Kolbenbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine, welche gekennzeichnet ist durch zwei um eine gemeinsame Achse drehbare Träger, von denen der eine bogenförmige, mit dem Träger konzentrische Zylinder und der andere mit diesen Zylindern zusammenwirkende Kolben trägt, wobei die Träger gegenseitig um einen Hubwinkel schwenkbar sind, mit Zahnsegmenten versehen sind, von denen jedes um einen thberlappungswinkel grösser ist als 1800 weniger dem halben Hubwinkel und die abwechselnd mit Ausgangszahnrädern kämmen, die an einer Ausgangswelle der Maschine befestigt sind, und wobei die beiden Träger miteinander durch ein Getriebe verbunden sind,
welches eine Bewegung des gerade nicht mit seinem Zahnsegment mit dem betreffenden Ausgangszahnrad kämmenden Trägers gegenüber den anderen Träger in Drehrichtung um den Hubwinkel bewirkt.
Die Erfindung hat die Schaffung einer neuartigen Kolbenbrennkraftmaschine zum Ziel, welche einen ruhigeren Lauf bei geringerer Abnützung hat als die bisherigen Kolbenbrennkraftmaschinen, einen besseren Wirkungsgrad erreicht und gleichzeitig eine sauberere Verbrennung des verwendeten Brennstoffes ermöglicht.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Schnitt der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine im wesentlichen nach der Linie I-I in der Fig. 2,
Fig. 2 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie IIII in der Fig. 3,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-W in der Fig. 1,
Fig. 5 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie V-V in der Fig. 3 und
Fig. 6 ein Geschwindigkeitsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der die Hubbewegungen ausführenden Teile der Maschine.
Entsprechend der Darstellung in den Figuren, insbesondere der Fig. 1, ist in einem Gehäuse 1 eine Achse 2 befestigt. Um die Achse sind zwei Träger 3 und 4 drehbar, wobei sie auf der Achse 2 gelagert sind. Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind beide Träger 3 und 4 mit einer segmentförmigen Verzahnung 5 bzw. 6 versehen, welche zum abwechselnden Kämmen mit Ausgangszahnrädern 7 und 8 bestimmt ist, die an einer Ausgangswelle 10, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist, befestigt sind. Die Ausgangszahnräder dienen gleichzeitig als eine Art Schwungräder, wobei die Ausgangswelle 10 zur Abgabe der vom Motor gelieferten Leistung dient.
Am Träger 3 sind zwei Zylinder 11 und 12 befestigt, welche bogenförmig ausgebildet sind und mit den Trägern 3, 4 konzentrisch sind. Die Zylinder 11, 12, von denen der erste ein Kompressorzyiinder, der zweite ein Arbeitszylinder ist, wirken mit ebenfalls bogenförmigen Kolben 13, 14 zusammen, die am Träger 4 befestigt sind, Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, sind beide Träger 3 und 4 um einen Hubwinkel a, der im vorliegenden Falle 24 beträgt, gegenseitig schwenkbar. Die Länge der Verzahnungen 5 und 6 ist um ein geringes Mass grösser als 1800 weniger die Hälfte des Hubwinkels a, d. h. 120.
Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, schliessen sich an diese Längen noch kurze Abschnitte mit einem Winkel ss an, welche eine Überlappung gewährleisten sollen, wenn die Verzahnung 5 das Ausgangszahnrad 7 verlässt und die Verzahnung 6 auf das Ausgangszahnrad 8 aufläuft. Der Winkel der Verzahnungen 5,6 beträgt somit 1800- , 2+2ss.
Die beiden Träger 3 und 4 sind jeder mit einem Getriebe versehen, welches gewährleistet, dass der Träger, welcher sich ausserhalb des kämmenden Eingriffes mit der Verzahnung des betreffenden Ausgangszahnrades 7 bzw. 8 befindet, gegenüber dem anderen Träger eine voreilende Bewegung um den Hubwinkel Cl ausführt.
