DE3530131A1 - Zweitaktbrennkraftmaschine - Google Patents
ZweitaktbrennkraftmaschineInfo
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- DE3530131A1 DE3530131A1 DE19853530131 DE3530131A DE3530131A1 DE 3530131 A1 DE3530131 A1 DE 3530131A1 DE 19853530131 DE19853530131 DE 19853530131 DE 3530131 A DE3530131 A DE 3530131A DE 3530131 A1 DE3530131 A1 DE 3530131A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B11/00—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type
- F01B11/08—Reciprocating-piston machines or engines without rotary main shaft, e.g. of free-piston type with direct fluid transmission link
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Description
Die Erfindung betrifft eine Zweitaktbrennkraftmaschine, bestehend
aus folgenden Bauteilen, nämlich
- - einem Zylindergehäuse mit wenigstens einem Zylinder, in dessen
Innenraum taktweise gesteuert durch jeweils ein Einlaßsteuerorgan
- a) Luft und Brennstoff entweder getrennt voneinander oder bereits gemischt, und
- b) eine einen Hydraulikkolben bildende Flüssigkeitsmenge einspeisbar sind,
- - einem unterhalb des/der Zylinder beabstandet davon angeordneten Vor
ratsbehälter für jene in diesem zu einem bestimmten Füllstand be
findliche Flüssigkeit, aus der während jedes Zweitaktzyklus′ pro
Zylinder einmal eine exakt den Hydraulikkolben bildende Flüssigkeits
menge entnehmbar ist,
- - einem am Zylindergehäuse angeschlossenen Steuergehäuse, das pro Zylin
der zwei nebeneinander angeordnete, durch eine Zwischenwand getrennte
und in den Vorratsbehälter bis unter den Flüssigkeitsspiegel hinein
ragende Steuerkammer aufweist, in deren durch planparallele Innensei
ten und runde Aussenseiten begrenten Innenräumen in Dichtkontakt um
laufende, gegen Verdrehung gesichert auf einer Motorantriebswelle
sitzende schweibenförmige Rotoren, nämlich in der Förderkammer ein
Förderrotor und in der Entspannungskammer ein Antriebsrotor arbeiten,
von denen jeder längs eines Umfangsabschnittes eine beidseitig durch
Steuerkanten begrenzte Aussparung besitzt, wobei die Förderkammer
über eine die Kammerwand durchdringende Einlaßöffnung und die Ent
spannungskammer über eine die Kammerwand durchdringende Auslaßöffnung
mit der im Vorratsbehälter befindlichen Flüssigkeit in Verbindung ste
hen und wobei durch die Aussparung am Förderrotor zusammen mit der Kam
merwand der Förderkammer das Volumen der den Hydraulikkolben bildenden
Flüssigkeitsmenge begrenzt ist, wobei ferner in einem Arbeitstakt die in
einem Zylinder befindliche, einen Hydraulikkolben bildende Flüssigkeits
menge
- a) sich unter dem Druck der nach Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches
im Brennraum entstehenden Verbrennungsgase nach Öffnen eines Auslaß
steuerorganes durch einen Auslaßkanal in die Entspannungskammer und
dort in die Aussparung des Antriebsrotors hinein entspannt, dabei an
deren Drehrichtung vorderen Steuerkante des letzteren angreift und
diesen samt Motorantriebswelle in Rotation versetzt, und
- b) schließlich nach Aufsteuerung der Auslaßöffnung durch die vordere Steuerkante aus der Aussparung in den Vorratsbehälter entweicht, gleichzeitig durch den Förderrotor mit dessen in Drehrichtung hinterer Steuerkante bis zum Verschließen der Einlaßöffnung durch die in Drehrichtung vordere Steuerkante eine neue Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter in die Aussparung des Förderrotors angesaugt wird,
- a) sich unter dem Druck der nach Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches
im Brennraum entstehenden Verbrennungsgase nach Öffnen eines Auslaß
steuerorganes durch einen Auslaßkanal in die Entspannungskammer und
dort in die Aussparung des Antriebsrotors hinein entspannt, dabei an
deren Drehrichtung vorderen Steuerkante des letzteren angreift und
diesen samt Motorantriebswelle in Rotation versetzt, und
- während im anschließenden Ladetakt durch den Förderrotor mit dessen in Drehrichtung vorderer Steuerkante die in der Aussparung während des Arbeitstaktes aufgenommene neue Flüssigkeitsmenge aus der Aussparung und der Förderkammer heraus bei offenem Einlaßsteuerorgan durch den Einlaßkanal in den Zylinder pumpbar und dadurch die Luft bzw. das Brennstoff-Luft-Gemisch, die bzw. das bereits gegen Ende des Arbeits taktes in den Zylinder eingeleitet wurde, komprimierbar ist, gleich zeitig mit dem Antriebsrotor nach Schließen der Auslaßöffnung durch die in Drehrichtung hintere Steuerkante noch in der Entspannungskammer befindliche Verbrennungsgase über eine Auspufföffnung austreibbar sind, nach Patentanmeldung P 34 25 128.6-13.
