DE1910184C - Außenachsige Umlaufkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine außenachsige Umlaufkolben-Brennkraftmaschine mit zwei federbelasteten Verdichtungsschiebern und zwei zwischen den Verdichtungsschiebern angeordneten federbelasteten Arbeitsschiebern, die alle im Mantel radialverschieblich angeordnet sind und in entsprechende, an der äußeren Kolbenmantelfläche angeordnete Verdichtungsund Arbeitskammern eingreifen, wobei ein Überströmkanal zwischen Verdichtungs- und Arbeitsschieber vorgesehen ist.

Bei einer bekannten Umlaufkolben-Brennkraftmaschine dieser Art (USA.-Patentschrift 1280 915) läuft der Kolben zwischen zwei ebenen Endscheiben in einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse um. Zwar hat man bei dieser Brennkraftmaschine auch in der Kolbenmantelfläche schon weitere, ringsum begrenzte Umfangsnuten vorgesehen, diese dienen jedoch lediglich zur Steuerung von Ein- und Auslaß mittels des Kolbens, wobei in diesem und im Mantel weitere Kanäle eingeformt sind, von welchen einige als Überströmkanäle dienen. Da Verdi"htungs- und Arbeitskammern ebenso wie die zugehörigen Schieber gleich beschaffen sind, tritt jeder Schieber in jede Kammer ein. Die erzielte Verdichtung ist verhältnismäßig gering, und der Gesamtaufbau ist — vor allem wegen der zahlreichen in Manfel und Kolben eingeformten Strömungswege — recht kompliziert.

Bei einer anderen bekannten Umlaufkolben-Brennkraftmaschine (französische Patentschrift 1254 811) ist auch vorgesehen, einen Schieber jeder Funktionsgruppe bei bestimmten Betriebszustand·^ außer Eingriff vom Kolben zu halten. Dies erfordert dort jedoch komplizierte Steuerungsorgane, welche die Betriebssicherheit der Maschine mindern und große Kosten verursachen. Vor allem die seitliche Abdichtung erfordert besondere Maßnahmen und ist durchweg nicht störungsfrei zu verwirklichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Umlauf-Brennkraftmaschine so zu gestalten, daß man bei äußerst einfacher Gesamtanordnung mit möglichst wenigen bewegten Teilen, insbesondere ohne zusätzliche schwingende Teile auskommt und bei geringstem Herstellungs- und Wartungsaufwand große Betriebssicherheit und größere Verdichtung erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verdichtungs- und Arbeitskammern als Umfangsnuten und verschieden breit ausgebildet sind, daß die Verdichtungs- bzw. Arbeitsschieber eine Breite haben, die der Verdichtungs- bzw. der Arbeitskammer entspricht und daß die Breitendifferenz zwischen Verdichtungsschieber und Arbeitskammer so groß ist, daß der Vcrdichtungsschiebcr ohne Eingriff mit der Arbeitskammer bleibt.

Hier wirkt der Kolben durch die unterschiedliche Breite der Umfangsnuten selbst als Steuerschieber, el. IT. der schmalere Arbeitsschieber greift zwar auch in die breitere Verdichtungsnut ein, kann deren Räume jedoch nicht voneinander trennen. Dagegen wird der breitere Vcrdichlungsschicbcr ohne zusätzliche Mittel durch die seitlichen Teile des Kolbcnmuntels außer Eingriff von der Arbeitskammer gehalten und ist daher nur beim Einlauf in die Vcrdichlungskammcr wirksam. Man muß daher nur daflir sorgen, daß die Nutformen und die Rückstellfedern für die Schieber so aufeinander abgestimmt sind, daß die Schieber bei der vorgesehenen Drehzahl nicht vom Kolben abgehoben werden können. Da die Arbeitskammern in der Regel kürzer sind als die Verdichtungskammern, liegt der Verdichtungsschieber mit seinen Randteilen nur kurze Zeit bei unveränderter Belastung auf, während der Mittelteil Beschleunigungskräfte am Grund der Verdichtungskammer aufzunehmen hat, so daß auch dort gleichbleibender Nachschliff gewährleistet ist. Lediglich Zünden oder Einspritzen und gegebenenfalls die Verbrennungsluft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch müssen

ίο gesondert gesteuert werden, aber auch dazu benötigt man keine hin- und herschwingenden Teile. Die größere Breite von Verdichtungskammern und -Schiebern ermöglicht zudem auch bei begrenzt verfügbarem Umfangswinkel eine erhebliche Steigerung des Verdichtungsverhältnisses.

