<Desc/Clms Page number 1>
Drehkolbenbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine mit kreisendem Kolben, im Gehäuse zentrisch gelagerter Abtriebswelle und zu dieser im Gehäuse radial beweglich gelagerten Widerlagerschiebern, von denen einer in eine Verbrennungskammer des Drehkolbens eingreift und von deren spiralförmig ansteigender Steuerfläche entgegen der Wirkung einer Feder steuerbar ist, wogegen der andere Widerlagerschieber in eine Verdichtungskammer des Drehkolbens eingreift und das angesaugte Gasgemisch bei gleichzeitiger Verdichtung in eine im Gehäuse vorgesehene Vorkammer drückt, welche vom Drehkolben gesteuert wird.
Bei den bisher bekannten Drehkolbenmaschinen sind die Verbrennungskammer und die Verdichtungskammer aus der Kolbenmantelfläche ausgespart und die Zuführung des Gasgemisches und die Abführung der verbrannten Gase erfolgt ausschliesslich in radialer Richtung. Dadurch nimmt das frische Gasgemisch sehr viel Wärme vom Drehkolben bzw. von dem diesen umgebenden Gehäuse auf, ein Umstand, der sich auf die Leistung der Drehkolbenmaschine ungünstig auswirkt.
Um das Gasgemisch bzw. die zur Verbrennung erforderliche Luft möglichst gekühlt bis in den Verdichtungsraum zu führen und dadurch eine Verbesserung hinsichtlich der Auswertung der dem Kraftstoff innewohnenden Energie zu erzielen, wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Verdichtungskammer von der Kolbenmantelfläche zu entfernen und an einer Stelle des Drehkolbens anzuordnen, wo die Möglichkeit der Kühlung des Kraftstoffes möglich ist.
Gemäss der Erfindung wird dieser Vorschlag dadurch verwirklicht, dass die Verdichtungskammer gegenüber der über die eine Umfangshälfte des Drehkolbens reichenden Verbrennungskammer aus einem in der andern Kolbenhälfte des Drehkolbens aus dessen einer Stirnfläche in der Form eines Segmentes ausge- sparten Hohlraum mitschraubengangförmig ansteigender Steuerfläche für den Widerlagerschieber besteht,
wobei jeweils die Stufe der Verbrennungskammer mit der Endkante der Verdichtungskammer und deren Stufe mit der Endkante der Verbrennungskammer im wesentlichen an je einer gemeinsamen Erzeugenden der Kolbenmantelfläche liegen und die Kolbenstirnfläche an einer die Mündung eines Ansaugkanales und den in die Verdichtungskammer eingreifenden Widerlagerschieber in der Drehrichtung des Drehkolbens um einen Winkel versetzt aufweisenden Gehäusezwischenwand dicht anliegt, ober welcher in der hohlzylindrischen Gehäusewand eine in der Drehrichtung des Drehkolbens vor dem Widerlagerschieber liegende Mündung eines die Verdichtungskammer mit einer Vorverbrennungskammer des Gehäuses verbindenden Kanales angeordnet ist, welcher durch den der Verbrennungskammer zugeordneten Widerlagerschieber für den Durchgang des Gasgemisches steuerbar ist.
Eine solche Drehkolbenmaschine kann nicht nur nach dem Prinzip des Otto-Motors mit einer Zündkerze in der Vorverbrennungskammer als auch nach dem Prinzip des Dieselmotors mit einer Einspritzdüse in der Vorverbrennungskammer betrieben werden.
In den Zeichnungen ist eine erfindungsgemäss ausgebildete Drehkolbenbrennkraftmaschine in einer beispielsweisen Ausführungsform schematisch in den Fig. 1 - 12 dargestellt. Die Drehkolbenmaschine ist in Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt nach der Linie 1-1 der Fig. 3, in Fig. 2 im vertikalen Längsschnitt nach der Linie II-II der Fig. 3, in Fig. 3 in einem Querschnitt nach der Linie III-III der Fig. 2 und in Fig. 4 der Drehkolben im Schaubild veranschaulicht. Weiters ist die Drehkolbenmaschine in Fig. 5 im Querschnitt
<Desc/Clms Page number 2>
nach der Linie V- V der Fig. 2, in Fig. 6 im Querschnitt nach der Linie III- III der Fig. 2, in Fig. 7 im Querschnitt nach der Linie VII- VII der Fig. 2 und in Fig. 8 nach der Linie VIII- VIII der Fig. 7 dargestellt.