Erprobungen einer solchen Zweitaktbrennkraftmaschine haben gezeigt, daß
beim Eintritt der den Hydraulikkolben bildenden Flüssigkeit in einen
Zylinder deren Oberfläche nicht glatt, sondern unregelmäßig und von Schwin
gungen behaftet ist. Letzteres resultiert daraus, weil die Einströmung
praktisch einseitig aufwärts gerichtet ist, was insbesondere im oberen
Teil des Zylinders zu unruhigen Bewegungen der Flüssigkeitsoberfläche
führt, wodurch ein einwandfreier Betrieb beim Zuführen und Zünden des
Brennstoff-Luft-Gemisches gestört werden kann.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Zweitaktbrennkraftmaschine der
eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß die Oberfläche der takt
weise in den Zylinder einzuspeisenden, den Hydraulikkolben bildenden
Flüssigkeit nach Eintritt derselben in den Zylinder beruhigbar und damit
ein störungsfreier Maschinenbetrieb sichergestellt ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Zylinder ein
darin axial hin- und herbeweglicher Schwimmer vorgesehen ist, der durch
fest innerhalb des Zylinders von dessen Zylinderwand radial einwärts
beabstandete Führungsbahnen geführt und dessen Abwärtsbewegung in Rich
tung Triebwerksraum durch einen Anschlag begrenzt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Lösung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines Schwimmers wird die Oberfläche
der in den Zylinder einströmenden, den Hydraulikkolben bildenden Flüssig
keit nachhaltig beruhigt. Damit ist sichergestellt, daß praktisch keine
Störungen beim Zuführen und Zünden des im Zylinder befindlichen Brenn
stoff-Luft-Gemisches auftreten können. Der Schwimmer selbst ist vorzugs
weise als leichter, dünnwandiger Hohlkörper ausgebildet, der in den
äußeren Abmessungen im Vergleich zum Zylinderbohrungsdurchmesser kleiner
und damit genügend Zwischenraum vorhanden ist, um eine einwandfreie Ab
führung der Verbrennungsgase und Spülung des Brennraumes sicherzustellen.
Die Führungsbahnen gewährleisten in Verbindung mit dem Anschlag eine
sichere und leichtgängige Führung für den Schwimmer, so daß dessen axi
ale Hubbewegungen in festgesetzten Grenzen ungehindert ablaufen können.
Nachstehend ist die erfindungsgemäße Lösung in Verbindung mit der
Zweitaktbrennkraftmaschine, in der diese zur Anwendung kommt, näher
beschrieben. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1A vereinfacht dargestellt im Schnitt eine hier einzylin
drige Zweitaktbrennkraftmaschine, bei der die erfindungs
gemäße Lösung in Form eines ersten Ausführungsbeispieles
aufgezeigt ist.
Fig. 1B einen Querschnitt durch die Darstellung von Fig. 1A ent
lang der dort eingezeichneten Schnittlinie C-C.
Fig. 1C eine Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung in einem
Teilausschnitt der Zweitaktbrennkraftmaschine nach Fig. 1A.
Fig. 1D eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung
in einem Teilausschnitt der Zweitaktbrennkraftmaschine
nach Fig. 1A.
Fig. 1E eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Einrichtung
in einem geringfügig abgewandelten Teil der Zweitakt
brennkraftmaschine nach Fig. 1A.
Fig. 1F einen Querschnitt durch die Darstellung von Fig. 1E ent
lang der dortigen Schnittlinie F-F.
Fig. 2 vereinfacht dargestellt im Schnitt eine hier vierzylin
drige Zweitaktbrennkraftmaschine in Verbindung mit dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie in Fig. 1A gezeigt.
Fig. 3a, 4a, 5a, 6a jeweils einen Schnitt durch die Zweitaktbrennkraftmaschine
gemäß Fig. 1A entlang der dort eingetragenen Schnitt
linie A-A, mit jeweils einer anderen Stellung bewegter
Organe während eines Zweitaktzyklus′.
Fig. 3b, 4b, 5b, 6b jeweils einen Schnitt durch die Zweitaktbrennkraftmaschine
gemäß Fig. 1A entlang der Schnittlinie B-B, mit jeweils
einer anderen Stellung bewegter Organe während eines Zwei
takt-Zyklus′.
In den Figuren sind gleiche bzw. einander entsprechende Bauteile mit
gleichen Bezugszeichen versehen. Zunächst ist jene Zweitaktbrennkraft
maschine hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise beschrieben, bei der die
erfindungsgemäße Einrichtung zur Anwendung kommt. Diese Zweitaktbrenn
kraftmaschine besteht aus folgenden Hauptelementen, nämlich einem Zylin
dergehäuse 1 mit wenigstens einem Zylinder 2, einem unterhalb des/der
letzteren beabstandet davon angeordneten Vorratsbehälter 3 für eine
Flüssigkeit 4, und einem am Zylindergehäuse 1 angeschlossenen Steuer
gehäuse 5, das pro Zylinder 2 zwei nebeneinander angeordnete, durch eine
Zwischenwand 6 getrennte und in den Vorratsbehälter 3 bis unter den
Flüssigkeitsspiegel 7 hineinragende Steuerkammer, nämlich eine Förder
kammer 8 und eine Entspannungskammer 9, aufweist. Im Vorratsbehälter 3
ist die Flüssigkeit 4 bis zu einem bestimmten Füllstand vorhanden. Aus
diesem Flüssigkeitsvorrat wird während jedes Zweitaktzyklus′ pro Zylin
der 2 einmal exakt eine einen Hydraulikkolben bildende Flüssigkeitsmenge
entnommen, die später wieder vollständig in den Vorratsbehälter 3 zurück
geleitet wird. Einzelheiten hierzu sind weiter hinten angegeben.
