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Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen Umlaufkolben
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen
Umlaufkolben.
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Brennkraftmaschinen mit drehkolbenartigen Umlaufkolben sind in verschiedenen
Ausführungen bekannt bzw. vorgeschlagen worden. Bei solchen Brennkraftmaschinen
ergibt sich vielfach ein Gehäuse, das innen über den Umfang aus mehreren Teilkammern
besteht, die ineinander übergehen. Der Umlaufkolben selbst weist dabei eine von
der Kreisform abweichende Gestaltung auf.
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Da der Umlaufkolben im allgemeinen auf einer kreisförmigen Bahn um
die Gehäuseachse umläuft, ist es erforderlich, Getriebeteile zwischenzuschalten,
um die Drehenergie des angetriebenen Umlaufkolbens auf eine ortsfest gelagerte Welle
übertra-
gen zu können. Eine solche Brennkraftmaschine mit Umlaufkolben
ist hinsichtlich der Anzahl der Getriebeteile u.
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dgl. verhältnismäßig aufwendig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen
Umlaufkolben zu schaffen, die im Aufbau und in der Wirkungsweise einfach ist. Die
Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen Umlaufkolben zeichnet sich gemäß der Erfindung
dadurch aus, daß die Maschine eine um eine feste Achse drehbare Scheibe, einen zur
Drehachse der Scheibe außermittig gelagerten umlaufenden Ring, in der Scheibe radial
verlaufende Zylinder mit darin verschiebbaren Kolben, Gelenkverbindungsteile zwischen
den äußeren Enden der Kolben und dem umlaufenden Ring sowie Einlaßkanäle für das
Brenngasgemisch in der Scheibe und Auslaßkanäle für die Abgase in bzw. am umlaufenden
Ring aufweist.
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Durch einen solchen Aufbau der Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen
Umlaufkolben wird ein Maschinenaufbau erreicht, der aus verhältnismäßig einfachen
Teilen besteht.
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Die kinematischen Verhältnisse der Umlaufkolben-Brennkraftmaschine
sind übersichtlich und einfach zu beherrschen.
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Zwischengetriebeteile bzw. Getrieberäder od.dgl. sind nicht erforderlich.
Je nach Größe der Maschine wird man mehrere verschiebbare Kolben in der drehbar
gelagerten Scheibe vorsehen. Vorteilhaft verwendet man mindestens zwei oder drei
verschiebbare Kolben, um die Gleichmäßigkeit des Antriebsimpulses zu erhöhen. Prinzipiell
kommt man mit einem verschiebbaren Kolben aus. Die Brennkraftmaschine gemäß der
Erfindung ist sehr leistungsstark.
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Vorteilhaft sind die Kolben mittels eines Gelenkes, z.B.
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eines Querzapfens od.dgl., in dem umlaufenden Ring geiagert. Hierbei
kann der Querzapfen od.dgl. in einer bogenförmigen Führung des umlaufenden Ringes
gleiten. Auf diese Weise wird ein zwängungsfreies Verschieben des Kolbens in den
zugehörigen Zylindern bei der Relativbewegung zwischen drehbarer Scheibe und umlaufendem
Ring gewährleistet.
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Für die Abdichtung genügt ein an der Verbindungsstelle zwischen Kolben
und Ring angeordneter Abdeckschieber, der mit dem Gleiten des Gelenkes bzw. Querzapfens
in der bogenförmigen Führung mitbewegt wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zu dem geschlossenen
Ende der Zylinderräume die Einlaßleitungen für das Brenngas-LuSt-Gemisch vorgesehen.
Ein Uberströmkanal kann von dem geschlossenen Ende der Zylinderräume zu dem zugehörigen
sich bildenden Raum zwischen Scheibe und Ring angeordnet sein, damit die durch die
Kolben komprimierten Gase in den zugehörigen Brennraum zwischen Scheibe und Ring
übergeführt werden können. Hierbei können in der Leitung und in dem Kanal Ventile
angeordnet sein, die jeweils den Durchlaß für die einströmenden Gase und die komprimierten
Gase zulassen. Als Ventile können auf vorbestimmte Druckhöhe einstellbare Rückschlagventile
vorgesehen werden.
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Man kann aber auch eine unmittelbare Ventilsteuerung bzw.
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Schiebersteuerung verwenden, bei der die Steuerung durch den verschiebbaren
Kolben od.dgl. erfolgt.
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Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der umlaufende
Ring in radialer Richtung durchbrochen ausgebildet, um den Abgasen das Abströmen
zu ermöglichen. Hierbei wird der umlaufende Ring vorteilhaft von einem weiteren,
den Auslaßbereich begrenzenden Ring od.dgl. umgeben. Dieser
kann
verstellbar angeordnet sein, um den Beginn des Ausströmens der Abgase regulieren
zu können. Der Auslaßbereich des letzteren Ringes erstreckt sich Uber den restlichen
Drehbereich des Kolbens, der von den Brenngasen beaufschlagt worden ist. Auf diese
Weise wird eine vollständige Entlüftung der sich bildenden, zur Vorderseite des
Kolbens vorhandenen Zwischenräume zwischen der drehbar gelagerten Scheibe und dem
umlaufenden Ring gewährleistet.
