DE2423949A1 - Drehschieber-innenbrennkraftmaschine - Google Patents

Drehschieber-innenbrennkraftmaschine

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Description

14. Mai 1974 9370-74 Dr.ν.B/S
Joseph Rogl, 1750 American Avenue, Pomona. Calif.91767,V.St.A.
Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine mit einem Gehäuse, das eine Bohrung aufweist, in der ein Drehkolben drehbar gelagert ist, ferner mit einer Anzahl von Schiebern, die wenigstens annähernd radial verschiebbar im Drehkolben gelagert sind und mit ihren Stirnseiten dicht an der Wand der Gehäusebohrung gleiten, und mit einer Abtriebswelle, die mit dem Drehkolben gekoppelt ist.
Drehkolben-Innenbrennkraftmaschinen des oben erwähnten Typs sind z.B. aus der Dt-PS 596 625 und der Pr-PS 769 228 bekannt. Sie haben sich bisher jedoch in der Praxis noch nicht durchsetzen können, da sie im Aufbau verhältnismäßig kompliziert sind, insbesondere schwierig herzustellende Gehäuse- und Rotorformen benötigen, und hinsichtlich des Wirkungsgrades zu wünschen übrig lassen. Ein ganz wesentlicher Nachteil besteht ferner darin, daß die Schieber Belastungen ausgesetzt sind, die quer zu ihren Führungen verlaufen und leicht zum Verklemmen der Schieber führen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine anzugeben, die einfach im Aufbau und der Herstellung ist, sich durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und nicht zum Verklemmen der Schieber neigt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.
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Die Unteransprüehe betreffen Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung.
Die vorliegende Drehschieber-InnenbrennkraftmascMne enthält ein Gehäuse mit einer zylindrischen Bohrung und einen hohlzylinderförmigen Drehkolben, die einfach herzustellen sind. Sie zeichnen sich ferner durch ein hohes Drehmoment und ausgeglichene Laufeigenschaften aus, da auf eine Umdrehung der Abtriebswelle bzw. einen Umlauf des Drehkolbens' zwei Arbeitstakte fallen und Expansion sowie Kompression gleichzeitig erfolgen. Die Schieber sind so gelagert, daß ein Verklemmen unmöglich ist. Das Volumen des Motors ist optimal ausgenutzt.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine gemäß der Erfindung besteht darin, daß die inneren Teile durch das angesaugte Brennstoff-Luft-Gemisch gekühlt werden.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 eine Stirnansicht auf eine Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der der betrachterseitige Gehäusedeckel abgenommen wurde; Teile der Innenbrennkraftmaschine sind im Schnitt dargestellt;
Figur 2 einen Axialschnitt in einer Ebene H-II der Figur 1 und
Figur 3 eine Figur 2 entsprechende Schnittansicht, bei der sich der eine schwenkbar gelagerte Schieber in seiner obersten Lage (gesehen in Figur 1) befindet.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich um einen Viertakt-Ottomotor mit etwa 200 cm Hubraum. Der Motor hat ein Gehäuse 10, das im wesentlichen zylindrisch sein kann und eine Bohrung 12 mit einer zylindrischen Wand 14 hat.
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Das Gehäuse 10 kann von Kühlkanälen 16 für eine Kühlflüssigkeit versehen sein oder im Falle einer Luftkühlung an seiner Außenseite verrippt sein (nicht dargestellt). In der Bohrung 12 des Gehäuses 10 ist exzentrisch ein hohlzylinderförmiger Drehkorben 18 exzentrisch angeordnet, dessen Außenseite die Wand 14 der Bohrung 12 des Gehäuses längs einer Mantellinie 20 berührt und dort bezüglich des Gehäuses durch eine axial verlaufende Dichtung 22 abgedichtet ist.
Die Dichtung 22 kann, me dargestellt, einen abgeflachten Rundstab aus Lagermetall oder dergl. enthalten, der mit Führungsstiften 26 im Gehäuse gelagert und durch eine offene Rollfeder 28 gegen die Außenseite des Drehkolbens gedrückt ist.
Die Stirnseiten des Gehäuses 10 sind durch Seitenwände 32 verschlossen, die mit dem Gehäuse 10 verschraubt sind. Die Stirnseiten des Drehkolbens 18 sind durch Dichtungen 34 (Figur 2) gegen die Innenseiten der Seitenwände 32 abgedichtet und mit Planschen 36 verbunden, die in Kugellagern 30 gelagert sind, welche ihrerseits in den Seitenwänden 32 sitzen.