In den durch planparallele Innenseiten 10 und 11 bzw. 12 und 13 sowie
runde Außenseiten 14 bzw. 15 begrenzten Innenräumen der Förderkammer 8
und Entspannungskammer 9 arbeiten in Dichtkontakt umlaufende, gegen
Verdrehung gesichert auf einer Motorantriebswelle 16 sitzende scheiben
förmige Rotoren, nämlich in der Förderkammer 8 ein Förderrotor 17 und
in der Entspannungskammer 9 ein Antriebsrotor 18. Jeder dieser beiden
Rotoren 17, 18 besitzt längs eines Umfangsabschnittes eine beidseitig
durch Steuerkanten begrenzte Aussparung, wobei die Aussparung im För
derrotor 17 mit 19, deren Grund mit 20, deren in Drehrichtung vordere
Steuerkante mit 21 und deren in Drehrichtung hintere Steuerkante mit 22
bezeichnet sind, während die Aussparung im Antriebsrotor 18 mit 23,
deren Grund mit 24, deren in Drehrichtung vordere Steuerkante mit 25
und deren in Drehrichtung hintere Steuerkante mit 26 bezeichnet sind.
Durch die Aussparung 19 am Förderrotor 17 wird zusammen mit der Kammer
wand 14 der Förderkammer 8 exakt das Volumen der den Hydraulikkolben
bildenden und in den Zylinder 2 einzuspeisenden Flüssigkeitsmenge räum
lich begrenzt und damit auch wertmäßig vorgegeben.
Diese Zweitaktbrennkraftmaschine kann sowohl nach dem Selbstzündungs-
als auch Fremdzündungsprinzip und mit jedem herkömmlichen flüssigen
oder gasförmigen Brennstoff arbeiten. In jeden Zylinder 2 sind dabei zur
Bildung eines Brennstoff-Luft-Gemisches taktweise gesteuert durch ein
Einlaßsteuerorgan Luft und Brennstoff entweder getrennt voneinander oder
bereits gemischt einspeisbar.
In Fig. 1A ist durch eine Zündkerze 27 das Prinzip der Fremdzündung die
ser dort dargestellten Zweitaktbrennkraftmaschine angedeutet. Wie gut aus
den Fig. 3b, 4b, 5b und 6b ersichtlich, gelangt entweder zur Verbren
nung erforderliche Luft oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch über einen Ein
laßkanal 28 durch ein taktweise gesteuertes Einlaßsteuerorgan 29 in ein
zylinderinternes Steigrohr 30 mit auslaßseitig angeordnetem, nur in
Zuflußrichtung durchlassendem Rückschlagventil 31 (im einfachsten Fall
eine drehbeweglich gelagerte Rückschlagklappe) und von dort in den Innen
raum des Zylinders 2. Der Brennstoff muß nicht notwendigerweise bereits
mit Luft gemischt auf vorgenannten Wegen in den Zylinder 2 gelangen; die
Einspeisung des zur Verbrennung erforderlichen Brennstoffes in einen
Zylinder 2 kann auch durch einen separaten Brennstoffeinlaßkanal oder
ein Einspritzventil erfolgen. Letzteres ist bei der in Fig. 2 für eine
Zündfolge 1 - 3 - 2 - 4 ausgelegten vierzylindrigen Zweitaktbrennkraft
maschine durch Anordnung von Einspritzventilen 32 an der Oberseite der
Zylinder 2 und das Fehlen von Zündkerzen angedeutet, so daß diese Zwei
taktbrennkraftmaschine nach dem Selbstzündungsprinzip mit Einspritzung
des Kraftstoffes arbeitet. Die zur Verbrennung erforderliche Luft wird
dabei wie bei der Zweitaktbrennkraftmaschine nach Fig. 1A über die gleichen
Organe, also pro Zylinder 2 einen Einlaßkanal 28, ein Einlaßsteuerorgan
29 und ein Steigrohr 30 mit Rückschlagventil 31 in jeweils einen der hier
vier Zylinder 2 eingeleitet.
In jeden vorhandenen Zylinder 2 ist über einen Einlaßkanal 33 taktweise
gesteuert durch ein Einlaßsteuerorgan 34 mittels des zugehörigen Förder
rotors 17 eine bestimmte Flüssigkeitsmenge einspeisbar, die aus dem
Vorratsbehälter 3 über eine die Kammmerwand durchdringende Einlaßöff
nung 35 in den Innenraum der Förderkammer 8 angesaugt wird. Details die
ser Vorgänge sind weiter hinten anhand der Funktionsbeschreibung näher
erläutert. Die in einem Zylinder 2 befindliche Flüssigkeit ist aus die
sem durch einen Auslaßkanal 36 nach Öffnen eines taktweise gesteuerten
Auslaßsteuerorgans 37 in die Entspannungskammer 9 einleitbar und aus
dieser über eine die Kammerwand durchdringende Auslaßöffnung 38 in den
Vorratsbehälter 3 zurückleitbar. Details dieses Vorgangs sind ebenfalls
weiter hinten anhand der Funktionsbeschreibung näher erläutert. Bei der
im Vorratsbehälter bevorrateten Flüssigkeit kann es sich um Wasser oder
um Hydrauliköl oder ein anderes geeignetes flüssiges Medium handeln.
