DE1149941B - Drehkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Drehkolben-Brennkraftmaschine

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DE1149941B
DE1149941B DEF21215A DEF0021215A DE1149941B DE 1149941 B DE1149941 B DE 1149941B DE F21215 A DEF21215 A DE F21215A DE F0021215 A DEF0021215 A DE F0021215A DE 1149941 B DE1149941 B DE 1149941B
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DE
Germany
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cylinder
internal combustion
combustion engine
rotary piston
piston internal
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Pending
Application number
DEF21215A
Other languages
English (en)
Inventor
Otto Fahl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OTTO FAHL
Original Assignee
OTTO FAHL
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Publication date
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Publication of DE1149941B publication Critical patent/DE1149941B/de
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/356Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F01C1/3562Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Drehkolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit in Zylindern umlaufenden Kolben, die über Dichtungsscheiben mit der gemeinsamen Welle verbunden sind.
  • Es sind bereits derartige Drehkolbenmotoren bekannt, bei denen die Zuführung eines Betriebsmittels durch den Kolben erfolgt. Der Drehkolben gleitet mit seiner Dichtungsfläche an den Zylinderwandungen entlang und muß hier irgendwie geschmiert werden (gleitende Reibung).
  • Die Aufgabe, die die Erfindung lösen soll, wird darin gesehen, bei derartigen Drehkolben-Brennkraftmaschinen den Drehkolben gegenüber der Zylinderwand ohne Berührung abzudichten, so daß bei der Abdichtung keine gleitende Reibung entsteht.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an dem der Zylinderwand am nächsten liegenden Teil des Kolbens Ausströmöffnungen für ein Mittel, z. B. einen gas- oder dampfförmigen Stoff, ausgebildet sind, das über die Dichtungsscheiben dem Kolben zugeführt wird und dessen Ausströmrichtung der sonst in den Zylinder eintretenden Ladung während der ganzen Umdrehung entgegengesetzt gerichtet ist.
  • Die Ausströmrichtung des herausgedrückten Mittels verläuft dabei vorteilhafter Weise annähernd tangential gegen die Zylinderwände. Hierdurch wird eine Drehkolben-Brennkraftmaschine geschaffen, die durch besondere Dichtungs- und Isoliermittel durch die gesamte Anordnung der einzelnen Zylinder und die Form der Kolben bei höchster Leistung, bezogen auf Gewicht und Preis, den denkbar größten Gesamtwirkungsgrad, insbesondere bei großen Leistungseinheiten erzielt.
  • Durch die Erfindung wird der Vorteil erreicht, daß es erstmalig möglich ist, Motoren herzustellen, bei denen die Zylinderwandung und die Kolbenflächen nicht glatt geschliffen sein müssen, um eine geringe Reibung. zu erhalten. Nach der Erfindung können die Zylinderwand und der Kolben in seinen sich gegenüberstehenden Flächen rauh sein, also auch wegen der Wärmeausdehnung bei großen Durchmessern mehrteilig ausgebildet sein. Die Flächen können also auch aus Beton oder Fels bestehen. Das zur Verwendung gelangende Dichtungsmittel, z. B. Druckluft, gestattet dies.
  • In der gleichen Weise kann das gesteuerte, den wirksamen Zylinderraum einseitig begrenzende Absperrorgan (Schieber) an den dem umlaufenden Kolben gegenüberliegenden Flächen Ausströmöffnungen für ein Dichtungsmittel besitzen. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch den Zylinder mit Drehkolben senkrecht zur Drehachse, Fig.2 einen Schnitt durch den Zylinder in der Achsrichtung und Fig.3 einen Teilschnitt durch die Zylinderwand senkrecht zur Drehachse.
  • In den Figuren ist 1 die äußere und 2 die innere Zylinderwand. In der inneren Zylinderwand sind radiale Spalte vorhanden, in denen sich kreisrunde Dichtungsscheiben 3 befinden. Diese sitzen auf der Welle 4 und tragen die Kolben 5. Das den wirksamen Zylinderraum einseitig begrenzende Absperrorgan, der Schieber 6, wird mittels Nocken oder anderer geeigneter Übertragungsmittel direkt von der Welle 4 aus betätigt. Schieber und Kolben teilen den Zylinder in zwei Abteilungen. 7 ist der Ein- und 8 der Auslaßkanal. Der Schieber 6 ist in der Zylinderwand in entsprechenden Führungen beweglich gelagert.
