DE1301616B - Rotatable internal combustion engine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine drehbar gelagerte Brennkraftmaschine, die mit radial zur Drehachse angeordneten Zylindern und freifliegend in diesen geführten Kolben ausgestattet ist, die infolge der bei der Drehung der Maschine einsetzenden Fliehkräfte das Brennstoffgemisch verdichten und den von den Verbrennungsgasen auf sie ausgeübten Druck hydrostatisch, gegebenenfalls auch pneumatisch auf eine nachgeschaltete Arbeits- oder Kraftmaschine übertragen.The invention relates to a rotatably mounted internal combustion engine, those with cylinders arranged radially to the axis of rotation and guided freely in them Piston is equipped as a result of the onset of the rotation of the machine Centrifugal forces compress the fuel mixture and that of the combustion gases they exerted pressure hydrostatically, possibly also pneumatically on a downstream Transfer work or power machine.

So ist beispielsweise durch die deutsche Patentschrift 661409 eine Brennkraftmaschine mit umlaufenden Zylindern sowie freifliegenden Kolben bekanntgeworden, bei der zwar zur übertragung der Maschinenkräfte keine Kurbel mehr erforderlich ist, jedoch statt dessen außerordentlich aufwendige übertragungsmittel notwendig sind, die auch in diesem Fall wie beim Kurbeltrieb den Hub in engen Grenzen halten. Der Vorteil einer solchen kurbellosen Bauart wird also durch besonders hohe Fertigungskosten sowie eine außerordentlich große Störungsanfälligkeit erkauft, ohne daß etwa ein Gewinn für den thermodynamischen Ablauf des Kreisprozesses erzielt wird.For example, the German patent specification 661409 is a Internal combustion engine with rotating cylinders and free-floating pistons became known, in which no crank is required for the transmission of the machine forces is, however, extremely expensive transmission means are necessary instead which in this case as well, as with the crank mechanism, keep the stroke within narrow limits. The advantage of such a crankless design is therefore particularly high production costs as well as an extraordinarily large susceptibility to failure, without about a Profit for the thermodynamic process of the cycle is achieved.

Außerdem ist durch die schweizerische Patentschrift 234 643 auch schon der Vorschlag gemacht worden, bei einer mit Druckflüssigkeit arbeitenden Antriebseinrichtung eine Brennkraftmaschine mit freifliegenden Kolben zu verwenden. In diesem Fall überträgt der Kolben den von den Verbrennungsgasen auf ihn ausgeübten Druck hydrostatisch auf einen nachgeschalteten hydraulischen Motor, wobei dann der verbleibende hydrostatische Druck immer noch ausreichend groß ist, um den Rückhub des Kolbens und damit auch die Kompression des Brennstoff-Luft-Gemisches zu bewirken. Auch bei dieser Bauart sind den Abmessungen des Hubes insofern Grenzen gesetzt, als im Verlauf des Arbeitsspiels die Druckflüssigkeit einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen folgen muß.In addition, the Swiss patent specification 234 643 already has the proposal has been made for a drive device working with hydraulic fluid to use an internal combustion engine with free-floating pistons. In this case it transmits the piston hydrostatically controls the pressure exerted on it by the combustion gases on a downstream hydraulic motor, with the remaining hydrostatic Pressure is still large enough for the return stroke of the piston and therefore also to effect the compression of the fuel-air mixture. Even with this type of construction there are limits to the dimensions of the stroke, as in the course of the work cycle the hydraulic fluid must follow opposite directions of flow.