Der Einlaßkanal 33 und der Auslaßkanal 36 zweigen nebeneinanderliegend
jeweils unten an einem Zylinder 2 ab und erstrecken sich durch das Zylin
dergehäuse 1 sowie das sich unten an diesem anschließende Steuergehäuse 5
hindurch bis zur Förderkammer 8 bzw. Entspannungskammer 9 hin.
Das Einlaßsteuerorgan 34 und das Auslaßsteuerorgan 37 für die den Hydrau
likkolben bildende Flüssigkeit können in einfachsten Fall jeweils durch
eine den Einlaßkanal 33 bzw. Auslaßkanal 36 taktweise öffnende und wieder
verschließende, zwischen zwei Endstellungen verschwenkbare Ventilklappe
gebildet sein (siehe die entsprechenden Darstellungen in der Zeichnung).
Die Ventilklappen 34, 37 sitzen fest in bestimmter Lage zueinander
auf einer drehbaren Steuerwelle 39 und sind entweder über diese
synchronisiert auf die Bewegung der beiden Rotoren 17, 18 oder durch
die Rotoren 17, 18 unmittelbar zwangsweise gesteuert betätigbar; letzteres
ist in der Zeichnung dargestellt. Die Steuerwelle 39 ist dabei in der
Trennebene zwischen Zylindergehäuse 1 und Steuergehäuse 5 in jeweiligen
Lagerhalbschalen gelagert. Die Endstellungen der pro Zylinder 2
jeweils beiden Ventilklappen 34, 37 sind durch Anschlagflächen begrenzt,
wobei die die Schließstellung der beiden Ventilklappen 34, 37 begren
zenden Anschlagflächen 40 und 41 jeweils am Boden des Zylindergehäuses 1
angeordnet sind, während die die Öffnungsstellung der pro Zylinder 2
jeweils beiden Ventilklappen 34, 37 begrenzenden Anschlagflächen durch
den Grund 20 bzw. 24 der Aussparung 19 bzw. 13 im Förderrotor 17 bzw.
Antriebsrotor 18 gebildet sind. Die äußeren Enden der pro Zylinder 2
jeweils beiden Ventilklappen 34, 37 sind dabei so ausgebildet, daß
im Falle des Anliegens an dem jeweiligen Grund 20 bzw. 24 der Aus
sparung 19 bzw. 23 ein dichtender Gleitkontakt gegeben ist. Im Falle
einer Steuerung der Ventilklappen über die Steuerwelle 39 ist diese an
eine Vorrichtung angeschlossen, die in Abhängigkeit von der Drehstellung
der Motorantriebswelle 16 arbeitet und die Steuerwelle 39 dementsprechend
betätigt. Im anderen Falle, also wenn die besagten Ventilklappen durch
die Rotoren 17, 18 unmittelbar zwangsweise gesteuert sind (welcher Fall
in der Zeichnung dargestellt ist), erfolgt diese Zwangssteuerung der pro
Zylinder 2 beiden Ventilklappen 34, 37 durch die Umfangsfläche der beiden
Rotoren 17, 18; diese Umfangsfläche setzt sich jeweils aus einem äußeren,
in Dichtkontakt mit der jeweiligen Kammerwand 14, 15 stehenden Kreis
segmentbogenstück 42 (am Förderrotor 17) bzw. 43 (am Antriebsrotor 18),
den beidseitig jeweils daran anschließenden Steuerkanten 21, 22 bzw. 25,
26 und dem Grund 20, 24 der Aussparung 19, 22 im jeweiligen Rotor 17 bzw.
18 zusammen, wobei die Schwenkbewegungen der beiden Ventilklappen 34, 37
durch die Steuerkanten gesteuert, die Schließstellung durch die Kreis
segmentbogenstücke und die Öffnungsstellung durch den Grund der Ausspa
rung gesteuert sind.
Nachfolgend sind die Funktion und das Zusammenwirken der Teile der vor
stehend beschriebenen Zweitaktbrennkraftmaschine anhand der Fig. 3
bis 6 dargelegt. In diesen Figuren ist ein vollständiger, innerhalb einer
Umdrehung der Motorantriebswelle 16 ablaufender, aus Arbeitstakt und
Ladetakt bestehender Zweitaktzyklus dieser Brennkraftmaschine anhand ver
schiedener Stellungen der beiden Rotoren 17, 18, der Einlaßsteuerorgane 29
und 34 sowie des Auslaßsteuerorganes 37 aufgezeigt, wobei in den Fig.
3a, 4a, 5a und 6a die Vorgänge in einer Förderkammer 8 und in den Fig.
3b, 4b, 5b und 6b die Vorgänge in einer Arbeitskammer 9 zu sehen sind.
Es bleibt anzumerken, daß die Darstellungen willkürlich aus einem Zwei
takt-Zyklus herausgegriffene Positionen der miteinander zusammenwirken
den Teile zeigen. Die Fig. 3a und 3b zeigen die Ausgangsstellung der
besagten Maschinenteile für nachfolgende Betrachtungen; dabei ist der
Zylinder 2 praktisch vollständig mit einer bestimmten Flüssigkeitsmenge
gefüllt, die einen Hydraulikkolben bildet. Die im Brennraum 44 befindliche
Luft bzw. das im Brennraum 44 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch, welche
bzw. welches beim Füllvorgang des Zylinders 2 durch die eingepumpte
Flüssigkeit komprimiert wurde, entzündet sich im Falle der Ausbildung
der Brennkraftmaschine als selbstzündende Brennkraftmaschine bei ent
sprechendem Druck selbst bzw. bei Ausbildung der Brennkraftmaschine
als fremdgezündete Brennkraftmaschine durch Zündung mittels der Zünd
kerze 27.