  • Die Fig. 1 stellt einen Arbeitszylinder schematisch dar, in dem sich der Kolben 5 in Pfeilrichtung bewegt. Die Dichtung zwischen Kolben und Zylinderwand erfolgt durch ein gegen seine Ladungs-Durchströmrichtung gerichtete Strömung eines Mittels, z. B. Gases oder Dampfes, wobei dieses Mittel durch die Welle 4, Dichtungsscheibe 3 und Kolben 5 bei der oder den Ausströmöffnungen 9 austritt. Eine Reihe von solchen Ausströmöffnungen ist über den ganzen Kolben verteilt (vgl. Fig. 2, rechts, Mitte). Ähnliche Ausströmöffnungen sind für den Schieber 6 vorgesehen, die jedoch in der Zeichnung weggelassen sind, um die Übersichtlichkeit nicht zu stören. Die allmählich auslaufende Form des Kolbens 5 hat den Zweck, ein gleichmäßigeres Drehmoment zu liefern, nämlich zur Zeit des höchsten Gasdruckes einen geringeren Zylinderquerschnitt zu erzielen. Die Rundung bei der Ausströmöffnung hat den Zweck, die Strömung des als Abdichtung vorgesehenen Gases durch eine glatte Umlaufströmung des im Zylinder vorhandenen Gases zu unterstützen. Das Abdichtungsgas kann etwa Brennstoff sein, so daß die gesamte erzeugte Strömung dichtend wirkt, während zugleich eine gute Durchwirbelung von Brennstoff und Verbrennungsluft erfolgt.
  • In Fig. 2 bedeutet 10 die Wälzlager, die die Welle im gleichen Abstand von der inneren Zylinderwand 2 halten. Um die Dichtung in den Spalten der inneren Zylinderwand und den Dichtungsscheiben 3 zu verbessern, sind besondere Wellenabdichtungen 11 vorgesehen.
  • Zwischen je zwei solchen Wellenabdichtungen entstehen Kammern, in die Preßluft, z. B. gekühlte Verbrennungsluft, eingeführt wird, z. B. aus dem Druckbehälter 12 über die Leitung 15. In diesen Kammern wird ein Druck aufrechterhalten, der etwa dem höchsten Druck in dem entsprechenden Zylinder gleichkommt. Dadurch ist es möglich, geschmierte Kolbenringe ähnlich den Dichtungsringen anzuwenden, da die kalte Luft in geringen Mengen aus den Kammern nach den Zylindern durchsickert, und nicht umgekehrt die heiße Zylinderluft nach außen, die dadurch eine ölgeschmierte Dichtung zerstören würde. Die zusätzliche Wellendichtung 11 bedeutet kaum eine größere Belastung für die Maschine, insbesondere wenn berücksichtigt wird, daß mit zunehmender Maschinengröße der Dichtungsspalt auf der Welle einfach linear zunimmt, während die Leistungsfähigkeit der Welle nahezu quadratisch wächst. Die in den Kammern befindliche Luft kühlt zugleich die darin untergebrachten Lager. Soweit nötig, kann ein Teil dieser Preßluft aus den Kammern auch als Verbrennungsluft in den Zylinder eingeführt werden. Dadurch steht genügend durchströmende Preßluft für die Lagerkühlung zur Verfügung.
  • Die hier beschriebene Brennkraftmaschine benötigt mindestens zwei Zylinder, einen für die Verdichtung und einen für die Arbeitsleistung. Aus praktischen Erwägungen sind drei Zylinder, nämlich ein Verdichtungs- und zwei hintereinandergeschaltete Arbeitszylinder gezeichnet.
  • In Fig. 2 ist der obere Zylinder der Verdichtungszylinder K, der mittlere der Arbeitszylinder HE für den Hochdruckteil und der untere der Arbeitszylinder NE für den Niederdruckteil.
  • Die Kolben 5 sind auf der Welle 4 versetzt, so daß die einseitige Fliehkraftwirkung ausgeglichen wird. Die Gase strömen nicht unmittelbar von Zylinder zu Zylinder, sondern erst durch das einwegig ausgebildete Auslaßventil 17 in Druckbehälter 12, 13. Die Einlaßventile 18, 19 für die Arbeitszylinder HE und NE sind gesteuerte Ventile.
