich gelegten Schnitt durch eine solche,
welche zwei Zylinderreihen und zwei Kurbelwellen aufweist; Fig. 3 stellt partielle
Vertikalschnitte in Richtung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sowie Längsansichten
derselben dar; Fig. 4 zeigt Draufsichten auf eine Sechzehnzylinder-Brennkraftmaschine
mit zwei Kurbelwellen. Sie enthält auch einen Horizontalschnitt durch die Zylinderdeckelpartie
von vier Zylindern der Brennkraftmaschine.
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In Fig. i ist i' ein Zylinder einer als Gasgenerator wirkenden Viertakt-Brennkraftmaschine
einfach wirkender Bauart, 2' sein Arbeitskolben und 3' seine Kolbenstange. Der Kolben
der Brennkraftmaschine ist über die Kolbenstange 3' mit dem Kolben 5' einer Ladepumpe
verbunden, welcher gleichzeitig als Gleitbahnführung einen Kreuzkopf 4' besitzt.
Der Pumpenkolben 5' könnte auch als doppeltwirkender Stufenkolben ausgebildet sein,
wobei der untere Kolbenteil als Kreuzkopf dient. 6 ist die Kurbelwelle der :Maschine
und 7 die Schubstange zum Zylinder i', durch welche die Kräfte von den Kolben 2'
bzw. 5' auf die Kurbelwelle 6 übertragen werden. 8 ist der obere Kurbelgehäuseteil
der Maschine und 9 ihre Grundplatte. In dem Zylinder der Brennkraftmaschine ist
mindestens ein Einlaßorgan io und mindestens ein Auslaßorgan ii angeordnet, welche
von der Steuerwelle 12 aus mittels Nocken 13, 13' und dem Steuergestänge 14, 14'
betätigt werden.
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In den Ladeluftpumpenzylinder 15' wird die Aufladeluft durch die Öffnung
16' und die Saugklappen 17' mittels des Kolbens 5' eingesaugt und durch die Klappen
18' in einen für mindestens einen Teil der Brennkraftmaschine gemeinsamen Sammelraum
i9 hineingedrückt. Sowohl die Brennkraftzylinder i' als auch ihre Zylinderdeckel
20' sowie die Ladepumpenzylinder 15' können, wie gezeichnet, mit einer Wasserkühlung
versehen sein. Sie könnten aber auch mit Luftkühlung arbeiten.
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Ferner ist nun in den Sammelraum i9 vor dem Einlaßorgan io pro Brennkraftzylinder
mindestens ein Kolbenschieber 21 eingebaut, der sowohl den Übertritt der Ladeluft
aus dem Raum i9 zum Einlaßventil io als auch denjenigen von Zusatzluft aus dem obenliegenden
Raum 22 zum gleichen Einlaßventil io steuert. Dabei ist der Kolbenschieber 21 so
ausgebildet, daß er eine innere zylindrische Führung 23 besitzt, deren innerer Durchmesser
so gewählt und gegen den Raum 22 so abgedichtet ist, daß trotz höheren Zusatzluftdruckes
im Raum 22 gegenüber dem tieferen Ladedruck im Raum i9 annähernd gleiche Kräfte
von oben und von unten auf den Kolbenschieber 21, 23 ausgeübt werden. Zu diesem
Zweck greift ein feststehendes Führungsstück 24, dessen Innenraum z. B. mit der
Atmosphäre verbunden ist, von oben in den Kolbenschieber 21, 23 hinein. Am äußeren
Schieberteil 21 und am inneren Schieberteil 23 können Kolbenringe 25 bzw. 26 eingebaut
sein. Die Steuerung des Kolbenschiebers 21 kann mittels Nockenscheiben, wie dargestellt,
z. B. ebenfalls von der Nockenwelle 12 der Brennkraftmaschine aus erfolgen. Dafür
können in bekannter Art dort ein Nocken und ein entsprechendes Steuergestänge 27,
28 angeordnet sein. 32 ist die Abgasleitung zur Gasturbine.
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In Fig. 2, welche einen Vertikalschnitt einer Brennkraftmaschine mit
zwei nebeneinanderliegenden Zylinderreihen darstellt, sind die bei beiden Zylinderreihen
gleichen oder ähnlichen Teile durch an den Hinweiszeichen oben bzw. unten angebrachte
Indizes unterschieden, z. B. die Zylinder der Brennkraftmaschine mit i' und il,
die Kolben mit 2' und 21, die Kolbenstangen mit 3', 31, die Kreuzköpfe mit 4' und
41, die Ladeluftpumpenkolben mit 5' und 51 usf.
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Der Sammelraum i9 ist zwischen den beiden Zylinderreihen angeordnet.
In denselben strömt die Ladeluft durch die Klappen i8' und i81. Sie wird aus dem
Raum i9 bei geöffnetem Kolbenschieber 21 vor die Einlaßventile io' bzw. iol geleitet.
Der Kolbenschieberei ist ähnlich, wie in Fig. i dargestellt, ausgebildet. Nur wird
damit die Ladeluft von unterhalb her mittels des gleichen Schiebers 21 zu beiden
Zylindern i' und il, d. h. ihren Einlaßventilen io' und iol geleitet. Es wird aber
auch der Zutritt der Zusatzluft, welche durch die Rohrleitung 22 von oben erfolgt,
durch die obere Kante des Kolbenschiebers 21, und zwar auch wieder für die beiden
nebeneinanderliegenden Zylinder i' und il bzw. die Einlaßventile io' und ioi gemeinsam
gesteuert.