Nach einem weiteren Erfindungsvorschlag sind die Umfangsnuten im Axialschnitt trapezförmig ausgebildet, und die Schieber weisen im Eingriffsbereich ebenfalls diese Form auf. Sie bleiben dadurch mit den einwärts geneigten Seitenteilen der Nuten in Eingriff, werden durch die Federn abdichtend angedrückt und schleifen sich selbst nach.

Zwar hat man schon eine trapezförmige Nut im Kolben einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine vorgesehen (österreichische Patentschrift 134 547). Dabei soll aber die Nut durch eine mit dem Kolben fest umlaufende Trennwand und zum anderen durch eine weitere Trennwand unterteilt werden, die an einem radial im Gehäuse verschiebbaren Kolben sitzt, der jeweils bei Annäherung der umlaufenden Trennwand kurzzeitig eine hin- und hergehende Bewegung ausführen muß. Eine vollständige Abdichtung läßt sich bei einer solchen Umsetzbewegung ohnehin nicht erzielen, und zum anderen sind dabei die Beschleunigungskräfte erheblich größer als bei herkömmlichen Hubkolbenmotoren, so daß nur mW kleinen Drehzahlen gearbeitet werden kann.

Trapezförmige Nuten wurden auch schon im Kolben einer Dampfkraftmaschine vorgesehen (USA.-Patentschrift I 000 509); dabei bilden die Nuten aber keinen durch einen Schieber in zwei Kammern unterteilten Arbeitsraum, sondern der Dampf wird lediglich gegen eine etwa radial stehende Endwand der Nut geblasen, um eine turbinenähnliche Wirkung zu erzielen. Die Trapezform ist dort rein willkürlich gewählt und hat auf den Arbeitsablauf keinen Einfluß.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal sind die äjßere Kolbenmantelfläche und die innere Gchäusemantelfläche kegelförmig ausgebildet, wobei zweckmäßigerweise der Kolben in Achsrichtung einstellbar gegenüber dem Mantel festgelegt ist.

Durch axiales Nachstellen des Kolbens wird die Mantelfläche stets selbsttätig nachgeschliffen. Man benötigt dann keine besonderen Dichtleisten, da der Umfangswinkel der Dichtabschnitte hinreichend groß gewählt werden kann. Überdies tritt dort auch kein bemerkenswerter Verschleiß ein, da die Flächen durch den Arbeitsdruck immer mit geringem Abstand voneinander gehalten sind, sich also nicht direkt be*

rühren und doch der Spalt so klein ist, daß hinreichende Abdichtung gewährleistet bleibt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispielc des Erfindungsgegenstandes dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. I bis3 in eine Ebene projizierte Kegelflächen' querschnitte etwa entlang der Schnittlinie t-t in F i g. 4 bei verschiedenen Drehstellungen des Kolbens einer Umlaufkolben-Brennkraftmaschine,

Claims (8)

1. F i g. 4 einen Axial-Teilschnitt etwa nach der Linie lieh abschließt, bleiben seitlich des schmaleren

   IV-IV in Fig, 1, Arbeitsschiebers 13 in der breiteren Nut' Ver-

   F i g. 5 eine halbe Abwicklung der Kolbenmantel- bindungswege erhalten. In dieser Betriebsstellung

   •lache zwischen den Linien V-V in Fig. I. ist das Einlaßventil 23 durch den Druck der