  • Die Zylinderwände der Arbeitszylinder unterliegen keiner gleitenden Reibung durch Kolben oder Kolbenringe und benötigen dementsprechend keine starke Kühlung. Sie sind, wie Fig.3 zeigt, mehrschichtig ausgebildet. Die Innenschicht 20 ist eine z. B. mosaikartig zusammengesetzte Wand aus feuerfestem Werkstoff von großer Stoßfestigkeit, die mittels Bolzen 21 oder anderer geeigneter Mittel an einer zweiten, ebenfalls mosaikartigen, aber aus größeren Teilen zusammengesetzten Wand 22 befestigt ist, die aus einem geeigneten festen und wärmeisolierenden Stoff gefertigt ist und die ihrerseits an der Außenwand 23 des Zylinders befestigt ist. Diese nimmt die Zugkräfte auf und gewährleistet den Zusammenhalt für die ganze Maschine. Eine Rohrleitung 24 ist zwischen den Schichten eingebettet.
  • In den oberen Zylinder, den Verdichtungszylinder K, wird aus dem Druckbehälter 12, der mit einem Kühler 25 verbunden ist, über eine Leitung 14 durch Welle 4, Dichtungsscheibe 3 und Kolben 5 Öl eingespritzt, und zwar jeweils in den Zylinderteil, in dem gerade die Verdichtung erfolgt. Bereits während des Verdichtungsvorganges wird die Luft abgekühlt und somit eine nahezu isotherme Verdichtung erreicht. Wegen des Öls und der niedrigen Temperatur braucht hier nur eine einfache glatte Zylinderwand vorhanden zu sein, und die Abdichtung kann durch kolbenringähnliche Dichtungsstreifen erfolgen; die Dichtung kann aber auch ganz oder teilweise durch das in den Zylinder eingespritzte Öl erfolgen, nämlich im Sinne der Gegenströmung. Das Öl wird zusammen mit der Preßluft durch das Auslaßventi117 in den Druckbehälter 12 gedrückt, wo das Öl zum Kühler 25 abfließt und die Preßluft durch entsprechende Leitungen 16 in den Hochdruckarbeitszylinder, der zugleich Verbrennungsraum ist, gefördert wird.
  • Neben dem Auslaßventil 17 zum Druckbehälter 12 ist ein weiteres Einlaßventil 18 in der Ableitung zum Arbeitszylinder HE vorgesehen. Nach diesem Einlaßventil sind die Wandungen der Leitung 16 isoliert: Jede Wärmemenge, die dem verdichteten Gas von hier bis auf dem Weg in den Verbrennungsraum zugeführt wird, bedeutet vollwertige Arbeitsleistung. Ob ein Gas durch direkte Verbrennungswärme oder durch von außen zugeleitete Wärme erhitzt wird, bleibt sich in bezug auf Arbeitsleistung gleich. Das verdichtete, jedoch kalte Gas - reine Luft - nimmt seinen Weg nun nicht unmittelbar in den Arbeitszylinder, sondern umwandelt in Rohrleitungen 24 innerhalb der Isolierschicht der Zylinderwände den Zylinder, Schieber und Ventile und bringt die ohne diese Kühlung zu hoch durch Hitze beanspruchten Bauteile auf eine erträgliche Arbeitstemperatur herunter, sich dabei selbst erwärmend.
  • Aus dem mittleren, dem Arbeitszylinder HE strömt das stark entspannte Gas in den wärmeisolierten Druckbehälter 13 und von da durch 7a in den Niederdruckarbeitszylinder NE und nach vollendeter Entspannung und Abkühlung durch den Auslaß 8 ins Freie. Die Dichtung des Kolbens im Niederdruckarbeitszylinder NE kann durch Dichtungsstreifen und Ölschmierung erfolgen, wenn die Entspannung und somit Abkühlung im Hochdruckarbeitszylinder HE bereits genügend weit erfolgte. Anderenfalls kann sie in der Weise erfolgen, daß ein Teil des Gases oder alles Gas aus dem Behälter 13 nicht unmittelbar in den Zylinder strömt, sondern durch Welle 4, Dichtungsscheibe 3 und Kolben 5 in den Zylinder tritt und dabei durch die Ausströmungswirkung, unterstützt durch Düsen und gesteuerten Einlaßdruck für die einzelnen Düsen, eine genügende Dichtung bewirkt. Zu hoher Düsendruck ist dabei unbedeutend, da er größtenteils durch die Rückstoßkraft der Düsen ebenfalls Arbeit leistet.