Beim dargestellten Beispiel enthält dieses Getriebe je ein in einem der Träger 3,4 gelagertes Zahnrad 20, das an einer Welle 21 befestigt ist, die in einem Lager 22 des Trägers 3 oder 4 gelagert ist. Das Zahnrad 20 kämmt mit einem Zahnsegment 23, welches eine Innenverzahnung aufweist und am anderen Träger 3 bzw. 4 befestigt ist. Das Zahnrad 20 bzw. die Welle 21 ist mit einem Hebel 24 versehen, an dessen Ende eine Rolle 25 drehbar gelagert ist, die entlang der Nockenbahn eines Nockens 26 geführt ist. Am dem Hebel 24 entgegengesetzten Ende der Welle 21 ist ein Zahnrad 27 befestigt, das mit einem auf der Achse 2 drehbar gelagerten Zahnrad 28 kämmt. Das Zahnrad 28 ist mit der Achse 2 durch einen Freilauf 30 verbunden, welcher derart angeordnet ist, dass er in einer zur Drehrichtung der Träger 3, 4 entgegengesetzten Richtung sperrt.
Die Nockenbahn des Nockens 26 ist so ausgebildet, dass jeweils, wenn die Verzahnung 5 oder 6 des betreffenden Trägers 3 bzw. 4 die Verzahnung des Ausgangszahnrades 7 bzw. 8 verlässt, der betreffende Träger 3 oder 4 von der Grunddrehzahl der Maschine, die durch die Drehzahl der Welle 10 gegeben ist, auf eine höhere Drehzahl beschleunigt wird und dann wieder auf die Grunddrehzahl verzögert wird. Bei dieser Bewegung eilt der ausserhalb des Eingriffes mit der Verzahnung der Ausgangszahnräder befindliche Träger dem anderen Träger um den Hubwinkel a voraus. Der Verlauf der betreffenden Geschwindigkeiten bzw.
Drehzahlen ist im Diagramm in der Fig. 6 dargestellt.
In diesem Diagramm ist mit voller Linie der Verlauf der Drehzahl eines der Träger, z. B. des Trägers 3 dargestellt und mit strichpunktierter Linie der Drehzahlverlauf des anderen Trägers z. B. des Trägers 4. Während jeweils einer der Träger, welcher mit dem betreffenden Ausgangszahnrad 7 bzw. 8 mit der Grunddrehzahl n läuft, wird die Drehzahl des anderen Trägers auf den Wert n1 beschleunigt und darauf wieder verzögert.
Der Ablauf dieser Bewegung ist dabei mit der Hilfe des Nockens 26 so gewählt, dass durch die Beschleunigung bzw. die höhere Drehzahl n1 der schneller bewegte Träger nach ungefähr einer halben Umdrehung gegenüber dem anderen Träger um den Hubwinkel CL in der Drehrichtung nach vorne bewegt wird, so dass beide nach dieser Bewegung in die in den Fig. 3 und 4 dargestellte überlappende Stellung kommen.
Das durch die Zahnräder 20, 27, 28, das Zahnsegment 23, den Hebel 24 und den Nocken 26 gebildete Getriebe ist so gewählt und dimensioniert, dass, wenn sich einer der Träger mit der höheren Drehzahl n1 bewegt, die Drehzahl bzw. die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnrades 27 genau so gross ist, dass sich das Zahnrad 27 auf dem Zahnrad 28 abwälzt, dessen Freilauf sich während dieses Zeitraumes in seiner sperrenden Stellung befindet.
Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass bei einer Expansion des Arbeitsmittels im Arbeitszylinder 12 der Nockenmechanismus mit dem Hebel 24 und dem Nocken 26 entlastet wird. Der betreffende Träger, z. B. der Träger 3 stützt sich bei der Übertragung des Drehmomentes auf die Ausgangswelle 10 direkt gegen den betreffenden Freilauf 30 ab.
