CH506701A

CH506701A - Kolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: CH506701A
Application number: CH614470A
Authority: CH
Inventors: Richard Dr Akeret
Original assignee: Richard Dr Akeret
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1970-04-24
Publication date: 1971-04-30

Description

Kolbenbrennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine, welche gekennzeichnet ist durch zwei um eine gemeinsame Achse drehbare Träger, von denen der eine bogenförmige, mit dem Träger konzentrische Zylinder und der andere mit diesen Zylindern zusammenwirkende Kolben trägt, wobei die Träger gegenseitig um einen Hubwinkel schwenkbar sind, mit Zahnsegmenten versehen sind, von denen jedes um einen thberlappungswinkel grösser ist als 1800 weniger dem halben Hubwinkel und die abwechselnd mit Ausgangszahnrädern kämmen, die an einer Ausgangswelle der Maschine befestigt sind, und wobei die beiden Träger miteinander durch ein Getriebe verbunden sind,

welches eine Bewegung des gerade nicht mit seinem Zahnsegment mit dem betreffenden Ausgangszahnrad kämmenden Trägers gegenüber den anderen Träger in Drehrichtung um den Hubwinkel bewirkt.

Die Erfindung hat die Schaffung einer neuartigen Kolbenbrennkraftmaschine zum Ziel, welche einen ruhigeren Lauf bei geringerer Abnützung hat als die bisherigen Kolbenbrennkraftmaschinen, einen besseren Wirkungsgrad erreicht und gleichzeitig eine sauberere Verbrennung des verwendeten Brennstoffes ermöglicht.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Schnitt der erfindungsgemässen Brennkraftmaschine im wesentlichen nach der Linie I-I in der Fig. 2,
Fig. 2 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie IIII in der Fig. 3,
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III in der Fig. 1,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-W in der Fig. 1,
Fig. 5 einen Teilschnitt im wesentlichen nach der Linie V-V in der Fig. 3 und
Fig. 6 ein Geschwindigkeitsdiagramm zur Erläuterung der Funktion der die Hubbewegungen ausführenden Teile der Maschine.

Entsprechend der Darstellung in den Figuren, insbesondere der Fig. 1, ist in einem Gehäuse 1 eine Achse 2 befestigt. Um die Achse sind zwei Träger 3 und 4 drehbar, wobei sie auf der Achse 2 gelagert sind. Wie insbesondere aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind beide Träger 3 und 4 mit einer segmentförmigen Verzahnung 5 bzw. 6 versehen, welche zum abwechselnden Kämmen mit Ausgangszahnrädern 7 und 8 bestimmt ist, die an einer Ausgangswelle 10, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist, befestigt sind. Die Ausgangszahnräder dienen gleichzeitig als eine Art Schwungräder, wobei die Ausgangswelle 10 zur Abgabe der vom Motor gelieferten Leistung dient.

Am Träger 3 sind zwei Zylinder 11 und 12 befestigt, welche bogenförmig ausgebildet sind und mit den Trägern 3, 4 konzentrisch sind. Die Zylinder 11, 12, von denen der erste ein Kompressorzyiinder, der zweite ein Arbeitszylinder ist, wirken mit ebenfalls bogenförmigen Kolben 13, 14 zusammen, die am Träger 4 befestigt sind, Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, sind beide Träger 3 und 4 um einen Hubwinkel a, der im vorliegenden Falle 24 beträgt, gegenseitig schwenkbar. Die Länge der Verzahnungen 5 und 6 ist um ein geringes Mass grösser als 1800 weniger die Hälfte des Hubwinkels a, d. h. 120.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, schliessen sich an diese Längen noch kurze Abschnitte mit einem Winkel ss an, welche eine Überlappung gewährleisten sollen, wenn die Verzahnung 5 das Ausgangszahnrad 7 verlässt und die Verzahnung 6 auf das Ausgangszahnrad 8 aufläuft. Der Winkel der Verzahnungen 5,6 beträgt somit 1800- , 2+2ss.

Die beiden Träger 3 und 4 sind jeder mit einem Getriebe versehen, welches gewährleistet, dass der Träger, welcher sich ausserhalb des kämmenden Eingriffes mit der Verzahnung des betreffenden Ausgangszahnrades 7 bzw. 8 befindet, gegenüber dem anderen Träger eine voreilende Bewegung um den Hubwinkel Cl ausführt.