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Uber den Auslaßbereich erstreckt sich in ringförmigem Verlauf der
Auslaßkanal, von dem die Abgase abgeführt werden.
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Die Kolben in der drehbaren Scheibe können mit einem kreisförmigem
Querschnitt versehen sein. Vorzugsweise weisen die Kolben einen mehr oder weniger
flachen, z.B. Rechteckquerschnitt auf. Die Höhe des Rechteckquerschnittes richtet
sich nach der Höhe der drehbaren Scheibe bzw. des umlaufenden Ringes.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
nachstehend erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Brennkraftmaschine mit drehkolbenartigen
Umlaufkolben gemäß der Erfindung in Ansicht und im Schema.
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Fig. 2 bis 4 stellen verschiedene Phasen der Brennkraftmaschine der
Fig. 1 bei einem vollen Umlauf um )60° schematisch dar.
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Fig. 5 veranschaulicht einen senkrechten Schnitt durch die Brennkraftmaschine
gemäß der Erfindung im Schema.
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Fig. 6 und 7 zeigen im Ausschnitt und im Schema die Aus-
bildung
eines Schieberventils zur Uberleitung der komprimierten Gase zu dem Brennraum.
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Die Brennkraftmaschine im Rotationssystem setzt sich im wesentlichen
aus einer drehbar gelagerten Scheibe 1 und einem umlaufenden Ring 2 zusammen, deren
Mittelachsen zueinander versetzt angeordnet sind. Die Scheibe 1 ist um die Achse
3 gelagert, während der umlaufende Ring 2 um die Achse 4 gelagert ist. Diese Achsen
5 und 4 liegen auf einer Radialen, so daß Scheibe 1 und umlaufender Ring 2 sich
an einer Stelle berühren. In der Scheibe 1 sind verschiebbare Kolben, z.B. drei
Kolben 5, 6 und 7, angeordnet, die in entsprechenden Ausnehmungen 8, 9 und 10 der
Scheibe 1 hin und her gleiten können. Jeder Kolben 5, 6, 7 ist mittels eines Gelenkes
mit dem umlaufenden Ring 2 in Verbindung. Hierzu kann der Kolben mittels eines Querzapfens
11, 12, 13 in einer bogenförmigen Führung 14, 15, 16 des umlaufenden Ringes hin
und her gleiten, um Zwängungen bzw.
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Klemmungen beim Verschieben der Kolben in den Ausnehmungen während
eines Umganges zu vermeiden. Die bogenförmigen Führungen können zur Erhöhung der
Dichtigkeit geschlossene Nuten sein. Es greifen die Kolben 5,6,7 jeweils in entsprechende
Aussparungen 17, 18, 19 des umlaufenden Ringes 2. Zur Abdichtung der Kolben gegenüber
den Aussparungen 17, 18, 19 können Abdeckschieber 20, 21, 22 vorgesehen sein, die
mit dem Kolben entsprechend mitgehen und in entsprechenden Nuten liegen, die sich
auf der Innenfläche des umlaufenden Ringes 2 befinden.
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Für jeden Zylinderraum 8, 9, 10 ist eine Einlaßleitung 23 in der drehbaren
Scheibe 1 vorgesehen, die über ein Ventil 24 zu dem geschlossenen Ende des Zylinders
8 führt.
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An der gegenüberliegenden Seite ist ein Überströmkanal 25 vorgesehen,
dem ein Ventil 26 zugeordnet ist. Diese Ventile sind vorteilhaft Rückschlagventile
und stehen in geeigneter Weise unter Federdruck, wobei die Federstärke entsprechend
vorbestimmt ist. Der besseren Übersicht wegen sind die Kanäle mit den Ventilen nur
bei dem Kolben 5 eingezeichnet. Bei den anderen Kolben sind diese in gleicher Weise
in der drehbaren Scheibe 1 angeordnet.
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Der umlaufende Ring 2 ist auf dem ganzen Umfang mit Durchbrechungen
27 versehen, die in radialer Richtung verlaufen. Diese Durchbrechungen dienen zum
Abströmen der Abgase.
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Der Auslaßbereich für die Abgase wird durch einen den umlaufenden
Ring umgebenden weiteren Ring 28 bestimmt. Dieser ist auf einem vorbestimmten Teil
des Umfangs ebenfalls durchbrochen ausgebildet oder weist einen Schlitz 29 auf.
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Der weitere Ring 28 kann unmittelbar durch das Gehäuse 28a der Brennkraftmaschine
gebildet werden. Ein Abgaskanal 50 kann sich über den Umfangsteil des Auslaßbereiches
29 des Ringes 28 bzw. des Gehäuses 28a erstrecken. Die Verwendung eines Ringes 28
hat den Vorteil, daß dieser gegenüber dem umlaufenden Ring verstellt werden kann,
so daß der Auslaßbereich 29 hinsichtlich der abströmenden Gase in gewisser Hinsicht
reguliert werden kann.