Wie ebenfalls aus der Fig. 1 ersichtlich ist, arbeitet die vorliegende Kolbenbrennkraftmaschine als Heissluftmotor, welcher mit gasförmigem Brennstoff betrieben wird. Der in der Fig. 5 dargestellte Kolben 13 des Kompressorzylinders 11 ist hohl und hat an seinem äusseren Ende eine Öffnung 31, durch welche Luft aus der Umgebung angesaugt werden kann. Der Boden des Kolbens 13 ist mit einem Ventil 32 versehen, welches als Saugventil dient. Im Deckel des Zylinders 11 ist ein selbsttätig wirkendes Ventil 33 angeordnet, durch wel ches die im Zylinder 11 komprimierte Luft in eine Leitung 34 gefördert wird. Die Leitung 34 führt in einen Luftbehälter 35, welcher durch Leitungen 36 mit je einem Einwegventil 37 mit einem Wärmeaustauscher
38 verbunden ist. Der Wärmeaustauscher 38 enthält
Heizrohre 39, die über Einwegventile 40 in eine Heissluftkammer 41 münden.
Aus der Heissluftkammer 41 führt eine Leitung 42 in den Arbeitszylinder 12. In unmittelbarer Nähe des Arbeitszylinders 12 befindet sich in der Leitung 42 ein Einlassventil 43, welches mit der
Hilfe eines Gestänges 44 von einem Nocken 45 gesteuert wird. Gleichzeitig ist der Arbeitszylinder 12 mit einem Auslassventil 46 versehen, an welches sich eine Auslassleitung 47 anschliesst, die in eine Brennkammer 48 führt. Das Auslassventil 46 ist durch ein Gestänge 50 von einem Nocken 51 steuerbar.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, enthält die Brennkammer 48 Flammenöffnungen 52. In jede der Flammenöffnungen 52 mündet eine Gasdüse 53, wel che mit einer Bohrung 54 der Achse 2 in Verbindung steht. Der Bohrung 54 kann das zur Verbrennung dienende Gas aus einer beliebigen nicht dargestellten Quelle zugeführt werden.
Zur Verbesserung des Wärmeüberganges ist die Heissluftkammer 41 mit radialen Rippen 55 versehen, die einerseits von den Gasflammen angestrahlt werden, andererseits in den Luftraum der Kammer 41 führen.
Wie ebenfalls aus der Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich der Luftbehälter 35 und der Wärmeaustauscher 38 in einem zylindrischen Mantel 60, welcher am Träger 3 befestigt ist und gleichzeitig noch über schei bogenförmige Wände 61, 62 die auf der Achse 2 drehbar gelagert sind, abgestützt ist. Der Luftbehälter 35 und der Wärmeaustauscher 38 sind auf diese Weise zusammen mit dem Träger 3 drehbar. Die Brennkammer 48 ist hingegen an der unbeweglichen Achse 2 befestigt und führt daher keine Drehbewegung aus. Zur Abdichtung der Breunkammer 48 gegenüber der Trennwand 62, in welcher die Abluftleitung 47 mündet, ist eine Dichtung 63 vorgesehen.
Die aus der Brennkammer 48 durch die Flammen öffnungen 52 austretenden heissen Brenngase beheizen mit der Hilfe der Rippen 55 die Heissluftkammer 41 und strömen dann zwischen Schikanen 64, die abwechselnd an den Trennwänden 61 und 62 befestigt sind, nach aussen. Am äusseren Umfang des Mantels 60 sind im Bereich des Wärmeaustauschers 38 Öffnungen 65 ausgebildet, welche in einen durch seitliche Wände 66 mit Dichtungen abgeschlossenen Ringraum 67 führen. Der Ringraum 67 ist an einer geeigneten Stelle des Gehäuses 1 mit einem Abgasrohr 68 verbunden.