Im zylindrischen Inneren des Drehkolbens befindet sich eine Abtriebswelle 38, die aus einem hohlen Teil 38a und einem mit diesem verschraubten massiven Teil 38b (Figur 2) besteht. Der hohle Teil 38a ist im Betrieb mit einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Brennstoffgemisches verbunden, z.B. einem Vergaser, einer Saugrohr-Einspritzvorrichtung oder dergl. Die erzeugte mechanische Leistung wird vorzugsweise am massiven Teil 38b abgenommen. Die Abtriebswelle ist durch zwei in den Seitenwänden 32 sitzende Kugellager 40 koaxial zur Bohrung 12 gelagert.
Der Drehkolben 18 hat zwei axial verlaufende Schlitze, die jeweils von einem plattenförmigen Schieber 42 bzw. 44 durchsetzt werden, die radial bezüglich der Achse 46 der Abtriebswelle verlaufen und an ihren Stirnseiten durch leistenförmige Dichtungen 48 bezüglich der Wand 14 der Bohrung 12 abgedichtet sind. An den Seiten können nicht dargestellte Dichtungsleisten vorgesehen sein.
Der eine Schieber 42 ist mit der Abtriebswelle 38 fest verbunden, während der zweite Schieber 44 durch mit ihm verbundene Lagerringe 50 schwenkbar auf der Abtriebswelle gelagert ist, die zwischen den Lagerringen 50 einen Bund 52 aufweist. Die Stirnseiten der Lagerringe 50 sind durch. Ringdichtungen gegen die Innenseiten der betreffenden Seitenwände 32 abgedichtet.
Die Schieber 42 und 44 sind in den Schlitzen des Drehkolbens 18 durch schwenkbare Gleitlager 56 gelagert. Die Gleitlager 56 enthalten, wie dargestellt, halbzylinderförmige Leisten, die in entsprechenden Ausnehmungen der die Schlitze bildenden Stirnseiten des Drehkolbens 18 gelagert sind und ihrerseits eine Dichtungsleiste 60 aus Lagermetall oder dergl. enthalten, die durch eine Feder 62 gegen die Seitenwände der Schieber gedruckt werden.
Jeder Schieber enthält einen Ansaugkanal 64, der eine mit dem Inneren der hohlen Abtriebswelle in Verbindung stehende Eintrittsöffnung und eine mit dem Inneren des Drehkolbens in Verbindung stehende Austrittsöffnung hat. Die Austrittsöffnung des Ansaugkanales 64 befindet sich auf der in Drehrichtung (Pfeil) rückwärtigen Seite des Schiebers in einem solchen Abstand von der Außenseite der Abtriebswelle, daß sie nie mit dem als Verbrennungsraum dienenden Bereich zwischen der Außenseite des Drehkolbens 18 und der Wand 14 der Bohrung 12 in Verbindung treten kann.
Eerner enthält jeder Schieber mindestens einen Überströmkanal 66 mit einer Eintrittsöffnung 68 auf der in Drehrichtung vorderen Seite des betreffenden Schiebers und einer Austrittsöffnung 70 auf der in Drehrichtung hinteren Seite des Schiebers. Die Eintrittsöffnung befindet sich näher bei der Abtriebswelle als die Austrittsöffnung. Wie die Öffnungen angeordnet sein sollen, wird noch erläutert werden.
Das Gehäuse 10 hat ferner eine Öffnung 72 für eine nicht dargestellte Zündvorrichtung, z.B. eine Zündkerze mit stirn-
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seitig freiliegender Funkenstrecke. Weiterhin hat das Gehäuse eine Auslaßöffnung 74 für die Abgase, die in Drehrichtung gesehen einen Winkelabstand von etwas mehr als 180° (bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 110°) vom Ort der Öffnung 72 für die Zündvorrichtung hat.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, hat der mit der Abtriebswelle 38 fest verbundene Schieber 42 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen Ansaugkanal 64 und zwei Überströmkanäle Beim schwenkbar gelagerten Schieber 44 sind ein breiter mittiger Überströmkanal und zwei seitlich von diesem angeordnete schmälere Ansaugkanäle vorgesehen, die durch die Lagerringe 50 und schlitzförmige, dem Schwenkwinkelbereich des Schiebers 44 entsprechend bemessene Öffnungen in der Abtriebswelle führen (in Figur 1 gestrichelt dargestellt).
