DE1986536U - Kreiskolbenmaschine als verbrennungsmotor. - Google Patents

Description

Kreiskolbenmaschinen sind bekannt, besonders als Kompressoren und Pumpen. Die auf diesem Gebiet bekannt gewordenen Verbrennungsmotoren sind, bis auf den Wankel-Kreiskolbenmotor, kaum oder gar nicht gebaut worden.

Es waren meistens theoretische Ideen, aber für den praktischen Gebrauch ohne Vorteile oder von zu komplizierter Bauart. Der Wankelmotor beruht, wie bekannt, auf dem exentrischen Umlauf einer trochoidenartigen Scheibe. Diese Konstruktion hat den Nachteil einer enorm grossen Druckfläche der Trochoide, die bei entsprechendem Kompressionsdruck wohl eine entsprechend grosse Kraft entstehen lässt, aber durch den kleinen exentrischen Hub eine sehr hohe Drehzahl erfordert, wenn eine brauchbare Arbeit oder Leistung entstehen soll. Ein gewaltiger Nachteil dieser Konstruktion ist der enorm hohe Lagerdruck als Folge der sehr grossen Druckfläche. Hohe Drehzahlen haben aber, ob beim Hubkolben- oder Kreiskolbenmotor, erhebliche Nachteile, wie kurze Taktzeiten, schlechte Zylinderfüllung und vor allem einen erheblichen Verschleiss aller beweglichen Teile. Schlechte Verbrennung der Gase ist die Folge schlechter Zylinderfüllung und damit wird mit den Abgasen giftiges Kohlenoxyd ausgeschieden. Der Hubkolbenmotor hat im oberen Totpunkt kein Drehmoment, das entsteht erst bei einem entsprechenden Winkel der Kurbel. Daher wird auch in diesem Augenblick erhebliche Wärme an den Zylinderkopf abgegeben. Die Folge ist eine Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades, wovon wiederum der Brennstoffverbrauch ungünstig beeinflusst wird. Die nachstehend beschriebene Erfindung beseitigt die erwähnten Nachteile bzw. schafft Verbesserungen.

Selbst bei kleiner Bauart ist nur eine Drehzahl von etwa 2000 - 2400 pro Minute erforderlich, um eine höhere Leistung zu erzeugen, und die Taktzeiten sind zur Kolbengeschwindigkeit so gehalten, dass eine bessere Umsetzung der Brennstoffenergie in mechanische gewährleistet wird.

In beispielsweisen Ausführungsformen ist die Erfindung in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, und zwar zeigt

schlossenen Schiebern gezeigt;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt nach Linie A - A durch Fig. 1. Es ist darin die Schieberbetätigung dargestellt, und zwar oben den offenen und unten den geschlossenen Schieber;

Fig. 3 und 6 Einen Zweikammer-Drehkolbenmotor, und zwar Fig. 3 einen Schnitt nach Linie C - C durch die Expansionsseite der Fig. 6, und Fig. 5 einen solchen nach Linie D - D durch die Ansaugseite der Fig. 6. Es sind darin Kolben und Schieberstellungen zueinander dargestellt;

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine Hälfte des Zweikammermotors mit nach oben herausgeschobenem Schieber;

Fig. 7 einen senkrechten Schnitt durch den Stufen-Drehkolbenmotor nach Linie F - F der Fig. 8, und zwar in der oberen Stufe die Kolben- (33) und Schieberstellung 32 bei geschlossenem Schieber im Anfang des Überströmens aus der unteren Kammer. Dementsprechend zeigt Fig. 7 in der unteren Kammer die Kolben- 34 und Schieberstellung 35;

ren Ansauggehäuse;

Fig. 9 eine Draufsicht auf den Stufen-Drehkolbenmotor der Fig. 7 mit der Anordnung des Zusatzluftventils 34;

Fig. 10 einen senkrechten Schnitt durch eine Hälfte der Fig. 9 und die in Fig. 9 nicht gezeichnete Darstellung der von Welle 3 abhängigen Ventilsteuerung mittels Gewichtskörper 37 unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft;

Fig. 11 nach Schnitt G - G eine Ansicht von oben.