   In der Zeichnung, insbesondere in Fig. 4, ist mit I 5 Gebläseluft mittels des zuvor erwähnten Drehallgemein der Kolben bezeichnet, der in einem kegel- Schiebers geöffnet worden, so daß die Verdichtungsstumpfförmigen Mantel 2 sitzt, der durch einen kammer Il kurzzeitig mit Gebläsefrischluft oder mit Deckel 3 verschlossen ist. Die Teile 2 und 3 sind von einem Brennstoff-Luft-Gemisch aufgeladen werden Kühlwasserkanälen 4 durchzogen. Der Kolben sitzt kann. Nach dem unmittelbar darauf folgenden mittels nicht gezeigter Keilverbindung drehschlüssig io Schließen des Drehschiebers wird das Ventil 23 durch auf der Welle 5, ist jedoch gegenüber dem Gehäuse seine Feder augenblicklich geschlossen, so daß der in Axialrichtung einstellbar durch Gewindsbuchsen 6 Schieber 14 die in der Verdichtungskammer 11 bemit Gegenmuttern 7 gehalten. Der zentrisch umlau- findliche Luft bzw. das Luftgemisch weiter verdichfende Kolben kann auf diese Weise unmittelbar ent- ten kann, wobei schließlich die Luft über die Auslang seinei kegelförmigen Mantelfläche abdichtend 15 nehmung 21 in die Arbeitskammer 12 bis vor den an die Gehäusemantelfläche angedrückt werden. Zur Arbeitsschieber 13 gelangt. F i g. 2 zeigt den Ab-Randabdichtung dienen zwei zusätzliche Dichtungs- Schluß dieses Vorganges höchste- Verdichtung und ringe 9, 10. den Augenblick, in dem Kraftstoff eingespritzt wird

   In die Kolbenmantelfläche 8 sind hinteieinander oder die Zündung erfolgt. Der Raum 26 vor dem Arabwechselnd im Axialschnitt trapezförmige Vsrdich- 20 beitsschieber wird dabei durch den Druck d?r Vertungskammern Il und Arbeitskammern 12 in Form brennungsgase ständig vergrößert und wandert im von Umfangsnuten eingeformt. Der Arbeitskammer Uhrzeigersinn weiter. Während nach Abschluß des ist ein Arbeitsschieber 13 zugeordnet, der Verdich- Verbrennungsvorganges gemäß Fig. 3 der Arbeitstungskammer ein Verdichtungsschieber 14. Alle schieber 13 wieder mit seitlichem Spiel in die Nut Jl' Schieber haben ein dem Querschnitt ihrer Nuten an- 25 eintreten kann, läuft der breitere Verdichtungsschiegepaßtes Endprofil, so daß sie nicht nur am Nutgrund ber 14 über den Rand der schmaleren Arbeitskammer 16, sondern auch an den Nutflanken 17 (F i g. 4) 12 hinweg und stützt sich mit seinem seitlichen Rand durch ihre Federn 18 abdichtend anliegend gehalten auf der Kolbenmantelfläche 8 des Kolbens ab. Kurz werden. Die Grundbreite α der Nut 11 bzw. die End- darauf kommt die noch unter dem Druck der Verbreite des zugehörigen Verdichtungsschiebers 14 ist 30 brennungsgase stehende Arbeitskammer 12 mit dem dabei größer ausgebildet als die größte Breite b des Auslaßkanai 25 in Verbindung.
   Arbeitsschiebers 13. Daher kann der Verdichtungs- Der um seine zentrische Achse umlaufende Kolben schieber 14 entlang der Kolbenmantelfläche 8 frei ist völlig achsensymmetrisch aufgebaut und besitzt über die Arbeitskammer hinweglaufen, ohne einzu- daher keine Unwucht. Alle von ihm aufgebrachten dringen, während der Arbeitsschieber 13 bis zum 35 Steuerungskräfte werden jeweils paarweise um 180^r' Grund in die Verdichtungskammer 11 eintritt. gegenüberliegend aufgebracht, und auch die Ver-

   Die Schieber 13, 14 sitzen in Schieberführungen 20, brennungs- und Verdichtungskräfte greifen jeweils

   19, die in zugehörigen Ausnehmungen des Mantels 2 nur entgegengesetzt und im gleichen Drehsinne an,

   angebracht sind, und werden durch Druckfedern 18 so daß lediglich Kräftepaare bzw. symmetrisch zur

   gegen den Umfang des Kolbens gedruckt. 40 Umlaufachse wirkende Drehmomente auftreten. Es