Bei thermodynamischen Verbrennungsvorgängen, wie sie insbesondere bei Brennkraftmaschinen vorkommen, ist der Carnot-Prozeß, der sich insbesondere durch eine isotherme Wärmezufuhr auszeichnet, der ideale Kreisprozeß. Gerade an einer solchen isothermen Wärmezufuhr jedoch scheiterten bisher alle Bemühungen, den Carnot-Prozeß bei einer Brennkraftmaschine zu verwirklichen oder aber wenigstens annähernd zu erreichen. Dieses führte zu der in den Fachkreisen allgemein gültigen Ansicht, der Carnot-Prozeß wäre für den praktischen Betrieb unbrauchbar.In thermodynamic combustion processes, such as those in particular occur in internal combustion engines, is the Carnot process, which is particularly characterized by an isothermal heat supply, the ideal cycle. Straight on such an isothermal heat supply, however, all efforts have so far failed to realize the Carnot process in an internal combustion engine or at least approximately to achieve. This led to the one that is generally valid in specialist circles The view that the Carnot process would be useless for practical operation.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, trotz dieser zuvor behandelten Auffassung eine Brennkraftmaschine so auszubilden, daß der Kreisprozeß dieser Maschine dem Carnot-Prozeß möglichst nahe kommt. Es wird also eine Brennkraftmaschine angestrebt, bei der die Wärmezufuhr bei sehr hohen Temperaturen in größtmöglicher Annäherung isotherm erfolgt.The invention is thus based on the object, despite this above treated view to train an internal combustion engine so that the circular process this machine comes as close as possible to the Carnot process. So it becomes an internal combustion engine aimed at which the heat supply at very high temperatures in the greatest possible Approach takes place isothermally.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf die Maschine eine dieser eine gleichbleibende Drehzahl erteilende und damit die zur Verdichtungsarbeit der Kolben erforderliche Fliehkraft gewährleistende Antriebsmaschine einwirkt und daß die Maschine so ausgebildet ist, daß der Kolben einen Hub ausführen kann, dessen Gesamtlänge zu der im oberen Totpunkt verbleibenden Zylinderlänge sich mindestens wie 40:1 verhält. Dieses Verdichtungsverhältnis ist somit ausreichend groß, um hohe Verdichtungsenddrücke und damit auch die erforderlichen hohen Temperaturen bei der Wärmezufuhr zu erzielen.This object is achieved according to the invention in that on the machine one that gives a constant speed and thus that of the compression work the piston acts and the required centrifugal force ensuring the engine that the machine is designed so that the piston can perform a stroke, the The total length of the cylinder length remaining in the top dead center is at least behaves like 40: 1. This compression ratio is thus sufficiently large to achieve high Final compression pressures and thus also the required high temperatures at the To achieve heat supply.

Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform einer solchen Brennkraftmaschine dar. Es zeigt F i g. 1 eine vereinfachte Darstellung der Brennkraftmaschine, teilweise im Schnitt, und F i g. 2 ein Schaubild, bei dem über dem Kolbenweg die verschiedenen Kräfte und Drücke aufgetragen sind.The drawing represents an exemplary embodiment of such Internal combustion engine. It shows F i g. 1 a simplified representation of the internal combustion engine, partly in section, and FIG. 2 is a diagram in which the different forces and pressures are applied.

Wie sich aus der Darstellung gemäß der F i g. 1 ergibt, sind an dem Ende einer mit 1 bezeichneten Hohlwelle radial und rotationssymmetrisch mehrere mit 2 bezeichnete Zylinder angeordnet, die jeweils aus einem topfartigen Innenteil 3 und einem gleichfalls topfartigen Außenteil 4 zusammengesetzt und mittels durch die Flansche 5 und 6 hindurchgreifender, nicht besonders dargestellter Schrauben miteinander verspannt sind. Die Hohlwelle 1 trägt dabei einen mit 7 bezeichneten Ring, mittels dessen sie sich über Wälzlager 8 auf einem feststehenden Lager 9 abstützt. Außerdem dient der Rand 10 dieses Ringes 7 gleichzeitig als Anschlag für die Flansche 5 der Innenteile 3 der Zylinder 2. Die Oberseite der Hohlwelle 1 dagegen ist durch eine Scheibe 11 abgedeckt, deren Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Ringes 7 ist und deren Rand 12 wie auch der Rand 10 des Ringes 7 als Anlage für die Flansche 5 der Innenteile 3 der Zylinder 2 dient. Weiterhin ist auf der Oberseite dieser Scheibe 11 noch ein hülsenähnlicher Stutzen 13 aufgesetzt, der in einem Gleitlager 14 geführt ist.As can be seen from the representation according to FIG. 1 results are on the End of a hollow shaft designated 1 radially and rotationally symmetrically several with 2 designated cylinder arranged, each of a pot-like inner part 3 and a likewise pot-like outer part 4 assembled and by means of the flanges 5 and 6 penetrating, not particularly shown screws are braced together. The hollow shaft 1 carries a designated 7 Ring, by means of which it is supported on a stationary bearing 9 via roller bearings 8. In addition, the edge 10 of this ring 7 also serves as a stop for the flanges 5 of the inner parts 3 of the cylinder 2. The top of the hollow shaft 1, however, is through a disc 11 covered, the outer diameter of which is equal to the outer diameter of the Ring 7 is and the edge 12 as well as the edge 10 of the ring 7 as an attachment for the flanges 5 of the inner parts 3 of the cylinder 2 are used. Furthermore is on the top a sleeve-like nozzle 13 is placed on this disc 11, which is in a plain bearing 14 is performed.