Bei der folgenden Erläuterung der Arbeitsweise der beschriebenen Maschine und der Anordnung der verschiedenen Öffnungen und dergl. wird auf die Winkelstellung des mit der Abtriebswelle fest verbundenen Schiebers 42 unter Verweis auf Figur 1 Bezug genommen: In der O°-Stellung des Schiebers 42 (Figur 3) wird die Austrittsöffnung des Ansaugkanales 64 des Schiebers 42 durch den Drehkolben 18 verschlossen. Der Überstrom kanal 66 des Schiebers 42 steht nur mit dem Raum zwischen dem Drehkolben und der Wand 14 in Verbindung und ist daher unwirksam. Im Verlaufe der weiteren Drehung der Abtriebswelle wird die Austrittsöffnung des Ansaugkanales 64, beginnend bei etwa 35°, geöffnet. Es wird nun Gemisch durch die hohle Abtriebswelle 38 und den Ansaugkanal 64 in einen sich laufend vergrößernden Ansaugraum A zwischen der Abtriebswelle 38, dem Drehkolben 18 und der Rückseite des Schiebers 42 angesaugt. Der Ansaugvorgang setzt sich bis etwa zur 180°-Stellung fort, dann wird das angesaugte Gasgemisch zwischen der Rückseite des Schiebers 42 und der Vorderseite des Schiebers 44» der die O°-Stellung durchläuft, wenn der Schieber 42 durch 180° geht, in den Raum A1 (in Figur 1 links von der 180°-Linie) übergeführt. Bei etwa 325° wird die Austrittsöffnung des Ansaugkanales 64 des Schiebers 42 durch den Drehkolben 18 verschlossen,und das Gasgemisch in dem sich stetig verkleinernden Raum A1 wird nun durch die Vorderseite des Schiebers 44,· der
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inzwischen die 18G°-Stellung durchlaufen hat, komprimiert. Etwa bei 254° wird der Überströmkanal- 66 des Schiebers 44 freigegeben und das komprimierte Gemisch strömt nun aus dem ziemlich klein gewordenen Raum A1 zwischen der Vorderseite des Schiebers 44, der Innenseite des Drehkolbens 18 und der Außenseite der Abtriebswelle 33 in einen zwickeiförmigen Verbrennungsraum Y, der mit der Zündvorrichtung in Verbindung steht.In der in Figur 1 dargestellten 285°-Stellung des Schiebers 44 ist der Überströmkanal 66 dieses Schiebers gerade wieder durch den Drehkolben 18 geschlossen worden und das komprimierte Gemisch im Verbrennungsraum V wird nun durch die nicht dargestellte Sündvorrichtung gezündet. Es expandiert dann und treibt den Schieber 44 in Pfeilrichtung an. Der Schieber 42 hat inzwischen bei 35° einen neuen Aiisaugtakt begonnen, der wie oben beschrieben verläuft. Nach dem Durchlaufen der 180°- Stellung beginnt er das verbrannte Gemisch in Richtung zur Auslaßöffnung 74 zu fördern, die schließlich vom Schieber 44 freigegeben wird, so daß die Abgase ausströmen können und durch den Schieber 42 praktisch vollständig ausgetrieben werden.
Die beiden Schieber arbeiten praktisch gleichartig, so daß während ^eder Umdrehung der Abtriebswelle zwei Arbeitstakte ablaufen. Die durch das gezündete, expandierende Gemisch ausgeübten Kräfte werden vcm Schieber 42 direkt und vom Schieber 44 über den Drehkolben 18 und den Schieber 42 auf die Abtriebswelle übertragen.
Die Zuführung des zündfähigen Brennstoff-Luft-G-emis ches durch die hohle Abtriebswelle ist in zweifacher Hinsicht vorteilhaft: Erstens wird das Gemisch vorgewärmt, so daß eine vollständige Verbrennung und weitestgehend schadstoffreie Abgase gewährleistet sind, und zweitens werden die inneren Teile des Motors, insbesondere der Drehkolben, ohne besondere Maßnahmen wirkungsvoll gekühlt. Da Kompression und Expansion gleichzeitig stattfinden, läuft der vorliegende Motor sehr ruhig, und es sind keine großen Schwungmassen erforderlich. Der Motor arbeitet sehr verschleißarm, da die Schieber kon-
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zentrisch in einem zylindrischen Raum umlaufen und daher immer senkrecht auf der Wand der Gehäusebohrung stehen.