   Auf der gesamten Kolbenmantelfläche sind zwei muß nur die durch die Kegelform der Kolbenmantel-Verdichtungskammern 11 und zwei Arbeitskammern fläche 8 bedingte Axialkraft aufgenommen werden. 12 jeweils um 180 ' versetzt angeordnet. Über diesen Durch die Konusform des Kolbens und der Schic Winkel, etwa nach der Linie V-V in Fig. I sind ber beim Eingriff in das Gehäuse bzw. die Umfangsauch die Bauteile des M^ntelgehäuses verteilt. Bei 45 nuten wird gleichbleibende Abdichtung erzielt. Die jeder Umdrehung des Kolbens spielen sich daher je- Teile schleifen sich selbst nach, und der Sitz des weils vier vollständige Zweiiaktvorgänge ab, wie sich Kolbens im Gehäuse kann von außen leicht nach an Hand der nachstehenden Erläuterungen verfolgen gestell· werden. Schieber und Ventile lassen sich läßt. Die Kammern mit den dazugehörigen Bauteilen mit ihren Gehäusen leicht auswechseln. Zum Verhaben jeweils die mit einem Strich versehenen Be- 50 stellen der Schieber kann man entweder dps Gehäuse zugszcichen der entsprechenden anderen Kammern leicht versetzen oder Distanzstreifen verlegen. Die und deren Bauteile. Dichtungsringe 9 sollten möglichst im Kolben arre-

   Zwischen den Schieberführungen 20, 19 ist eine tiert sein. Die dargestellte Umlaufkolben-Brennkraft· nach außen gewölbte, als Überströmkanal dienende maschine ist insbesondere für das Zweitaktverfahren Ausnehmung 21 vorgesehen, in die ein Ventilgehäuse 55 ausgelegt. Das Verdichtungsverhältnis kann durch 22 mit einem Einlaßventil 23 hineinragt. Das Einlaß- die entsprechende Wahl der Breiten- und Längenventil wird normalerweise durch eine nicht gezeigte Verhältnisse von Verdichtungs- und Arbeitskammern Feder geschlossen gehalten und kann durch von festgelegt werden, außen aufgebrachten Ladedruck von Gebläseluft ge- ■ . öffnet werden. Die Steuerung dieser Gebläseluft be- 60 1-atentanspruche: sorgl ein von der Welle 5 r^getriebener Drehschieber. I. Außenachsige Umlaufkolben-Brennkraftma-In Umlaufrichtung des Kolbens 1 gemäß Pfeil 24 ist schine mit zwei federbelasteten Verdichtungsmit Abstand hinter der Schieberführung 19 ein Aus- Schiebern und zwei zwischen den Verdichtungslaßknnal 25 vorgesehen. Schiebern angeordneten federbelasteten Arbeits-

   Bd der Betriebsstellung Fig. I, wie sie auch in 6$ Schiebern, die alle im Mantel radialverschieblich

   F i g. 5 zum Ausdruck kommt, tauchen beide Schic- angeordnet sind und in entsprechende, an dor

   ber 13, 14 in die Verdichtungskammer 11 ein. Wäh- äußeren Knlbenmantelflüchc angeordnete Ver-

   rend der Verdichtungsschieber 14 das Nutprofil seit- dichtungs· und Arbeitskammern eingreifen, wobei

   ein überströmkanal zwischen Verdichtung«- und Arbeitsschieber vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtungs- und Arbeitskammern als Umfangsnuten (H und 12) und verschieden breit (a, b) ausgebildet sind, daß S die Verdichtungs- bzw. Arbeitsschieber (14 brw. 13,J eine Breite haben, die der Verdichtungs- bzw. der Arbeitskammer entspricht und daß die Breitetidifferenz (a-b) zwischen Verdichtungsschieber und Arbeitskammer so groß ist, daß der Verdichtungsschleier (14) ohne Eingriff mit der Arbeitskammer (12) bleibt.
2. 2. Umlaufkölben-Brennkraflmaschifie nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsnuten (11, 12) im Axialschnitt trapezförmig ij ausgebildet sind und die Schieber (13, 14) im Eingriffsbereich ebenfalls diese Form aufweisen.
3. 3. Umlaufkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kolbenmantelflitehe (8) und die innere Gehäusemantelfläche kegelförmig ausgebildet sind.
4. 4. Umlaufkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der. Kolben (1) in Achsrichtung einstellbar gegenüber dem Mantel (2) festgelegt ist.
5. .V Umlaufkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit einem Seitenteil einstückig ausgebildet ist.
6. 6. Umlftufkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßkanal ein Einlaßventil (23) angeordnet ist, das durch eine Feder im Schließsinne belastet und durch von außen aufgebrachten über* druck selbsttätig steuerbar ist,
7. 7. Umlaufkölben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der überströmkanal als Ausnehmung (21) im Mantel ausgebildet ist.
8. 8. Umlaufkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß In der Ausnehmung (21) des Mantels das Einlaßventil (23) angeordnet ist.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   2452