DE744042C - Brennkraftmaschine mit Fluessigkeitskolben - Google Patents

Description

• Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskolben' Es ist bekannt, den Verbrennungsdruck von Brennkraftmaschinen auf eine Flüssigkeitssäule einwirken zu lassen und den so auf der Flüssigkeit ruhenden Druck über eine Turbine auszunutzen.
• Wenn, wie bisher versucht, dieser Gasdruck, der in Brennkraftmaschinen schlagartig entsteht, unmittelbar auf eine Flüssigkeit einwirkt, so wird diese durch Wirbelung zerrissen, so daß das Druckgas, ohne die Flüssigkeitssäule vollständig auszuschieben, durch diese hindurch aus der Düse ausströmen kann. Ein Teil der Flüssigkeit wird dabei drucklos mitgerissen. Es ist versucht worden, für solche Maschinen schwere Flüssigkeiten, wie z. B. Quecksilber, zu verwenden, jedoch handelt es sich hierbei z. B. um eine reine Flüssigkeitsturbine, bei der das herumgeschleuderte Quecksilber auf Grund seiner durch Fliehkraft erzeugten Spannung als Triebmittel wirken soll. Auch für die Abdichtung von Gasdruckräumen, ähnlich wie man sie bei Gasometern kennt, ist das schwere Quecksilber vorgeschrieben worden. Alle diese Voraussetzungen treffen bei der vorliegenden Erfindung jedoch nicht zu.
• Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit Flüssigkeitskolben. Das erfinderische Neue besteht darin; daß der Verbrennungsdruck aus an sich bekannten Arbeitszylindern anstatt auf einen mit Schubstange beweglichen Kolben auf eine auf einer Flüssigkeitssäule schwimmende Schutzhülse derart .einwirkt, .daß die unter der - Schutzhülse stehende Betriebsflüssigkeit bei zunehmendem Druck im Arbeitszylinder durch eine unten am Arbeitszylinder angeordnete Ausströmdüse in ein Hochdruckturbinenrad ausgeschleudert wird. Der Höchstdruck: aus solchen Verbrennungen beträgt bei Ottomotoren etwa 35 bis 40 atü. Der Druck sinkt am Ende der Expansion bis auf 3 oder q. Atm. ab. Der mittlere Druck wird danach etwa 8 Atm. betragen. Dieser Druck entspricht einer Flüssigkeitssäule von 8o m Höhe, die auf ein Turbinenrad arbeiten soll-, Die Flüssigkeitsmenge ist dabei je nach Größe des Zylindervolumens verschieden. Auf dieser im Verbrennungszylinder stehenden Flüssigkeitsmenge schwimmt eine kolbenähnliche Schutzhülse, die lediglich die Aufgabe hat, das Zerwirbeln der Betriebsflüssigkeit, im vorliegenden Falle z. B. Öl, es können aber auch beliebige, nach :Möglichkeit spezifisch schwere Flüssigkeiten verwendet werden, wie z. B. Quecksilber, in dem Verbrennungsraum zu verhindern. Diese kolbenähnliche Schutzhülse trägt jedoch keinen Kolbenbolzen, ebensowenig ist eine Pleuelstange oder ein bei Brennkraftmaschinen sonst bekanntes Triebwerk vorhanden. Der Arbeitszylinder verjüngt sich vielmehr nach unten entsprechend den bei Flüssigkeitsturbinen bekannten Ausflußdüsen, derart, daß eine möglichst enge Austrittsöffnung (A.usströmdüse) für die im Zylinder vorhandene Flüssigkeit entsteht. Im Augenblick der Zündung gerät die Flüssigkeitssäule, unmittelbar belastet von der Schutzhülse, unter den entstehenden Verbrennungsdruck, im Höchstfall z. B. 35 Atm., bei Dieselmotoren entsprechend mehr, und mit diesem Druck strömt jetzt die Betriebsflüssigkeit durch die Düse in ein darunterliegendes Hochdruckturbinenlaufrad ein. Mit dem Turbinenrad gekuppelt ist eine Hochdruckpumpe, die die Betriebsflüssigkeit aus einem Sammelbehälter unter dem Laufrad wieder aufnimmt und in .den eben entleerten Zylinder über eine zweite, etwas oberhalb der Austrittsdüse gelegene Eintrittsöffnung wieder in den Zylinder zurückdrückt. Dabei wird ein nach dem Zweitaktverfahren oberhalb der Flüssigkeitssäule bzw. der Schutzkappe neu eingeladenes Verbrennungsgemisch durch den Förderdruck der Flüssigkeitspumpe bis zu einem gewünschten Verdichtungsdruck zusammengedrückt, worauf die nächste Zündung erfolgt. Dieses Verfahren arbeitet wechselweise in mindestens zwei oder mehreren Arbeitszylindern, derart, daß bei Ausströmung der Betriebsflüssigkeit aus einem Zylinder in das Turbinenrad der