Im Betrieb wird im Kompressorzylinder 11 Luft aus der Atmosphäre auf einen Druck von ungefähr 10 Atmosphären komprimiert, mit welchem sie im Luftbehälter 35 gespeichert wird. Aus dem Luftbehälter 35 gelangt die komprimierte Luft im Arbeitstakt der Maschine, durch das Einlassventil 43 gesteuert, über das Einwegventil 37 in den Wärmeaustauscher 38, wobei sie nach einer Vorerhitzung in den Rohren 39 in der Heissluftkammer 41 eine Temperatur von ca.
600-700 C erreicht. Da die Erhitzung wegen der Einwegventile 37 und 40 im wesentlichen bei konstantem Volumen erfolgt, erreicht die Luft in der Heissluftkammer einen Druck von 40-50 Atmosphären.
Aus der Heissluftkammer 41 gelangt die erhitzte Luft in einer durch das Einlassventil 43 gesteuerten Weise durch die Leitung 42 in den Arbeitszylinder 12, in welchem sie unter Leistung von Arbeit entspannt wird. Die aus dem Arbeitszylinder 12 durch das Auslassventil 46 und die Auslassleitung 47 ausströmende Luft wird der Brennkammer 48 zugeleitet, wobei sie als noch immer stark erwärmte Brennluft verwendet wird, die den Brennvorgang unterstützt und insbesondere eine einwandreie Verbrennung ermöglicht.
Es versteht sich, dass die in den Figuren als Beispiel dargestellte Ausführung stark vereinfacht ist und nur zur Erläuterung der Erfindung dient. Die betriebsmässige tatsächliche Ausführung kann gegenüber der als Beispiel dargestellten Ausführung in verschiedener Weise ausgebaut werden. So können vorzugsweise mehr als nur ein einziger Kompressorzylinder und ein Arbeitszylinder verwendet werden, wobei die Zylinder an beiden Trägern 3 und 4 befestigt sein können. Der Brenner kann mit einer Zufuhr von sekundärer Luft versehen sein, wodurch verschiedene Regelmöglichkeiten gewonnen werden und insbesondere ein Start der Brennkraftmaschine erleichtert wird, da die Flammen der Brennkammer bereits bei stehender Maschine gezündet werden können.
Piston internal combustion engine
The invention relates to a reciprocating internal combustion engine, which is characterized by two supports rotatable about a common axis, one of which supports an arcuate cylinder concentric with the support and the other supports pistons which interact with these cylinders, the supports being mutually pivotable through a stroke angle Toothed segments are provided, each of which is an overlap angle greater than 1800 less than half the stroke angle and which mesh alternately with output gears which are attached to an output shaft of the machine, and the two carriers are connected to one another by a gear,
which causes a movement of the carrier, which is not meshing with the relevant output gear with its tooth segment, relative to the other carrier in the direction of rotation by the stroke angle.
The invention aims to create a novel piston internal combustion engine which runs more smoothly with less wear than the previous piston internal combustion engines, achieves better efficiency and at the same time enables cleaner combustion of the fuel used.
The invention is explained using an exemplary embodiment shown schematically in the drawing. It shows:
1 shows an axial section of the internal combustion engine according to the invention essentially along the line I-I in FIG. 2,
FIG. 2 shows a partial section essentially along the line IIII in FIG. 3,
3 shows a section along the line III-III in FIG. 1,
Fig. 4 is a section along the line IV-W in Fig. 1,
Fig. 5 is a partial section essentially along the line V-V in Figs
6 shows a speed diagram for explaining the function of the parts of the machine which execute the lifting movements.
According to the representation in the figures, in particular FIG. 1, an axle 2 is fastened in a housing 1. Two supports 3 and 4 are rotatable about the axis, whereby they are mounted on the axis 2. As can be seen in particular from FIGS. 3 and 4, both carriers 3 and 4 are provided with segment-shaped teeth 5 and 6, which are intended for alternating meshing with output gears 7 and 8 which are rotatable on an output shaft 10, which is rotatable in housing 1 is stored, are attached. The output gears also serve as a type of flywheel, the output shaft 10 serving to deliver the power supplied by the engine.