Die Fig. 9,10 und 11 zeigen den Steuerschieber 30 in drei verschiedenen Schnittebenen und die Fig. 12 veranschaulicht ein Teilstück eines geschnittenen Kolbenringes.
In einem im wesentlichen aus einem Hohlzylinder bestehenden Gehäuse 1 ist ein von einem zylindrischen Drehkolben 2 nahezu restlos ausgefüllter Hohlraum vorgesehen, der durch eine ringförmige Zwischenwand 3 von einem im Gehäuse tiefer liegenden segmentförmigen Hohlraum 4 getrennt ist, der späterhin als Ansaugraum bezeichnet ist. Das Gehäuse 1 ist unten im Bereich dieses Hohlraumes 4 halsartig verengt und zu einer Büchse 5 mit zwei axialen Druckkugellagern 6, 7 für die in ihr drehbar und gegen axiale Verschiebung gesichert sitzende Nabe 8 des zylindrischen Drehkolbens 2 geformt.
Diese Nabe 8 ist hohl und ragt unten vor das Gehäuse 1 vor. Sie trägt an diesem Ende ein Schwungrad 9. Der Drehkolben 2 kann von oben in den Gehäuseraum eingeführt und durch ein weiteres seine Nabe 8 umfassendes Kugellager 10 in einem das Gehäuse l oben abschliessenden Deckel 11 drehbar gelagert werden. Dieser Gehäusedeckel 11 ist durch mehrere Schrauben 12 mit einem Flansch 13 des Gehäuses 1 gasdicht und fest, aber lösbar verbunden. Dieses Motorgehäuse 1 ruht auf einem Getriebegehäuse 14, das einen Ölsumpf 15 enthält. Von dem Zahnräderwechselgetriebe ist nur eine Welle 16 dargestellt, auf der ein Kegelzahnrad 17 befestigt sitzt, das in die Kegelradverzahnung 18 des Schwungrades 9 eingreift und so dessen Drehung auf die Welle 16 in einem wählbaren Verhältnis von z. B. 1 : 1 überträgt.
Auch das Motorgehäuse 1 ist an das Getriebegehäuse 14 angeflanscht und durch Schrauben 19 lösbar, aber fest verbunden.
Die Besonderheit dieser Drehkolbenmaschine liegt darin, dass der Drehkolben 2 in jeder Kolbenhälfte eine Kammer besitzt, von denen die eine als Verbrennungskammer 20 aus der einen Umfangshälfte des Drehkolbens 2, die andere aus dessen einer Stirnfläche 28 in Form eines Segmentes als Verdichtungskammer 21 ausgespart ist, u. zw. so, dass eine Stufe 22 der Verbrennungskammer 20 mit der Endkante 27 der Verdichtungskammer 21 und deren Stufe 23 mit der Endkante 26 der Verbrennungskammer 20 im wesentlichen an je einer Erzeugenden der Kolbenmantelfläche liegen.
Beide an den Kolbenaussenflächen liegenden Kammern 20 und 21 werden einerseits durch die Innenfläche des hohlzylindrischen Gehäuses 1 bzw. durch die dem Drehkolben zugewendete Fläche 28 einer Zwischenwand 3 des Gehäuses 1 nach aussen abgeschlossen.
Wesentlich ist dabei, dass sowohl die Verbrennungskammer 20 als auch die Verdichtungskammer 21 eine von dem Grund einer Stufe 22 bzw. 23 weg allmählich ansteigende und in die Kolbenaussenfläche auslaufende Steuerfläche 24 bzw. 25 besitzt. Die aus der Kolbenmantelfläche ausgesparte Verbrennungskammer 20 hat ein sichelförmiges Längsprofil und weist eine spiralartig bis zu einer Endkante 26 verlaufende Steuerfläche auf, wogegen die aus der Kolbenstirnfläche ausgesparte Verdichtungskammer 21 eine schraubengangförmig bis zur Endkante 27 verlaufende Steuerfläche 25 besitzt und daher ein keilförmiges Längsprofil zeigt.