andere Zylinder mit Hilfe der Hochdruckpumpe wieder aufgefüllt wird. Mit Rücksicht hierauf entsteht aus einer oder mehreren Austrittsdüsen ein ununterbrochen in das Laufrad. eintretender Flüssigkeitsstrahl, der entsprechend den bekannten Vorrichtungen zur Regelung von Peltonrädern von außen, von Hand oder vom Regler beeinflußt werden kann. Die Regelung kann dabei' entweder in Hinsicht auf die Liefermenge oder in Hinsicht auf den Austrittsdruck aus der Düse beeinflußt werden. Zur Spülung und Aufladung nach dem Zweita.ktverfahren ist dabei in bekannter Weise mit der Welle des Turbinenrades ein Gebläse gekuppelt, welches die nötige Luftmenge für das Arbeitsverfahren liefert. Das aus der Turbine ausgetretene Betriebsmittel wird gegebenenfalls über Filter und Kühler geleitet, ehe es zum nächsten Arbeitstakt wieder in den Zylinder zurückgedrückt wird. Die Abdichtung :der Schutzhülse gegenüber dem Zylinder kann derart erfolgen, daß, wie in bekannter Weise bei Brennkraftmaschinen %ölbenringe verwendet werden, sie kann auch derart erfolgen,, daß in der Zyhnderlaufbahn geeignete, für Flüssigkeitsabdichtung an sich bekannte Manschettenringe aus einem dehnbaren Stoff eingesetzt sind, die eine genaue Abdichtung der Betriebsflüssigkeit gegen den Verbrennungsraum herlxiführen. Eine Maschine nach dieser Bauart hat den Vorteil, daß keine Querkräfte im Arbeitszylinder auftreten, daß die Hülsengeschwindigkeit über den ganzen Weg sich nur entsprechend dem abnehmenden Verbrennungsdruck, den Austrittswiderständen des Betriebsmittels und den Beschleunigungen ausbildet, während die unregelmäßigen Geschwindigkeiten eines durch Kurbel betriebenen Kolbens wegfallen. Es entsteht der weitere Vorteil, daß eine Arbeitsmaschine nach dieser Bauart von innen und außen, hauptsächlich aber von innen, durch das Betriebsmittel, welches in verhältnismäßig großer Menge vorhanden ist, wirkungsvoll gekühlt wird, so daß die Abdichtungshülse viel dichter im Arbeitszylinder auch ohne Verwendung von Kolbenringen geführt werden kann und eine viel höhere Gasdichte und damit ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird. Eine Maschine nach dieser Bauart wird, wenn sie z. B. als Betriebsflüssigkeit Öl verwendet, nirgends besondere Schmierung oder eine schwierige Lagerung verlangen, so daß auch in bezug auf die Betriebszuverlässigkeit ein wesentlicher Fortschritt entsteht. Die Absperrhülse zwischen der Betriebsflüssigkeit und dem Verbrennungsraum kann außerordentlich leicht ausgebildet werden, da sie mit dem ganzen Boden auf dem Betriebsmittel aufliegt, so daß die hin und her gehenden Massen sehr verringert werden können, woraus sich wieder eine hohe Elastizität und Regelbarkeit bei hohem Beschleunigungsvermögen ergibt. Die Regelbarkeit wird dadurch erreicht, daß, wie bei normalen Brennkraftrnaschinen, die Füllung im Verbrennungsraum durch Drosselung geändert wird, so daß der mittlere Druck auf die Flüssigkeitsschutzhülse sinkt. Außerdem ist es aber möglich, bei voller Leistung im Verbrennungsraum den Austrittsstrahl in die Hochdruckturbine durch ein geringes Ausschwenken aus der genauen Tangente über der Eintrittsrichtung nach außen derart zu führen, daß ein Teil ;der Austrittsflüssigkeit am Laufrad vorbeigeht. Dadurch wird eine geringere Leistung auf das Laufrad übertragen. Endlich ist es aber möglich, durch Veränderung .des Austrittsquerschnittes der Druckflüssigkeit während des Betriebes die Austrittsgeschwindigkeit zu verändern, wobei diese Regelbarkeit einer unn littelbaren Drehmomentenänderung entspricht. Im Sinne der bei Fahrzeugmotoren bereits bekannten Flüssigkeitsgetriebe wird. hierdurch ohne Verwendung irgendwelcher Stufenschaltung in sehr weiten Grenzen eine Änderung des Drehmomentes an dem Turbinenlaufrad erreicht. Das ist für Fahrzeugantriebe von außerordentlicher Wichtigkeit. Die ganze Bauart wird klein, gedrungen, wesentlich kleiner als heute bekannte Antriebsmotoren, so daß eine weitgehende Ver-Wendung für solche Maschinen möglich erscheint.