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Die beiden Kurbelwellen 6' und 61 können mittels Zahnräder gekuppelt
sein, z. B. durch zwei Radpaare 29', 29, und 30' und 301. Die beiden Kurbelwellen
drehen dann mit gleicher Drehzahl. Dabei wird vorteilhafterweise, wie aus Fig. 2
ersichtlich, ein durch die Zahnradkupplung sich ergebender, gegenteiliger Drehsinn
ihrer Kurbelwellen erzeugt. Die Kurbeln von zwei in den beiden Reihen gegenüberliegenden
Brennkraftzylindern
können dabei so gestellt werden, daß in diesen
Zylindern gleichzeitig die gleichen Vorgänge, wie Ansaugen, Kompression, Verbrennung,
Expansion usw., stattfinden. Die seitlichen Drücke auf die Kreuzköpfe 4' und 41
dieser Brennkraftzylinder heben sich dann in bezug auf das Maschinengestell 8 auf.
Es entstehen deshalb keine Horizontalkräfte auf das Maschinengestell. Dies ist besonders
für den Einbau einer solchen 'Maschine in ein Fahrzeug sehr wichtig.
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Von den Wellen der Zahnräder 30' und 3o1 können mit Vorteil Hilfsaggregate,
wie Kühlwasserpumpen, Elektrogeneratoren, Ventilatoren usw., angetrieben werden.
Dabei ist es zweckmäßig, diesen Wellen durch geeignete Wahl ihrer Zahnraddurchmesser
höhere Drehzahlen als der Brennkraftmaschine zu erteilen.
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Die von den Ladeluftpumpen in den Raum ig geförderte Ladeluft kann,
außer zur Ladung der Brennkraftzylinder i', il usw., ebenfalls auch als Ansaugeluft
für die Zusatzluftpumpe dienen, so daß die Ladepumpe zugleich die erste Stufe der
Zusatzluftpumpe bildet. Wird diese Zusatzluftpumpe an einem Stirnende der Brennkraftmaschine
angeordnet, so kann der Übertritt der Ladeluft aus dem Sammelraum ig in die Zusatzluftpumpe
durch in der Stirnseite des Maschinengestells selbst angeordnete Öffnungen 31 erfolgen,
so daß außerhalb der Brennkraftmaschine liegende Luftleitungen entbehrt werden können.
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In Fig. 3, rechts, erkennt man den Zylinder i', den Kolben 2' und
die Kolbenstange 3' eines Brennkraftzylinders. Man sieht dort auch das hier zentral
angeordnete Brennstoffventil 53'; ferner den Ladeluftpumpenkolben 5' und seinen
Kreuzkopf 4 sowie die Schubstange 7' und die Kurbelwelle 6. Neben dem geschnittenen
Zlinder i' sieht man beim Zylinder i" einen Schnitt' durch die Zusatzluftleitung
22 sowie durch die Schieber 21 bzw. 2i'. Es sind hier pro Zylinder zwei in der Achsrichtung
der Maschine hintereinanderliegende Schieber 21, bzw. 21' angeordnet.
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Handelt es sich um eine Maschine nach Fig. 2, so kann jeder dieser
zwei Kolbenschieber zwei quer zur Kurbelwelle angeordnete Brennkraftzylinder i'
und il bedienen. Die zwei Kolbenschieber 21 und 21' bedienen dann also zwei Brennkraftzylinder.
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Beim Zvlinder i" sind die Kolbenschieber 21 und 21' in einer gehobenen
Lage gezeichnet, so daß die Ladeluft von unten aus dem Raum ig zu den nicht gezeichneten
Einlaßventilen io' und iol übertreten kann. Beim Brennkraftzvlinder i"' sind die
Kolbenschieber 21 und 21' in einer tieferen Lage gezeichnet, so daß Zusatzluft aus
der Leitung 22 nach unten durch die Führung 24 und 24' zu den Einlaßventilen io'
und iol gelangt.
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Die Fig. 4 stellt die Draufsicht auf eine zweireihige Gasgeneratormaschine
mit sechzehn Brennkraftzylindern dar, von welchen je acht in einer Reihe angeordnet
sind und auf eine besondere Kurbelwelle treiben. i', i", ii"' , i"' ,, iiund isind
die Zylinder einer Reihe und il, i2, i3, i4, 1, 1s, i-, i, die Zylinder der zweiten
Reihe.
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An dem einen Stirnende der Brennkraftmaschine ist eine Zusatzluftpumpe
33 angebaut. Sie besitzt vier, vorzugsweise doppelt wirkende Zylinder, von denen
je zwei nebeneinander angeordnet sind und von der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschinenhälfte
angetrieben werden. Es können auch Zylinder in Tandem übereinander angeordnet sein.
Ihre Ansaugluft erhalten diese Zusatzpumpenzylinder, wie dies in Fig. 2 dargestellt
ist, aus dem Raum ig der Brennkraftmaschine mittels der Öffnungen 31. Ihre
Förderluft geben sie durch die Leitung 22 an die-Kolbenschieber 2i und 21' ab. Aus
dem Horizoxitalschnitt durch die zwei hinten gelegenen Zylinder i7, in bzw. i i"""",
bzw. durch die Zylinderdeckel 20, 20"""" sieht man, wie die Ladeluft und auch die
Zusatzluft durch die Kolbenschieber 21 und 21' zu den Einlaßventilen io' und iol
gelangt. Von diesen Ventilen, wie auch von den Auslaßventilen ii' und iil, sind
je zwei Stück pro Brennkraftzylinder vorgesehen. Die Auslaßventile ii' und iil geben
die Abgase beispielsweise durch die zwei Sammelleitungen 32 und 321 an die nicht
gezeichnete Gasturbine ab.
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Die Ableitung der Abgase zur Gasturbine wird vorteilhaft durch getrennt
voneinander, je auf der Außenseite der Brennkraftzylinder angeordnete Leitungen
vorgenommen.