  • Der Schieber 6 kann auch als eine Art sich um eine Achse drehende Klappe ausgebildet sein, wobei sich die Drehachse quer in der Zylinderaußenwand befindet, während ein Teil der Drehklappe in den Zylinder ragt und der andere sich in einer Ausbuchtung des Zylinders befindet. An dem gesamten Prinzip wird dadurch jedoch nichts geändert. Dichtungsgas kann hierbei durch die Ventilachse eingeführt werden.
  • Es ist auch möglich, daß die Welle fest mit dem Boden verankert ist, und die Lager befinden sich zwischen Dichtungsscheibe 3 und feststehender Welle. Die Dichtungsscheibe ist im Durchmesser stark vergrößert und damit auch der Abstand von Welle 4 zur inneren Zylinderwand 2. Die Kraftabnahme erfolgt von einem Zahnkranz am äußeren Umfang der Dichtungsscheibe.
  • Es ist möglich, den Raum für die Zylinder aus Fels zu sprengen und die Zylinderwände in Beton zu gießen. Die Dichtung zwischen Dichtungsscheibe und innerer Zylinderwand erfolgt bei dieser Ausführung durch Düsen am inneren Rand der inneren Zylinderwand.
  • Mit dieser Art Brennkraftmaschine können auch die schlechtesten Brennstoffe, etwa Teersand, und schiechteste Rohbraunkohle in grusartiger Form verbraucht werden.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehkolben-Brennkraftmaschine mit in Zylindern umlaufenden Kolben, die über Dichtungsscheiben mit der gemeinsamen Welle verbunden sind, dadurch .gekennzeichnet, daß an dem der Zylinderwand (1) am nächsten liegenden Teil des Kolbens (5) Ausströmöffnungen (9) für ein Mittel, z. B. einen gas- oder dampfförmigen Stoff, ausgebildet sind, das über die Dichtungsscheiben (3) dem Kolben (5) zugeführt wird und dessen Ausströmrichtung der Strömungsrichtung der sonst in den Zylinder eintretenden Ladung während der ganzen Umdrehung entgegengesetzt gerichtet ist.
  2. 2. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1., dadurch' gekennzeichnet, daß die Ausströmrichtung des Mittels annähernd tangential gegen die Zylinderwände (1 und 2) verläuft.
  3. 3. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gesteuerte, den wirksamen Zylinderraum einseitig begrenzende Absperrorgan (Schieber 6) an den dem umlaufenden Kolben (5) gegenüberliegenden Flächen Ausströmöffnungen für ein Mittel besitzt.
  4. 4.. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Kolben (5) über die Dichtungsscheiben (3) durch zusätzliche Wellendichtungen (11) verstärkt ist.
  5. 5. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zusammensetzen mehrerer strömungsgedichteter Kolben (5) auf einer gemeinsamen Welle (4) zwischen ihren Dichtungsscheiben (3) Wellendichtungen (11) vorgesehen sind, die ebenfalls strömungsgedichtet sind.
  6. 6. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kammern, die durch zwei benachbarte Wellendichtungen (11) gebildet sind, ein überdruck herrscht.
  7. 7. Drehkolben-Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern und Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Zylinder mit strömungsgedichteten Kolben (5) als Verdichter dient. B. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem aus dem Kolben (5) heraustretenden Mittel beaufschlagte Zylinderwand (2) aus mehreren Teilen (20 bis 23) zusammengesetzt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 473 785.
DEF21215A 1956-09-13 1956-09-13 Drehkolben-Brennkraftmaschine Pending DE1149941B (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4245597A (en) * 1977-10-20 1981-01-20 Thill Ernest M Split cycle heat engines
US5797366A (en) * 1996-11-01 1998-08-25 New Devices Engineering A.K.O. Ltd. Toroidal internal combustion engine
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CN102650233A (zh) * 2012-05-07 2012-08-29 黄革远 一种新型发动机

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2473785A (en) * 1945-03-15 1949-06-21 Edward C Cate Rotary combustion motor

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