• In der Zeichnung in Abb. i ist ein Arbeitsraum A mit Schutzhülse B, Abdichtung C, Kühlungsanordnung D und E, Auspuff Fund Austrittsdüse G und H dargestellt.
• Die Abb. z zeigt eine Seitenansicht der Anordnung von dem Arbeitszylinder, Laufrad und Flüssigkeitsbehälter, aus welchem die gegenseitige Anordnung zu erkennen ist. 7 und l, sind dabei die beiden Arbeitszylinder, K ist das Hochdruckturbinenrad mit seiner Lagerung, 11I ist der Flüssigkeitsfangbehälter.
• In Abb.3 ist eine Gesamtanordnung gezeigt, bei welcher außer dem Laufrad K die Ölpumpe N, das Gebläse O, der Filter P, .der Kühler O und die Arbeitsmaschine R zu erkennen sind. Hinter dem Kühler liegt der Windflügel S, der über den Antrieb z. B. des Räderpaares T, der Welle U und den Riemensatz V angetrieben wird. Die sämtlichen Teile sind gemeinsam auf der Grundplatte W montiert.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Brennkraftma.schine mit Flüssigkeitskolben, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsdruck aus einem an sich bekannten Arbeitszylinder anstatt auf einen mit Schubstange beweglichen Kolben auf eine auf einer Flüssigkeitssäule schwimmende Schutzhülse derart einwirkt, daß die unter der Schutzhülse stehende Betriebsflüssigkeit bei zÜnehrnendem Druck im Arbeitszylinder durch eine unten am Arbeitszylinder angeordnete Ausströmdüse in ein Hochdruckturbinenrad ausgeschleudert wird. z.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsflüssigkeit .durch eine sehr eng eingepaßte, mit dem Zylinder gleichmäßig in Temperatur und Dehnung gehaltene Schutzhülse gegenüber dem Verbrennungsraum mit Hilfe von elastischen und durch die Betriebsflüssigkeit gut gekühlten Hochdruckdichtungen derart genau abgesperrt wird, daß ein Übertritt der Betriebsflüssigkeit in den Verbrennungsraum mit Sicherheit vermieden wird.
3. 3. Brennkraftmaschine nach Anspruch i und a, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsflüssigkeit als ausschließliches Kühlmittel, und zwar durch Innen- und Außenkühlung des Verbrennungsraumes benutzt wird und nach Austritt aus der Hochdruckturbine über einen Kühler zum Arbeitsraum zurückgeführt wird.
4. 4. Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betriebsflüssigkeit besondere schwere Flüssigkeiten, z. B. Quecksilber, verwendet werden.
5. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 4 mit einer nach denn Zweitaktverfahren betriebenen Brennkraftmaschine, die in jedem Zylinder einen ununterbro: chenen Hin- und Rücklauf der Betriebsflüssigkeit ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühl- und Ladeluft entweder vor Eintritt in den. Verbrennungsraum als Kühlmittel über den Kühler .der Betriebsflüssigkeit oder als Kühlmittel über die Oberfläche des Verbrennungsraumes gezogen wird.
6. 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maschine nach dieser Anordnung mit Brennstaub betrieben wird, z. B. mit Kohlenstaab. Zur Abgrenzung .des Anmeldungsgegenstandes vom Stand :der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften . . : . Nr. 426 oog, 276 583, 348152, 2-79753, 354488, 533 541; französische Patentschrift .. Nr. 46q.785.