Nach Zündung des im Brennraum komprimierten Brennstoff-Luft-Gemisches
entsteht Verbrennungsgas, durch dessen Druck im Arbeitstakt die in einem
Zylinder 2 befindliche Flüssigkeitsmenge nach Öffnen des Auslaßsteuer
organes 37 durch den Auslaßkanal 36 in die Entspannungskammer 9 und dort
in die Aussparung 23 des Antriebsrotors 18 hineingepreßt wird und dort
an der in Drehrichtung vorderen Steuerkante 25 angreift und so den An
triebsrotor 18 samt Motorantriebswelle 16 in Rotation versetzt (siehe
die Bildfolge von Fig. 3b nach Fig. 4b). Nach der Aufsteuerung der Auslaßöff
nung 38 durch die in Drehrichtung vordere Steuerkante 25 (siehe die Stel
lung des Antriebsrotors 18 in Fig. 4b) entweicht die in der Aussparung 23
des Antriebsrotors 18 befindliche Flüssigkeitsmenge unter Entspannung in
den Vorratsbehälter 3 hinein. (Die diesbezügliche Stellung des Antriebs
rotors 18 ist gut aus Fig. 4b ersichtlich.) Gegen Ende dieses Vorganges
wird wieder frische Luft bzw. ein neues Brennstoff-Luft-Gemisch über das
dann offene Einlaßsteuerorgan und das Steigrohr 30 in den Zylinder 2
eingeleitet. Gleichzeitig wird während des vorbeschriebenen Vorganges,
also noch während des Arbeitstaktes, durch den Förderrotor 17 mit dessen
in Drehrichtung hinterer Steuerkante 22 bis zum Verschließen der Einlaß
öffnung 35 durch die in Drehrichtung vordere Steuerkante 21 eine neue
Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter 3 in die Aussparung 19 ange
saugt; dieser Vorgang ist gut aus der Figurenfolge von Fig. 3a und Fig. 4a
erkennbar.
Im anschließenden Ladetakt (siehe die Figurenfolge über Fig. 5a nach
Fig. 6a) wird durch den Förderrotor 17 mit dessen in Drehrichtung vorde
rer Steuerkante 21 die in der Aussparung 19 während des Arbeitstaktes auf
genommene neue Flüssigkeitsmenge aus der Aussparung 19 und der Förder
kammer 8 heraus bei offenem Einlaßsteuerorgan 34 durch den Einlaßkanal
33 in den Zylinder 2 hineingepumpt und dadurch jene Luft bzw. jenes
Brennstoff-Luft-Gemisch, die bzw. das vorher schon in den Zylinder 2
eingeleitet wurde, komprimiert. Gleichzeitig wird während dieses
Vorganges, also ebenfalls während des Ladetaktes, durch den Antriebs
rotor 18 nach Schließen der Auslaßöffnung 36 durch die in Drehrichtung
hintere Steuerkante 26 (siehe Fig. 5b) noch in der Entspannungskammer 9
befindliches Verbrennungsgas aus dieser herausgetrieben. Das Verbren
nungsgas entweicht dabei durch die im Vorratsbehälter 3 bevorratete
Flüssigkeit 4 in den über den Flüssigkeitsspiegel 7 liegenden Teil des
Vorratsbehälters 3. An diesen Teil des Vorratsbehälters könnte eine
Abgasauslaßleitung für die Abführung der Abgase angeschlossen sein.
Im dargestellten Fall ist für eine zwangsgesteuerte Abführung des Ab
gases ein vom oberen Teil im Bereich der Ausschubseite der Entspannungs
kammer 9 abzweigender Auspuffkanal 45 vorgesehen, an dem eine nicht dar
gestellte Abgasleitung angeschlossen ist. Die zwangsweise Abführung der
Abgase aus dem Vorratsbehälter 3 erfolgt dabei durch den Antriebsrotor 18,
wobei - wie aus der Figurenfolge beginnend bei Fig. 5b über Fig. 6b und
Fig. 3b nach Fig. 4b ersichtlich - zunächst mittels der Steuerkante 25
Abgas durch eine Öffnung 46 zwischen Flüssigkeitsspiegel 7 und einem
Kammerwanddurchbruch in den abgasauslaßseitigen Teil der Entspannungs
kammer 9 eingesaugt wird (siehe Fig. 5b nach Fig. 6b). Anschließend wer
den die dort in diesem Entspannungskammerteil befindlichen Abgase durch
die andere Steuerkante 26 am Antriebsrotor 18 durch den Abgaskanal 45
ausgeschoben (siehe den Bewegungsablauf von Fig. 4b nach Fig. 5b).
Ein solcher, wie vorstehend beschriebener Zweitaktzyklus, der während
einer Umdrehung der Motorantriebswelle 16 abläuft, wiederholt sich in
gleicher Weise fortlaufend. Aus Sicht der Zeichnung bedeutet dies, daß
sich an die Fig. 6a wiederum die Fig. 3a und an die Fig. 6b wiederum die
Fig. 3b anschließen würden. Im Fall der Maschine gemäß Fig. 2 laufen diese
Vorgänge der Zündfolge 1 - 3 - 2 - 4 entsprechend in den Zylindern win
kelmäßig versetzt zueinander ab.