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Die drehbare Scheibe 1 ist mit einer Abtriebswelle 31 versehen, die
bei 32 des Gehäuses 28a gelagert ist. Auf der gegenüberliegenden Seite der drehbaren
Scheibe 1 ist ein Stutzen 33 angeordnet, zu dem die Einlaßleitung 34 für das Brenngas-Luft-Gemisch
führt. Außerdem kann durch diesen Stutzen 33 die elektrische Zündleitung 35 für
die Zündkerzen geführt werden, die das Brenngas-Luft-Gemisch im geeigneten
Zeitpunkt
zur Entzündung bringen. Der umlaufende Ring 2 ist mittels des Kragens 56 in dem
Gehäuse 28a bzw. dem Lagerflansch 37 gelagert.
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Fig. 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Steuerung der
Überströmleitung 25 durch einen Schieber 38, der unter der Wirkung einer Feder 59
steht, wobei der Schieber )8 mit einer Durchströmöffnung 40 versehen ist. Im geeigneten
Augenblick, d.h. in der Stellung der höchsten Kompression, wird der Schieber 38
entgegen der Wirkung der Feder 39 verschoben, so daß die Öffnung 40 den Weg von
dem Kompressionsraum des Kolbens 5 zu dem Uberströmkanal 25 freigibt. Nach Zurückgehen
des Kolbens 5 verschließt der Schieber )8 den Zugang zu dem Uberströmkanal 25 unter
der Wirkung der Feder 39.
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Beginnend bei der Stellung der Teile der Fig. 1 ergibt sich, daß der
Kolben 5 seine Kompressionsstellung erreicht hat. Das in dem Kompressionsraum 8a
komprimierte Brenngas-LuSt-Gemisch ist, sobald der gewünschte Druck erreicht ist,
durch den Uberströmkanal 25 bei geöffnetem Ventil in den Brennraum 41 gelangt, in
dem die Zündung bewirkt werden kann. Hierbei ist das Einlaßventil 24 geschlossen
und das Ventil 25 wird sogleich in die Schließstellung überführt, nachdem der Druck
in dem Brennraum 41 sich gegenüber dem Druck des komprimierten Gases erhöht hat.
Die Gase in dem Brennraum 41 wirken nunmehr auf die Flanke 6a des vorangegangenen
Kolbens 6 und üben hierbei einen Drehimpuls auf die Scheibe 1 aus. Mit der Drehung
der Scheibe 1 erfolgt auch eine Drehung des umlaufenden Ringes 2 über die Gelenkverbindung
eines der Kolben. Bei Weiterdrehen des Systems wird der Kolben aus dem Zylinderraum
8 zurückge-
führt. Der Kolben 5 hat nunmehr den Ansaughub begonnen.
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Durch den entstehenden Unterdruck wird das Brenngas-Luft-Gemisch durch
die Einlaßleitung 25 angesaugt. Da bei weiterem Heraustreten des Kolbens 5 aus der
drehbaren Scheibe 1 eine stets wachsende Flankenfläche 5a entsteht, wird nach einer
vorbestimmten Winkeldrehung eine Stellung erreicht, bei der die Abgase durch die
Durchbrechungen 27 und den Auslaßbereich 29 des weiteren Ringes 28 in den Auspuffkanal
30 strömen können (Fig. 2). Nach Erreichen eines Drehwinkels von 1800 hat der Kolben
5 seine höchste ausgefahrene Lage erreicht. Von dort ab bewegt er sich wieder zur
Mitte des Systems, so daß das angesaugte Brenngas-Luft-Gemisch in dem Zylinderraum
8 komprimiert wird. Das Ventil 24 wird geschlossen, wobei auch das Ventil 26 in
dem Uberströmkanal 25 bis zur höchsten Komprimierung des Brenngas-LuSt-Gemisches
in dem Zylinder 8 geschlossen bleibt. Die in den anderen Räumen 42 und 43 zwischen
den Kolben befindlichen Restgase können während der weiteren Drehung des Systems
durch den Auslaßbereich 29 ungehindert abströmen. Sobald der Brennraum 41 im Entstehen
begriffen ist, kann das komprimierte Gas im geeigneten Zeitpunkt überströmen, nämlich
sobald der Druck des komprimierten Gases höher ist als die Gegenhaltekraft des Ventils
26.
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Dieselben Vorgänge spielen sich bei den anderen Kolben 6 und 7 ab,
wobei die Drehimpulse der gezündeten Brenngase unmittelbar nacheinander folgen.
Bei Aneinanderreihung mehrerer Aggregate, die auf dieselbe Abtriebswelle 51 wirken,
ergibt sich ein kontinuierlicher Antrieb der Abtriebswelle. Die Brennräume werden
in der restlichen Zeit des Umlaufes des Systems vollständig entlüftet und entlüftet
gehalten.