Der soweit beschriebene Motor läuft einwandfrei, er läßt sich jedoch in folgender Hinsicht noch verbessern:
Die Exzentrizität des um die Achse 18a rotierenden Drehkolbens 18 wird vorzugsweise, wie dargestellt, so gewählt, daß der Drehkolben etwas in das Gehäuse einschneidet, die Wand 14 ist also vorzugsweise nicht ganz zylindrisch, sondern hat symmetrisch zur Mantellinie 20 eine flache zylindrische Vertiefung, in die die Außenseite des Drehkolbens 18 paßt. Durch diese Maßnahme wird erstens die Abdichtung an der Mantellinie 20 erleichtert und zweitens wird vermieden, daß die Stirnseiten der Schieber an den Seiten des Rundstabes 24 anschlagen.
Nach dem tiberströmen des verdichteten Gemisches aus dem Raum A1 in den Raum V verbleibt noch ein Gasrest in dem in Figur 1 zu sehenden Zwickel 76. Dieser Gasrest entweicht bei normalen Toleranzen durch die unvermeidlichen Undichtigkeiten. Man kann jedoch auch Maßnahmen vorsehen, um diesen Gasrest kontrolliert entweichen zu lassen. Z.B. kann man, wie nur in Figur 1 beim Schieber 44 dargestellt ist, am Fuß jedes Schiebers eine Bohrung 78 vorsehen, die den Schieber durchsetzt und auf der Vorderseite des Schiebers durch einen verschiebbar gelagerten Stift 78 normalerweise verschlossen ist. Der Stift kann durch eine Feder oder durch die Zentrifugalkraft nach außen gedruckt werden und wird am Herausfallen aus der Bohrung dadurch gehindert, daß er teilweise in den Schieber einschneidet. Er kann von innen in die Lagerringe 50 eingesetzt werden, bevor die Antriebswelle durch diese hindurchgesteckt wird. Wenn sich der Schieber aus der in Figur 1 dargestellten Stellung weiter nach rechts dreht, wird der Stift 76 durch die Innenwand des Drehkolbens 18 raiial nach innen gedrückt und gibt die Bohrung 78 frei, so daß das verdichtete Gemisch aus dem Zwickel 76 in den Verdichtungsraum A1 überströmen kann.
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Die nach dem Überlaufen der Auslaßöffnung im Zwickel 80 zurückgebliebenen Abgase können durch schlitzartige Ausfräsungen 82 in der Wand 14 entweichen.
Bezüglich der Anordnung der Auslaßöffnung 74 sei noch Folgendes bemerkt: Bevor ein Schieber die Auslaßöffnung erreicht, sind die Abgase zwischen ihm und dem vorangehenden Schieber eingeschlossen. Der aus dem Drehkolben 18 herausragende Teil des der Auslaßöffnung 74 näheren Schiebers ist anfänglich größer als das entsprechende Teil des nachlaufenden Schiebers. Die von den Abgasen beaufschlagte Fläche des vorangehenden Schiebers wird jedoch laufend kleiner und die des nachlaufenden Schiebers laufend größer. Die Auslaßöffnung ist nun vorzugsweise so angeordnet, daß sie vom vorangehenden Schieber gerade dann erreicht wird, wenn Kräftegleichgewicht besteht, da sonst Arbeit gegen die auf die Vorderseite des nachlaufenden Schiebers einwirkenden Kräfte, die die Drehung zu hemmen streben, geleistet werden muß. Die Kräfte der Abgaee auf die sie einschließenden Schieber können zur Kontrolle der Laufeigenschaften des Motors verwendet werden. Die Auslaßöffnung 74 wird im allgemeinen bei einem kleineren Winkel als 110° angeordnet werden, z.B. diagonal gegenüber der Öffnung 72 für die Zündvorrichtung.
Zur Abdichtung zwischen der Außenseite der Abtriebswelle und der Innenseite des Drehkolbens kann zwischen diese Teile eine dünne Blattfeder eingefügt werden, die die Form eines durch zwei axparallele Linien begrenzten Teiles eines geraden KreisZylinders mit einem Radius, der etwas kleiner als der Radius der Außenfläche der Abtriebswelle ist, hat.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständlich noch in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Drehs chi eber-Inne'nbr ennkraf tmas chine mit einem Gehäuse, das eine Bohrung aufweist, in der ein Drehkolben drehbar gelagert ist, ferner mit einer Anzahl von Schiebern, die wenigstens annähernd radial verschiebbar im Drehkolben gelagertsind und mit ihren Stirnseiten dicht an einer Wand der Gehäusebohrung gleiten, und mit einer Abtriebswelle, die mit dem Drehkolben gekoppelt ist, gekennzeichnet d u r eh.