Jeder der beiden Kammern 20 und 21 des Drehkolbens 2 ist ein Widerlagerschieber 30 bzw. 31 zugeordnet, welche zwar in einer gemeinsamen nach der Längsachse der Abtriebswelle 71 ausgerichteten Radialebene im Gehäuse 1 angeordnet, aber senkrecht zu den Steuerflächen 24 und 25 der Verbrennungskammer 20 und der Verdichtungskammer 21 bewegbar gelagert sind. Der der Verbrennungskammer 20 zugeordnete Widerlagerschieber 30 ist in einem zum Drehkolben radial ausgerichteten Kanal 32 gasdicht beweglich geführt und steht durch sein Druckglied 33 inständiger Berührung mit dem einen Hebelarm eines zweiarmigen Hebels 34, der um einen ortsfesten Bolzen 35 schwenkbar ist.
Dieser Hebel 34 wird an seinem zweiten Hebelarm von einer Feder 36 belastet, die das Bestreben hat, den Widerlagerschieber 30 mittels des Hebels 34 dauernd gegen die Umfangsfläche des Drehkolbens 2 bzw. gegen die spiralförmig verlaufende Steuerfläche 22 der Verbrennungskammer 20 zu drücken.
Dieser Widerlagerschieber 30 hat einen Querkanal 37, der bis zum Zündzeitpunkt mit einem im Gehäuse 1 ausgesparten Gaskanal 38, 39 zum Teil oder zur Gänze zur Deckung kommt, dessen Kanalstück 38 winkelig ausgebildet ist und im Bereich der Verdichtungskammer 21 des Drehkol-
EMI2.1
der Hohizylinderfläche des Gehäuses l knapp vor dem Widerlagerschieberwogegen das Kanalstück 39 in eineVorverbrennungskammer 40 mündet, die durch einen ausschliess- lich von der zylindrischen Mantelfläche des Drehkolbens 2 gesteuerten Einströmkanal 41 während der Kolbenumdrehung einmal vorübergehend mit dem Verbrennungsraum 20 in direkte Verbindung kommt.
Die Mündung des Kanales 38 in den Hohlzylinderraum ist mit 53 bezeichnet.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
<Desc/Clms Page number 4>
Die Schmierung sämtlicher Flächen des Drehkolbens 2 und der Schieber 30, 31 erfolgt durch eine Druckumlaufschmierung, bei der das Schmieröl vor allem auch als Kühlmittel Anwendung findet und daher auch mit beschleunigter Geschwindigkeit über einen nicht dargestellten Ölkühler in Umlauf versetzt wird. Zu diesem Zweck ist im Hohlraum 8a der Nabe 8 des Drehkolbens 2 ein im Durchmesser gegenüber diesem Nabenhohlraum 8a wesentlich kleineres Ölleitrohr 71 zentrisch eingesetzt, das mit seinem oberen Ende in der Bohrung eines Angusses 72 einer auf dem Gehäusedeckel 11 befestigten Deckplatte 73 festsitzt und daher gegen Drehung gesichert in die Nabe 8 des Drehkolben.'2 hineinragt.
Das untere Ende dieses Ölleitrohres 71 reicht in eine zentrische Ausnehmung 74 des Schwungrades 9 hinein, das eine mit der lichten Weite des Ölleitrohres 71 übereinstimmende durchgehende Axialbohrung 75 besitzt.
Das Ölleitrohr 71 hat knapp unterhalb der Deckplatte 73 mehrere radiale Bohrungen 76 und gleich darunter in seinem Kanal einen Verschlusspfropfen 77, durch welchen das durch oben durch eine Zuleitung 78 zuströmende Schmieröl in den Hohlraum 8a des Drehkolbens 2 eindringen kann, um diesen zu bespülen und dadurch zu kühlen. DerNabenhohlraum 8a ist demgemäss auch gross bemessen, um möglichst viel Kühl- und Schmiermittel dem Drehkolben zuzuführen. Am unteren Ende des Ölleitrohres 71 sind wieder radiale Bohrungen 79 vorgesehen, durch welche das Öl durch die zentrale Boh- rung des Schwungrades ins Getriebegehäuse 14 abfliessen kann.