Für die Erfindung werden drei beispielsweise Ausführungsformen beschrieben. In Fig. 1 und 2 ist die Lösung als Einkolbenmotor gezeigt. Es rotiert im Ringgehäuse 1 ein mittels Nabe 2 fest mit der Welle 3 verbundener Kolben 4. Dieser saugt mit seiner Rückseite aus den Einlassöffnungen 5 Luft oder Gasgemisch an, während er mit seiner Vorderseite (Druckseite) das von dem Gegenkolben angesaugte Gemisch im Kompressionsraum 6 komprimiert, wobei der Schieber 7 das Ringgehäuse 1 durch geeignete Steuerung mittels auf der Welle 3 sitzenden Nockens 8 (Fig. 2) absperrt.

Sobald der Kolben 4 den Schieber 9 passiert hat, schliesst dieser ebenfalls den Gehäusequerschnitt ab. Während der Kompression gelangt das komprimierte Gemisch entweder durch ein Rückschlagventil 10 im Kolben 4 oder durch einen Überströmkanal 11, der durch ein Ventil 12 kurz vor der Zündung abgesperrt wird, auf die Rückseite des Kolbens 4. Die Expansion und Energieabgabe auf die Welle 3 erfolgt bis zur Einlassöffnung 5, wobei der Kolben gleichzeitig mit seiner Vorderseite die noch im Ringgehäuse vorhandenen Verbrennungsrückstände aus der Auslassöffnung 13 ausstösst.

In Fig. 2 ist in der oberen Hälfte der Zeichnung die Stellung des herausgezógenen Schiebers gezeigt und in der unteren die Stellung des vom Nocken 8 eingeschobenen Schiebers.

In den Fig. 3 - 6 wird die Lösung eines Zweikammer-Drehkolbenmotors gezeigt. Die Leistung eines Motors ist überwiegend abhängig von einer guten Aufladung, also einem ausreichenden Ansaughub und einem möglichst langen Arbeitshub. Dieser Motor hat nach Fig. 4 in der linken Gehäusekammer 15 einen oder mehrere Arbeitskolben und in der rechten 16 einen oder mehrere Ansaugkolben. Zwischen beiden Kammern befindet sich eine mit der Welle 3 fest verbundene Scheibe 17, welche Durchbrüche 18 zum Überströmen des Gemisches vom Ansaugraum zum Arbeitsraum enthält. Die Kolben 19 im Arbeitsraum und 20 im Ansaugraum Fig. 3, 5 und 6 sind gegenüberliegend oder gegeneinander versetzt (Fig. 6). Die Seitennasen 21 und 22 der Kolben dienen zur Abdichtung der Durchbrüche in der Scheibe 18. Der Schieber 23 schliesst in dem Augenblick das Ringgehäuse, wenn der Arbeitskolben 19 den Durchbruch 25 in der Seitenwand 26 erreicht hat. Bereits vorher hat der Schieber 24 den Ansaugraum abgesperrt, so dass der Kolben 20 das vor sich hergeschobene Gemisch in den Kompressionsraum hinter den Kolben 19 drücken kann.

Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform zur besseren Ausnutzung der Kompressionswärme. Die nach- oder vorstehend beschriebene Lösung nebeneinander liegender Kompressionsräume 6 und 1 liegen bei dieser Lösung übereinander.

Das äussere Ringgehäuse ist gebildet aus einem feststehenden Aussenring 28 und einem mit der Welle 3 fest verbundenen und umlaufenden Innenring 29. Im oberen Ringgehäuse sind Schieber und Arbeitskolben, deren Funktion bereits beschrieben wurde, untergebracht, während sich im unteren Ringgehäuse Schieber und Ansaugkolben, deren Funktion ebenfalls bereits beschrieben ist, befinden. Zur Überleitung des Gemisches vom Ansaugraum zum Kompressionsraum ist ein Überströmkanal 30 vorgesehen. Der Innenring 29 enthält Wärmeleitrippen 31 zur Ableitung der Wärme aus dem Kompressionsraum 6 und dienen dazu, das in den Ansaugraum 1 angesaugte kalte Gemisch zu erwärmen mit dem Zweck, einen besseren thermischen Wirkungsgrad und damit einen geringeren Brennstoffverbrauch zu erzielen.