    a) die Wand (14) der Gehäusebohrung (12), an der die Stirnseiten der Schieber (42, 44) gleiten, ist zylindrisch;
    b) der Drehkolben (18) i3t ein Hohlzylinder, der exzentrisch zur Innenwand des Gehäuses um seine Achse (18a) drehbar gelagert ist und mit seiner Außenseite längs einer Mantellinie (20) der Wand der Gehäusebohrung bezüglich dieser gleitfähig abgedichtet ist;
    c) die Abtriebswelle ist bezüglich der Gehäusebohrung (12) koaxial und zumindest in einem bis in die Gehäusebohrung hineinreichenden Teil (38a) als Hohlwelle ausgebildet, sie hat ferner eine zylindrische Außenseite, die die zylindrische Innenseite des Drehkolbens gleitfähig und abgedichtet berührt ;
    d) es sind zwei plattenförmige Schieber (42, 44) vorhanden, von denen der eine (42) mit der Abtriebswelle (38) fest verbunden ist, radial von dieser zur Wand (14) der Bohrung (12) des Gehäuses vorspringt und mittels eines ersten abgedichteten schwenkbaren Gleitlagers (56) durch einen axial verlaufenden Schlitz im hohlzylinderförmigen Drehkolben (18) hindurchgeführt ist, während der andere (44) mit dem der Wand (14) der Bohrung (12) abgewandten Ende schwenkbar
    . auf der Außenseite der Abtriebswelle (38) gelagert und mittels eines zweiten abgedichteten schwenkbaren Gleitlagers (56) durch einen zweiten axial verlaufenden Schlitz im hohlzylinderförmigen Drehkolben hilldurchgeführt ist;
    e) jeder Schieber enthält mindestens einen Ansaugkanal (64) und mindestens einen Überströmkanal (66);
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    2423949 -ιοί) der Ansaugkanal (64) führt vom Inneren des hohlen Teiles (38a) der Abtriebswelle (58) zu einer Mündung, die sich auf der in Drehrichtung hinteren Seite des betreffenden Schiebers befindet und einen solchen Abstand von der Außenseite der Abtriebswelle hat, daß sie durch den Drehkolben (18) verschlossen ist, wenn sich der betreffende Schieber bei der Berührungslinie (O°-Stellung) zwischen der Abtriebswelle und der Innenwand des Drehkolbens befindet;
    g) der überströmkanal (66) hat eine Eintrittsöffnung (68) auf der in Drehrichtung vorderen Seite des Schiebers sowie eine Austrittsöffnung (70) auf der in Drehrichtung hinteren Seite des Schiebers; letztere ist weiter von der Abtriebswelle entfernt als erstere;
    h) ein zwickeiförmiger Eaum (V) der Gehäusebohrung, der durch die Wand (14) der Bohrung (12) des Gehäuses, die Außenseite des Drehkolbens (18) und durch einen Schieber (z.B. 44), wenn sich dieser in einer Stellung (z.B. 285°) befindet, bei der der Überströmkanal im Verlaufe der Drehung des Drehkolbens gerade wieder durch diesen verschlossen worden ist, begrenzt wird; und
    i) die Gehäusebohrung hat eine Auslaßöffnung (74), die etwa gegenüber der Zündvorrichtung angeordnet ist.
  2. 2. Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (38) aus einem hohlen Teil (38a) und einem mit diesem lösbar verbundenen massiven Teil (38b) besteht.
  3. 3. Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Abtriebswelle fest verbundene Schieber (42) einen axial etwa in der Mitte angeordneten Ansaugkanal (64) und zwei seitlich von diesem angeordnete Überströmkanäle (66) enthält, und daß der auf der Abtriebswelle schwenkbar gelagerte Schieber (44) einen axial etwa in der Mitte angeordneten überströmkanal und zwei seitlich von diesem angeordnete Ansaugkanäle aufweist,
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    die über in Umfangsrichtung der Abtriebswelle verlaufende Schlitze in der Abtriebswelle mit deren Innerem in Verbindung stehen.
  4. 4. Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Schieber (44) mit zwei Lagerringen (50) verbunden ist, die schwenkbar auf der Abtriebswelle gelagert sind.
  5. 5. Drehschieber-Innenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung (74) so angeordnet ist, daß sie von einem Schieber für die Abgase geöffnet wird, wenn beide Schieber (42, 44) etwa gleich weit aus dem Drehkolben (18) herausstehen.
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