Um zu vermeiden, daß beim Einspeisen der den Hydraulikkolben bildenden
Flüssigkeit deren Oberfläche zu unruhig ist und sich dies nachteilig auf
die Zündung des zu komprimierenden Brennstoff-Luft-Gemisches auswirken kann,
ist im Zylinder 2 erfindungsgemäß ein darin axial hin- und herbeweglicher
Schwimmer 47 vorgesehen. Dieser Schwimmer 47 ist durch mehrer innerhalb
des Zylinders 2 von dessen Zylinderwand radial einwärts beabstandete
Führungsbahnen 48 geführt. Außerdem ist ein Anschlag 49 vorhanden, der die
Abwärtsbewegung des Schwimmers 47 in Richtung Triebwerksraum begrenzt.
Der Schwimmer 47 ist generell in seinen äußeren Abmessungen in bezug
auf den Zylinder 2 kleiner, so daß genügend Zwischenraum zwischen der
Zylinderwand und Schwimmeraußenseite für eine einwandfreie Abführung
der Verbrennungsgase aus dem Zylinder 2 und Spülung desselben gewähr
leistet sind. Dieser Schwimmer 47 dient ausschließlich zur Beruhigung
der Oberfläche der dem Zylinder 2 zugeführten Flüssigkeitsoberfläche und
ist keinesfalls als Kolben zu verstehen, wie er in manchen bekannten
Hydraulikmotoren verwendet wird und dort zur Kraftübertragung notwendig
ist.
Der Schwimmer 47 ist bevorzugt durch einen leichten dünnwandigen Hohl
körper gebildet. Dieser Hohlkörper kann, wie in Fig. 1A beispielhaft
gezeigt, durch eine Hohlkugel gebildet sein. Alternativ hierzu kann der
Hohlkörper außen kreiszylindrisch sein, wie in Fig. 1C gezeigt. Die dem
Brennraum zugewandte Stirnfläche 50 dieses kreiszylindrischen Hohlkör
pers kann beispielsweise eben und im wesentlichen senkrecht zur Zylinder
achse stehend angeordnet (siehe Fig. 1C) oder halbkugelförmig konvex aus
gebildet (siehe Fig. 1D) oder nach innen gewölbt sein (siehe Fig. 1E).
Dieser so gestaltete, den Schwimmer 47 bildende Hohlkörper ist vornehm
lich aus dünnem, hitze- und korrosionsbeständigem Metallblech herge
stellt. Sofern es die Zünddrücke erforderlich machen, kann der Hohlkör
per innen z. B. durch Querstreben oder dergl. versteift sein.
Die Führungsbahnen 48 können an Leisten 51 angeordnet sein (siehe Fig. 1A,
1B, 1C, 1D), die an der Zylinderinnenwand an deren Umfang vornehmlich-
gleichmäßig verteilt befestigt sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten
Führungsleisten 51 ist jeweils ein den Durchtritt der Verbrennungsgase zu
lassender Durchlaßquerschnitt gegeben.
Alternativ hierzu können die Führungsbahnen 48 auch an achsparallelen
Vorsprüngen 52 (siehe Fig. 1E und 1F) angeordnet sein, die an der Zylin
derinnenwand vornehmlich gleichmäßig am Umfang verteilt radial einwärts
ausgeformt sind. Zwischen zwei solcher Vorsprünge 52 erstreckt sich jeweils
ein nutartiger Durchlaßkanal 53, der einen Durchtritt der Verbrennungsgase
erlaubt.
Der des weiteren im Zylinder 2 vorgesehene Anschlag 49 kann dort ortsfest
und starr angeordnet sein. Dies kann durch eine an zwei einander dia
metral gegenüberliegenden Leisten 51 angeschlossene Querstrebe 54 (siehe
Fig. 1A, 1C, 1D) oder einen den Zylinder 2 vollständig zentrisch quer
durchdringenden Anschlagbolzen 55 (siehe Fig. 1E) realisiert sein. Der
Anschlag 49 kann alternativ zur starren Anordnung jedoch auch elastisch
nachgiebig ausgebildet sein, um die Aufschlagbewegung des Schwimmers 47
zu dämpfen.
Die praktisch unvermeidliche Erwärmung des Schwimmers 47 begünstigt in
folge der Wärmeabstrahlung auf das Brennstoff-Luft-Gemisch einerseits
dessen Zündfähigkeit. Andererseits führt diese Aufheizung des Schwim
mers dazu, daß ein kleiner Teil der den Hydraulikkolben bildenden Flüs
sigkeit verdampft, wodurch eine Steigerung des Druckes im Brennraum
erzielbar ist.
Eine wie vorstehend beschriebene Zeitaktbrennkraftmaschine ist in
einem Versuchsmodell bereits gelaufen und hat so ihre Praxistauglich
keit und Funktionsfähigkeit bereits unter Beweis gestellt. Dieses Ver
suchsmodell war dabei etwa so aufgebaut, wie in der Zeichnung darge
stellt. Es ist jedoch durchaus möglich, anstelle der dort zwecks
einfachem Versuchsaufbau verwendeten Teile entsprechend anders gestal
tete Teile, beispielsweise auch andere Einlaßsteuerorgane 29, 34 und
Auslaßsteuerorgane 37, zu verwenden. Im übrigen kann der Vorratsbehäl
ter 3 an eine Zuleitung angeschlossen sein, über die bei Ablauf der
thermischen Prozesse verlustig gehende Flüssigkeitsmengen ersetzbar sind.