Weiter zeigt der linke Teil der F i g. 1, daß in dem Zylinder 2 jeweils ein Kolben 15 freifliegend gelagert ist, dessen Nase mit 16 bezeichnet ist. Dieser Nase 16 entsprechend ist auch der Zylinderkopf 17 ausgebildet, in dem einerseits eine Einspritzdüse 18 sowie ein Ventil 19 angeordnet ist. Im mittleren Bereich des Zylinders 2, jedoch noch im Außenteil 4, sind in bekannter Weise kranzförmig zueinander angeordnete Spülschlitze 20 für den Austritt der Verbrennungsgase eingearbeitet. In dem Boden 21 des Innenteils 3 des Zylinders dagegen sind Auslaßventile 22 angeordnet, die in ihrer Offenstellung die Verbindung zwischen dem Innenraum 23 des Innenteils 3 und dem Innenraum 24 der Hohlwelle 1 herstellen. Außerdem sind in dem Mantel des Innenteils 3 noch Einlaßschlitze 25 für das Drucköl eingearbeitet, die den Innenraum 23 mit dem ringförmigen Innenraum 26 verbinden, der wieder über in der Scheibe 11 befindliche Bohrungen 27 mit dem Innenraum 28 des Stutzens 13 in Verbindung steht. Sowohl in diesem Innenraum 28 als auch dem Innenraum 24 der Hohlwelle 1 ist Druckflüssigkeit enthalten, die über nicht dargestellte Verbindungsleitungen mit der Druckflüssigkeit einer Arbeits- oder Kraftmaschine in Verbindung steht.The left part of FIG. 1 that a piston 15 is mounted in a freely floating manner in the cylinder 2, the nose of which is denoted by 16. The cylinder head 17, in which, on the one hand, an injection nozzle 18 and a valve 19 is arranged, is also designed in accordance with this nose 16. In the middle area of the cylinder 2, but still in the outer part 4, flushing slots 20 arranged in a ring to one another are incorporated in a known manner for the exit of the combustion gases. In the bottom 21 of the inner part 3 of the cylinder, on the other hand, exhaust valves 22 are arranged which, in their open position, establish the connection between the inner space 23 of the inner part 3 and the inner space 24 of the hollow shaft 1. In addition, inlet slots 25 for the pressure oil are incorporated in the jacket of the inner part 3, which connect the inner space 23 to the annular inner space 26, which is again connected to the inner space 28 of the connector 13 via bores 27 in the disk 11. Both this interior space 28 and the interior space 24 of the hollow shaft 1 contain pressure fluid which is connected to the pressure fluid of a work machine or engine via connecting lines (not shown).

Wird nunmehr die Hohlwelle 1 durch eine Antriebseinrichtung in Richtung des Pfeils 29 in Drehung versetzt, so treibt die hierbei auftretende Fliehkraft den Kolben 15 in Richtung des Pfeils 30 nach außen, wodurch die Spülschlitze 20 geschlossen und die durch das Ventil 19 eintretende Verbrennungsluft verdichtet werden. Sobald auch die Einlaßschlitze 25 freigegeben sind, strömt aus dem Innenraum 28 über den Innenraum 26 Druckflüssigkeit in den Innenraum 23 ein. Erfolgt anschließend die Einspritzung des Brennstoffes sowie die Verbrennung des verdichteten Gemisches, so drücken die Verbrennungsgase den Kolben 15 entgegen der Richtung des Pfeils 30 gegen den Boden 21 des Zylinders. Da der Kolben 15 gleichzeitig auch als Kolbenpumpe wirkt, wird nach dem Absperren der Einlaßschlitze 25 nunmehr die in dem Innenraum 23 befindliche Druckflüssigkeit durch die Auslaßventile 22 in den Innenraum 24 der Hohlwelle 1 gepreßt, um von hieraus mittels der hydrostatischen Kraftübertragung an einer anderen Stelle Arbeit zu leisten.If the hollow shaft 1 is now set in rotation by a drive device in the direction of arrow 29, the centrifugal force that occurs drives the piston 15 outward in the direction of arrow 30, whereby the scavenging slots 20 are closed and the combustion air entering through the valve 19 is compressed. As soon as the inlet slots 25 are also released, pressurized fluid flows from the interior 28 via the interior 26 into the interior 23. If the fuel is then injected and the compressed mixture is burned, the combustion gases press the piston 15 against the bottom 21 of the cylinder against the direction of the arrow 30. Since the piston 15 also acts as a piston pump at the same time, after the inlet slots 25 have been shut off, the pressure fluid in the interior 23 is now pressed through the outlet valves 22 into the interior 24 of the hollow shaft 1 in order to work from there by means of the hydrostatic power transmission at another point afford to.