Im Ölsumpf 15 ist eine Pumpe (nicht dargestellt) angeordnet, die z. B. von der Welle 16 angetrieben werden kann und mit dieser über ein Übersetzungsgetriebe in Drehungsverbindung steht. Diese Pumpe fördert das flüssige Schmier- und Kühlmittel über einen Kühler hoch, von wo es eventuell im Fallstrom durch die Zuleitung 78 in das Ölleitrohr 71 gelangt. Das flüssige Kühl- und Schmiermittel steht daher im Nabenhohlraum 8a des Drehkolbens 2 unter einem gewissen Druck, der noch durch die Zentrifugalwirkung gesteigert wird, so dass alle Spalte und radialen Schmierkanäle 80, 81, 82 des Drehkolbens und seiner Lager ausreichend mit Schmier- und Kühlmittel versorgt werden.
Die Wirkungsweise der Verbrennungskraftmaschine ist folgende : Angenommen der Drehkolben 2 befindet sich in der Lage gemäss Fig. 6. In dieser Drehlage des Drehkolbens wird seine Stufe 22 von den aus der Vorverbrennungskammer 40 unter Druck ausströmenden Verbrennungsgasen im Drehungssinne druckbeaufschlagt und auf diese Weise der Arbeitstakt abgewickelt. Gleichzeitig findet aber in dem vor dem Widerlagerschieber 30 liegenden Teil des Verbrennungsraumes der Auspuff der beim vorgehenden Arbeitstakt verbrauchten Verbrennungsgase statt. Die spiralförmige Steuerfläche 24 des Verbrennungs- raumes drängt die Verbrennungsgase im Zusammenwirken mit dem Widerlagerschieber 30 nach aussen durch die Auspufföffnungen 69 und die Auspuffleitung 70 ab.
Aus der Fig. 6 ist noch zu ersehen, dass bei der dargestellten Drehlage des Drehkolbens die Verdichtungskammer 21 mit ihrer radialen Stirnfläche 23 die Durchströmöffnung 68 der Zwischenwand 3 bereits überschritten hat, so dass während der ganzen Periode des Arbeitstaktes frisches Luft-Brennstoffge- misch in den Verdichtungsraum 21 einströmt. Da die Verdichtungskammer luftleer war, also ein gewisses Vakuum enthält, findet das Einströmen des Luft-Brennstoffgemisches infolge des Druckunterschiedes sehr lebhaft statt.
Am Ende des Arbeitshubes hat die Steuerfläche 24 der Verbrennungskammer 20 den Widerlagerschieber 30 vollständig nach aussen abgedrängt, so dass die expandierenden Verbrennungsgase die ganze Verbrennungskammer 20 des Drehkolbens einnehmen und die Verdichtungskammer mit ihrer Endkante 27 die Durchströmöffnung 68 für das frische Luft-Brennstoffgemischbereits überschrit- ten hat. Damit haben der Arbeitstakt und der Ansaugtakt gleichzeitig nach Ablauf einer halben Umdrehung des Drehkolbens ihr Ende gefunden.
Während der nächsten halben Drehung des Drehkolbens 2 findet die Verdichtung des angesaugten Gasgemisches in der Vorverbrennungskammer 40 und gleichzeitig der Auspuff der verbrannten Gase aus den Auspuffkanälen 69 statt. Die Fig. 5 zeigt diesbezüglich, dass in der Verdichtungskammer 21 das angesaugte Gasgemisch während der Drehung des Drehkolbens 2 im Bereiche des Winkels Ci gegen den Widerlagerschieber 31 gedrängt wird und dieser das Gasgemisch durch den Leitkanal 38,39 in die Vorverbrennungskammer 40 ableitet.
Dadurch, dass die Steuerfläche 25 schraubengangförmig verläuft, drückt diese das in der Verdichtungskammer vorhandene Gasgemisch fast restlos aus dem Verdichtungsraum hinaus, so dass dieser nach Überstreichen der Endkante 27 der Steuerfläche 25 wieder völlig gasfrei ist und ein Vakuum enthält. In dem Augenblick, in welchem die Endkante 27 der Steuerfläche 25 den Widerlagerschieber 31 passiert, erfolgt die Zündung des Gasgemisches in der Vorverbrennungskammer 40 mittels der den elektrischen Kontakt schliessenden Steuerstange 47.
Während dieses Kompressionstaktes hat die Steuerfläche 24 der Verbrennungskammer 20 die
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1