Diese Zweitaktbrennkraftmaschine ist bedingt durch ihre Bauart nur
dann auch als Kleinmotor geeignet, wenn von der Fertigungsseite her
eine hinreichend große Genauigkeit gewährleistet und damit die erforder
lichte Dichtheit zwischen den statischen und bewegbaren Teilen sicher
zustellen ist. Die Effektivität dieser Zweitaktbrennkraftmaschine liegt
insbesondere im Bereich vergleichbarer mittelgroßer Hubkolbenbrennkraft
maschinen, die einen Kolbendurchmesser von 15 cm und mehr sowie einen
entsprechenden Kolbenhub aufweisen. In einer solchen vergleichbaren
Größe eigent sich die beschriebene Zweitaktbrennkraftmaschine insbeson
dere für solche Anwendungsfälle, bei denen eine konstante Drehzahl ver
langt wird und diese als Antrieb in stationären Anlagen, z. B. Block
heizkraftwerken, für einen Generator zur Erzeugung von Strom oder als
Antrieb von Pumpen oder dergl. dient.
Dabei kann eine Erwärmung der im Vorratsbehälter bevorrateten Flüssig
keit durchaus erwünscht sein. Die Erwärmung ergibt sich durch das
Hindurchleiten der Abgase durch diese Flüssigkeit. Die erwähnte Flüssig
keit kann für Heizzwecke ausgenützt werden, wobei dann die im Vorrats
behälter eingeschlossene Flüssigkeit Wärme an einen zu diesem Zweck
beispielsweise in Form von Rohrschlangen hindurchgeführten Heizkreis
lauf an das darin kanalisierte Heizmedium abgeben kann.
Eine nennenswerte Erwärmung der im Vorratsbehälter vorhandenen Flüssig
keit könnte aber - sofern dies zweckmäßig ist - auch unterbunden werden.
Dies könnte durch ständige Erneuerung des Flüssigkeitsvorrats im
Vorratsbehälter erfolgen, was über einen gesteuerten Abfluß und eine
direkt gesteuerte Zuleitung frischer, kühler Flüssigkeit aus einer ent
sprechenden Flüssigkeitsquelle realisierbar wäre. Um eine solche Quelle
kann es sich bei stationären Anlagen, beispielsweise um das Grundwasser
oder Wasser aus einem naheliegenden Gewässer, handeln.
Die Flüssigkeit im Vorratsbehälter kann im Falle einer unerwünschten
Erwärmung jedoch auch an einen Kühlkreislauf angeschlossen und über
diesen permanent auf ein bestimmtes Temperaturniveau rückgekühlt werden.
Claims (14)
1. Zweitaktbrennkraftmaschine, bestehend aus folgenden Bauteilen,
nämlich
- - einem Zylindergehäuse (1) mit wenigstens einem Zylinder (2), in
dessen Innenraum taktweise gesteuert durch jeweils ein Einlaß
steuerorgan (29, 34),
- a) Luft und Brennstoff entweder getrennt voneinander oder bereits gemischt, und
- b) eine einen Hydraulikkolben bildende Flüssigkeitsmenge einspeisbar sind,
- - einem unterhalb des/der Zylinder (2) beabstandet davon angeordneten Vorratsbehälter (3) für jene, in diesem bis zu einem bestimmten Füllstand befindliche Flüssigkeit, aus der während jedes Zwei taktzyklus′ pro Zylinder einmal eine exakt den Hydraulikkolben bildende Flüssigkeitsmenge entnehmbar ist,
- - einem am Zylindergehäuse (1) angeschlossenen Steuergehäuse (5),
das pro Zylinder (2) zwei nebeneinander angeordnete, durch eine
Zwischenwand (6) getrennte und in den Vorratsbehälter (3) bis unter
den Flüssigkeitsspiegel (7) hineinragende Steuerkammer (8, 9) auf
weist, in deren durch planparallele Innenseiten (10, 11, 12, 13)
und runde Außenseiten (14, 15) begrenzten Innenräumen in Dicht
kontakt umlaufende, gegen Verdrehung gesichert auf einer Motor
antriebswelle (16) sitzende scheibenförmige Rotoren, nämlich in
der Förderkammer ( 8) ein Förderrotor (17) und in der Entspannungs
kammer (9) ein Antriebsrotor (18), arbeiten, von denen jeder längs
eines Umfangsabschnittes eine beidseitig durch Steuerkanten (21,
22 bzw. 25, 26) begrenzte Aussparung (19, 23) bestitzt, wobei die
Förderkammer (8) über eine die Kammerwand durchdringende Einlaß
öffnung (35) und die Entspannungskammer (9) über eine die Kammer
wand durchdringende Auslaßöffnung (38) mit der im Vorratsbehälter
(3) befindlichen Flüssigkeit (4) in Verbindung stehen, und wobei
durch die Aussparung am Förderrotor (17) zusammen mit der Kammer
wand der Förderkammer (8) das Volumen der den Hydraulikkolben
bildenden Flüssigkeitsmenge begrenzt ist, wobei ferner in einem
Arbeitstakt die in einem Zylinder (2) befindliche, einen Hydraulik
kolben bildende Flüssigkeitsmenge
- a) sich unter dem Druck der nach Zündung des Brennstoff-Luft- Gemisches im Brennraum (44) enstehenden Verbrennungsgase nach Öffnen eines Auslaßsteuerorgans (37) durch einen Auslaßkanal (36) in die Entspannungskammer (9) und dort in die Aussparung (23) des Antriebsrotors (18) hinein entspannt, dabei an deren Drehrichtung vorderen Steuerkante (25) des letzteren angreift und diesen samt Motorantriebswelle (16) in Rotation versetzt, und
- b) schließlich nach Aufsteuerung der Auslaßöffnung (38) durch die vordere Steuerkante (25) aus der Aussparung (23) in den Vor ratsbehälter (3) entweicht, gleichzeitig durch den Förderrotor (17) mit dessen in Drehrichtung hinterer Steuerkante (22) bis zum Verschließen der Einlaßöffnung (35) durch die in Drehrich tung vordere Steuerkante (21) eine neue Flüssigkeitsmenge aus dem Vorratsbehälter (3) in die Aussparung (19) des Förder rotos (17) angesaugt wird,