Die F i g. 2 dagegen zeigt den grundsätzlichen Verlauf der auftretenden Kräfte p über dem Kolbenweg, wobei der jeweilige Abstand des Kolbenschwerpunktes von der Drehachse durch die Größe r bestimmt ist. Wie sich aus dieser Darstellung, bei der in gewohnter Weise mit UT der untere Totpunkt und mit 0T der obere Totpunkt des Kolbens 15 bezeichnet ist, ergibt, so wächst die Fliehkraft C mit dem Kolbenweg s an. P dagegen stellt die Gegenkraft der Verbrennungsluft dar, die im Bereich des oberen Totpunktes 0T des Kolbens 15 stark ansteigt. Die im unteren Totpunkt UT vorhandene positive Beschleunigungskraft, d. h. der Unterschied zwischen der vortreibenden Fliehkraft C und der aufhaltenden Gegenkraft P, wird nach Überwiegen der Gegenkraft P negativ und wirkt somit bis zum völligen Stillstand des Kolbens 15 bremsend. Das gleiche gilt für die verbleibende Beschleunigungskraft B des Kolbens 15. Die Kurve E schließlich zeigt die kinetische Energie des Kolbens 15, die mit zunehmender Kolbengeschwindigkeit wächst, um im oberen Totpunkt 0T wieder auf Null abzufallen. Der Weg des Kolbens 15 ist mit s bezeichnet.The F i g. 2, on the other hand, shows the basic course of the forces p occurring over the piston travel, the respective distance of the piston center of gravity from the axis of rotation being determined by the variable r. As can be seen from this illustration, in which, in the usual manner, UT denotes the bottom dead center and 0T denotes the top dead center of the piston 15, the centrifugal force C increases with the piston travel s. P, on the other hand, represents the counterforce of the combustion air, which increases sharply in the region of the top dead center 0T of the piston 15. The positive acceleration force present at bottom dead center UT, ie the difference between the propulsive centrifugal force C and the restraining counterforce P, becomes negative after the counterforce P predominates and thus acts as a brake until the piston 15 comes to a complete standstill. The same applies to the remaining acceleration force B of the piston 15. Finally, curve E shows the kinetic energy of the piston 15, which increases with increasing piston speed in order to fall back to zero at top dead center 0T. The path of the piston 15 is denoted by s.

Schließlich ist der auf die Hohlwelle 1 wirkende Drehantrieb dieser Brennkraftmaschine beliebig regelbar, wobei keinerlei unmittelbare Abhängigkeit von dem Arbeitsvorgang in den Zylindern 2 besteht. Es ist somit möglich, eine vorbestimmbare gleichbleibende Umdrehungszahl einzuhalten, wodurch sich für den Verdichtungshub wieder jeweils gleichbleibende Verhältnisse ergeben.Finally, the rotary drive acting on the hollow shaft 1 is the latter Internal combustion engine can be regulated as required, with no direct dependency whatsoever consists of the operation in the cylinders 2. It is thus possible to have a predeterminable Maintain a constant number of revolutions, which means that the compression stroke again result in constant ratios.

Claims (1)

Patentanspruch: Drehbar gelagerte Brennkraftmaschine mit radial zur Drehachse angeordneten Zylindern und freifliegend in diesen geführten Kolben, die infolge der bei der Drehung der Maschine einwirkenden Fliehkräfte das Brennstoffgemisch verdichten und den von den Verbrennungsgasen auf sie ausgeübten Druck hydrostatisch auf eine nachgeschaltete Arbeits- oder Kraftmaschine übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Maschine eine dieser eine gleichbleibende Drehzahl erteilende und damit die zur Verdichtungsarbeit der Kolben (15) erforderliche Fliehkraft gewährleistende Antriebsmaschine einwirkt und daß die Maschine so ausgebildet ist, daß der Kolben (15) einen Hub ausführen kann, dessen Gesamtlänge zu der im oberen Totpunkt (0T) verbleibenden Zylinderlänge sich wie mindestens 40: 1 verhält.Claim: Rotatably mounted internal combustion engine with cylinders arranged radially to the axis of rotation and free-floating pistons in these, which compress the fuel mixture as a result of the centrifugal forces acting during the rotation of the machine and hydrostatically transfer the pressure exerted on them by the combustion gases to a downstream working machine or engine, characterized in that the machine is acted on by a drive machine giving it a constant speed and thus ensuring the centrifugal force required for the compression work of the pistons (15) , and that the machine is designed so that the piston (15) can perform a stroke, the total length of which increases the cylinder length remaining at top dead center (0T) is at least 40: 1.