Two cylinders 11 and 12, which are arcuate and are concentric with the carriers 3, 4, are attached to the carrier 3. The cylinders 11, 12, of which the first is a compressor cylinder, the second a working cylinder, cooperate with likewise arcuate pistons 13, 14 which are attached to the carrier 4. As can be seen from FIG. 3, both are carriers 3 and 4 about a stroke angle a, which in the present case is 24, mutually pivotable. The length of the teeth 5 and 6 is slightly greater than 1800 less than half of the stroke angle a, i.e. H. 120.
As can be seen from FIG. 3, these lengths are followed by short sections at an angle ss, which are intended to ensure an overlap when the toothing 5 leaves the output gear 7 and the toothing 6 runs onto the output gear 8. The angle of the teeth 5.6 is thus 1800, 2 + 2ss.
The two carriers 3 and 4 are each provided with a gear, which ensures that the carrier, which is outside of the meshing engagement with the toothing of the output gear 7 or 8 concerned, executes a leading movement by the stroke angle Cl relative to the other carrier .
In the example shown, this transmission contains a gear 20 which is mounted in one of the carriers 3, 4 and which is fastened to a shaft 21 which is mounted in a bearing 22 of the carrier 3 or 4. The gear 20 meshes with a toothed segment 23 which has internal teeth and is attached to the other carrier 3 or 4. The gear wheel 20 or the shaft 21 is provided with a lever 24, at the end of which a roller 25 is rotatably mounted, which is guided along the cam track of a cam 26. At the end of the shaft 21 opposite the lever 24, a gear 27 is fastened, which meshes with a gear 28 rotatably mounted on the axis 2. The gear 28 is connected to the axle 2 by a freewheel 30, which is arranged such that it locks in a direction opposite to the direction of rotation of the carriers 3, 4.
The cam track of the cam 26 is designed so that when the toothing 5 or 6 of the respective carrier 3 or 4 leaves the toothing of the output gear 7 or 8, the respective carrier 3 or 4 from the base speed of the machine, which is caused by the Speed of the shaft 10 is given, is accelerated to a higher speed and then decelerated again to the basic speed. During this movement, the carrier which is outside of the engagement with the toothing of the output gears leads the other carrier by the stroke angle α. The course of the relevant speeds or
The speed of rotation is shown in the diagram in FIG.
In this diagram, the course of the speed of one of the carriers, z. B. the carrier 3 and shown with a dash-dotted line the speed curve of the other carrier z. B. of the carrier 4. While one of the carriers, which runs with the relevant output gear 7 or 8 at the base speed n, the speed of the other carrier is accelerated to the value n1 and then decelerated again.
The sequence of this movement is selected with the help of the cam 26 so that the acceleration or the higher speed n1 moves the faster moving carrier after approximately half a revolution with respect to the other carrier by the stroke angle CL in the direction of rotation, so that both come into the overlapping position shown in FIGS. 3 and 4 after this movement.
The gear formed by the gears 20, 27, 28, the tooth segment 23, the lever 24 and the cam 26 is selected and dimensioned so that when one of the carriers moves at the higher speed n1, the speed or the peripheral speed of the Gear 27 is exactly so large that the gear 27 rolls on the gear 28, whose freewheel is in its blocking position during this period.
This design ensures that the cam mechanism with the lever 24 and the cam 26 is relieved of pressure when the working medium in the working cylinder 12 expands. The carrier in question, e.g. B. when the torque is transmitted to the output shaft 10, the carrier 3 is supported directly against the freewheel 30 concerned.