- während im anschließenden Ladetakt durch den Förderrotor (17) mit dessen in Drehrichtung vorderer Steuerkante (21) die in der Aus sparung (19) während des Arbeitstaktes aufgenommene neue Flüssig keitsmenge aus der Aussparung (19) und der Förderkammer (8) heraus bei offenem Einlaßsteuerorgan (34) durch den Einlaßkanal (33) in den Zylinder (2) pumpbar und dadurch die Luft bzw. das Brennstoff- Luft-Gemisch, die bzw. das bereits gegen Ende des Arbeitstaktes in den Zylinder (2) eingeleitet wurde, komprimierbar ist, gleichzeitig mit dem Antriebsrotor (18) nach Schließen der Auslaßöffnung (38) durch die in Drehrichtung hintere Steuerkante (26) noch in der Ent spannungskammer (9) befindlichen Verbrennungsgase über eine Auspuff öffnung (45) austreibbar sind, nach Patentanmeldung P 34 25 128.613, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (2) ein darin axial hin- und herbeweglicher Schwim mer (47) vorgesehen ist, der durch mehrere, innerhalb des Zylin ders (2) von dessen Zylinderwand radial einwärts beabstandete Führungsbahnen (48) geführt und dessen Abwärtsbewegung in Rich tung Triebswerksraum durch einen Anschlag (49) begrenzt ist.
2. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schwimmer (47) durch einen leichten, dünnwandigen Hohlkör
per gebildet ist.
3. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper durch einen Hohlkugel gebildet ist.
4. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper außen kreiszylindrisch ist.
5. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die zum Brennraum hin angeordnete Stirnfläche (50) des kreis
zylindrischen Hohlkörpers halbkugelförmig konvex ist.
6. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die zum Brennraum hin angeordnete Stirnfläche (50) des kreis
zylindrischen Hohlkörpers eben ist und im wesentlichen senkrecht zur
Zylinderachse steht.
7. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Brennraum zugewandte Stirnfläche (50) am kreiszylin
drischen Hohlkörper nach innen gewölbt ist.
8. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus dünnem, hitze-
und korrosionsbeständigem Metallblech hergestellt ist.
9. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem oder mehreren der Ansprüche 2
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper innen beispiels
weise durch Querstreben oder dgl. versteift ist.
10. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsbahnen (48) an Leisten (51) angeordnet sind, die an
der Zylinderinnenwand an deren Umfang vornehmlich gleichmäßig ver
teilt befestigt sind und zwischen jeweils zwei derselben ein Durchlaß
querschnitt für den Durchtritt der Verbrennungsgase verbleibt.
11. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsbahnen (48) an achsparallelen Vorsprüngen (52) ange
ordnet sind, die an der Zylinderinnenwand vornehmlich gleichmäßig
verteilt ausgeformt sind und zwischen jeweils zwei derselben sich ein
nutartiger Durchlaßkanal (53) für den Durchtritt der Verbrennungsgase
erstreckt.
12. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlag (49) ortsfest innerhalb des Zylinders (2) angeordnet
und starr ist.
13. Zweitaktbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlag (49) innerhalb des Zylinders (2) zwar ortsfest an
geordnet, zur Dämpfung der Aufschlagbewegung des Schwimmers (47)
aber elastisch nachgiebig ausgebildet ist.
14. Zweitaktbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 12 und 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Anschlag (49) durch eine, gegebenenfalls
zumindest partiell elastisch verformbare Querstrebe (54, 55) gebil
det ist, die zumindest den Zylinderinnenraum quer durchsetzt und den
Schwimmer (47) bei dessen Abwärtsbewegung zentrisch abfängt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19853530131 DE3530131A1 (de) | 1984-07-07 | 1985-08-23 | Zweitaktbrennkraftmaschine |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19843425128 DE3425128A1 (de) | 1984-07-07 | 1984-07-07 | Zweitaktbrennkraftmaschine |
DE19853530131 DE3530131A1 (de) | 1984-07-07 | 1985-08-23 | Zweitaktbrennkraftmaschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3530131A1 true DE3530131A1 (de) | 1987-03-05 |
Family
ID=25822728
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19853530131 Withdrawn DE3530131A1 (de) | 1984-07-07 | 1985-08-23 | Zweitaktbrennkraftmaschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3530131A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107989691A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-04 | 董绍麟 | 一种圆盘形内燃机 |
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- 1985-08-23 DE DE19853530131 patent/DE3530131A1/de not_active Withdrawn
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CN107989691B (zh) * | 2017-12-11 | 2023-10-10 | 董绍麟 | 一种圆盘形内燃机 |
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