Fig. 9 - 11 zeigen eine Lösung zur Vermeidung giftiger Auspuffgase bei Teillast (Stadtfahrten) und im Leerlauf. Infolge langsamer Drehzahl wird dem Verbrennungsraum nicht genügend Luft zugeführt, um Kohlenoxyd zu Kohlendioxyd zu verbrennen. Dieser dazu erforderliche Luftüberschuss wird erreicht durch eine weitere Ansaugöffnung. Die Betätigung des Schliess- und Öffnungsorgans ist abhängig von der Drehzahl der Welle 3.

Dieser Zusatzlufteinlass 32 ist in der Seitenwand des Ansauggehäuses 1 und wird durch ein Ventil 33 verschlossen, welches drehzahlabhängig von der Welle 3 gesteuert wird. Diese Steuerung erfolgt auf folgende Art: Auf der Welle 3 ist eine verschiebbare Scheibe 34 angeordnet, die am Ventilschaft anliegt und in einer Führungsbuchse 35 zusätzlich geführt wird. Auf einer Stütze 36 schwenkbar gelagerte Gewichtskörper 37 werden bei entsprechend hoher Drehzahl durch die Zentrifugalkraft angehoben und drücken gegen die Scheibe 34, wodurch das Ventil geschlossen wird. Bei Teillast des Motors, also bei geringerer Drehzahl, schwenken die Gewichte infolge geringerer Zentrifugalkraft nach unten und geben damit das Ventil frei dadurch, dass die Feder 38 die Scheibe 34 und damit das mit dieser Scheibe fest verbundene Ventil 33 zurückzieht und öffnet.

Claims (9)

1.) Drehkolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem hohlen Ringgehäuse (1) rotierender Kolben (4) in einem durch Schieber (7 und 9) abgesperrten Kompressionsraum das Gasgemisch mit seiner Vorderseite durch ein Rückschlagventil (10) im Kolben (4) oder einen Überströmkanal (11) auf seiner Rückseite drückt.

2.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schieber (7 und 9) durch Nocken (8) und Federn (14) dergestalt gesteuert werden, dass dadurch im gegebenen Zeitpunkt der Kompressionsraum beidseitig abgeschlossen wird.

3.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schliess- und Öffnungsbewegung der Schieber nach der Seite oder nach oben gesteuert werden.

4.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Kammernpaare, bestehend aus je einem Arbeits- und Ansaugraum, dergestalt nebeneinander angeordnet sind, dass das im Ansaugraum (1) vom Kolben (20) gegen den geschlossenen Schieber (24) gepresste Gemisch durch die Durchbrüche (25 und 18) oder durch einen Überströmkanal (27) in den Kompressionsraum hinter den Kolben gedrückt wird. Gleichzeitig dient die Scheibe (18) als Massenausgleich.

5.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (19 und 20) so zueinander versetzt sind, dass durch den Kolben (20) in dem grösseren Ansaugraum genügend Gemisch auf einen genügenden Druck verdichtet werden kann, dass im Kompressionsraum (6) der gewünschte Kompressionsdruck entsteht.

6.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ansaugraum (1) und Kompressionsraum (6) übereinander angeordnet sind.

7.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitrippen (31) am unteren Gehäusering (29) angebracht sind zur Ableitung der Wärme aus dem Kompressionsraum (6) und damit der Aufheizung des Gemisches im Ansaugraum (1) dienen.

8.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Einlassöffnung (39) (Fig. 8) im Ansaugraum eine Zusatzöffnung (32) angebracht ist, deren Schliessen und Öffnen abhängig ist von der Welle (3).

9.) Drehkolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf der Welle (3) verschiebbare Scheibe (34) von Zentrifugalkraft beeinflusste schwenkbare Gewichtskörper (37) das mit der Scheibe (34) fest verbundene Ventil (33) steuert.

(1) und Kompressionsraum (6) auch umgekehrt angeordnet werden können.