As can also be seen from FIG. 1, the present piston internal combustion engine works as a hot air motor which is operated with gaseous fuel. The piston 13 of the compressor cylinder 11 shown in FIG. 5 is hollow and at its outer end has an opening 31 through which air can be sucked in from the environment. The bottom of the piston 13 is provided with a valve 32 which serves as a suction valve. In the cover of the cylinder 11 an automatically acting valve 33 is arranged through which the air compressed in the cylinder 11 is conveyed into a line 34. The line 34 leads into an air tank 35, which through lines 36 each with a one-way valve 37 with a heat exchanger
38 is connected. The heat exchanger 38 includes
Heating pipes 39 which open into a hot air chamber 41 via one-way valves 40.
A line 42 leads from the hot air chamber 41 into the working cylinder 12. In the immediate vicinity of the working cylinder 12 there is an inlet valve 43 in the line 42, which is connected to the
Is controlled by a cam 45 with the aid of a linkage 44. At the same time, the working cylinder 12 is provided with an outlet valve 46, to which an outlet line 47 connects, which leads into a combustion chamber 48. The outlet valve 46 can be controlled by a cam 51 by a linkage 50.
As can be seen from FIG. 1, the combustion chamber 48 contains flame openings 52. A gas nozzle 53 opens into each of the flame openings 52 and is connected to a bore 54 of the axis 2. The gas used for combustion can be fed to the bore 54 from any desired source, not shown.
To improve the heat transfer, the hot air chamber 41 is provided with radial ribs 55 which, on the one hand, are irradiated by the gas flames and, on the other hand, lead into the air space of the chamber 41.
As can also be seen from Fig. 1, the air tank 35 and the heat exchanger 38 are located in a cylindrical jacket 60 which is attached to the carrier 3 and at the same time still on arch-shaped walls 61, 62 which are rotatably mounted on the axis 2, is supported. The air tank 35 and the heat exchanger 38 are rotatable together with the carrier 3 in this way. The combustion chamber 48, however, is attached to the immovable axis 2 and therefore does not perform any rotary movement. A seal 63 is provided to seal the breech chamber 48 from the partition wall 62 in which the exhaust air line 47 opens.
The hot combustion gases emerging from the combustion chamber 48 through the flame openings 52 heat the hot air chamber 41 with the help of the ribs 55 and then flow outwards between baffles 64, which are alternately attached to the partition walls 61 and 62. On the outer circumference of the jacket 60, in the region of the heat exchanger 38, openings 65 are formed which lead into an annular space 67 closed by lateral walls 66 with seals. The annular space 67 is connected to an exhaust pipe 68 at a suitable point on the housing 1.
In operation, air from the atmosphere is compressed in the compressor cylinder 11 to a pressure of approximately 10 atmospheres, with which it is stored in the air tank 35. From the air reservoir 35, the compressed air reaches the heat exchanger 38 in the working cycle of the machine, controlled by the inlet valve 43, via the one-way valve 37, whereby after preheating in the tubes 39 in the hot air chamber 41 it has a temperature of approx.
600-700 C reached. Since the heating takes place essentially at a constant volume because of the one-way valves 37 and 40, the air in the hot air chamber reaches a pressure of 40-50 atmospheres.
From the hot air chamber 41, the heated air passes in a manner controlled by the inlet valve 43 through the line 42 into the working cylinder 12, in which it is relaxed while performing work. The air flowing out of the working cylinder 12 through the outlet valve 46 and the outlet line 47 is fed to the combustion chamber 48, where it is used as still strongly heated combustion air, which supports the combustion process and in particular enables perfect combustion.
It goes without saying that the embodiment shown as an example in the figures is greatly simplified and only serves to explain the invention. The actual operational design can be expanded in various ways compared to the design shown as an example. For example, more than just a single compressor cylinder and a working cylinder can be used, it being possible for the cylinders to be attached to both supports 3 and 4. The burner can be provided with a supply of secondary air, as a result of which various control options are obtained and, in particular, starting the internal combustion engine is facilitated, since the flames of the combustion chamber can be ignited while the machine is at a standstill.