Beim dargestellten Beispiel enthält dieses Getriebe je ein in einem der Träger 3,4 gelagertes Zahnrad 20, das an einer Welle 21 befestigt ist, die in einem Lager 22 des Trägers 3 oder 4 gelagert ist. Das Zahnrad 20 kämmt mit einem Zahnsegment 23, welches eine Innenverzahnung aufweist und am anderen Träger 3 bzw. 4 befestigt ist. Das Zahnrad 20 bzw. die Welle 21 ist mit einem Hebel 24 versehen, an dessen Ende eine Rolle 25 drehbar gelagert ist, die entlang der Nockenbahn eines Nockens 26 geführt ist. Am dem Hebel 24 entgegengesetzten Ende der Welle 21 ist ein Zahnrad 27 befestigt, das mit einem auf der Achse 2 drehbar gelagerten Zahnrad 28 kämmt. Das Zahnrad 28 ist mit der Achse 2 durch einen Freilauf 30 verbunden, welcher derart angeordnet ist, dass er in einer zur Drehrichtung der Träger 3, 4 entgegengesetzten Richtung sperrt.

Die Nockenbahn des Nockens 26 ist so ausgebildet, dass jeweils, wenn die Verzahnung 5 oder 6 des betreffenden Trägers 3 bzw. 4 die Verzahnung des Ausgangszahnrades 7 bzw. 8 verlässt, der betreffende Träger 3 oder 4 von der Grunddrehzahl der Maschine, die durch die Drehzahl der Welle 10 gegeben ist, auf eine höhere Drehzahl beschleunigt wird und dann wieder auf die Grunddrehzahl verzögert wird. Bei dieser Bewegung eilt der ausserhalb des Eingriffes mit der Verzahnung der Ausgangszahnräder befindliche Träger dem anderen Träger um den Hubwinkel a voraus. Der Verlauf der betreffenden Geschwindigkeiten bzw.

Drehzahlen ist im Diagramm in der Fig. 6 dargestellt.

In diesem Diagramm ist mit voller Linie der Verlauf der Drehzahl eines der Träger, z. B. des Trägers 3 dargestellt und mit strichpunktierter Linie der Drehzahlverlauf des anderen Trägers z. B. des Trägers 4. Während jeweils einer der Träger, welcher mit dem betreffenden Ausgangszahnrad 7 bzw. 8 mit der Grunddrehzahl n läuft, wird die Drehzahl des anderen Trägers auf den Wert n1 beschleunigt und darauf wieder verzögert.

Der Ablauf dieser Bewegung ist dabei mit der Hilfe des Nockens 26 so gewählt, dass durch die Beschleunigung bzw. die höhere Drehzahl n1 der schneller bewegte Träger nach ungefähr einer halben Umdrehung gegenüber dem anderen Träger um den Hubwinkel CL in der Drehrichtung nach vorne bewegt wird, so dass beide nach dieser Bewegung in die in den Fig. 3 und 4 dargestellte überlappende Stellung kommen.

Das durch die Zahnräder 20, 27, 28, das Zahnsegment 23, den Hebel 24 und den Nocken 26 gebildete Getriebe ist so gewählt und dimensioniert, dass, wenn sich einer der Träger mit der höheren Drehzahl n1 bewegt, die Drehzahl bzw. die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnrades 27 genau so gross ist, dass sich das Zahnrad 27 auf dem Zahnrad 28 abwälzt, dessen Freilauf sich während dieses Zeitraumes in seiner sperrenden Stellung befindet.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass bei einer Expansion des Arbeitsmittels im Arbeitszylinder 12 der Nockenmechanismus mit dem Hebel 24 und dem Nocken 26 entlastet wird. Der betreffende Träger, z. B. der Träger 3 stützt sich bei der Übertragung des Drehmomentes auf die Ausgangswelle 10 direkt gegen den betreffenden Freilauf 30 ab.

Wie ebenfalls aus der Fig. 1 ersichtlich ist, arbeitet die vorliegende Kolbenbrennkraftmaschine als Heissluftmotor, welcher mit gasförmigem Brennstoff betrieben wird. Der in der Fig. 5 dargestellte Kolben 13 des Kompressorzylinders 11 ist hohl und hat an seinem äusseren Ende eine Öffnung 31, durch welche Luft aus der Umgebung angesaugt werden kann. Der Boden des Kolbens 13 ist mit einem Ventil 32 versehen, welches als Saugventil dient. Im Deckel des Zylinders 11 ist ein selbsttätig wirkendes Ventil 33 angeordnet, durch wel ches die im Zylinder 11 komprimierte Luft in eine Leitung 34 gefördert wird. Die Leitung 34 führt in einen Luftbehälter 35, welcher durch Leitungen 36 mit je einem Einwegventil 37 mit einem Wärmeaustauscher
38 verbunden ist. Der Wärmeaustauscher 38 enthält
Heizrohre 39, die über Einwegventile 40 in eine Heissluftkammer 41 münden.

Aus der Heissluftkammer 41 führt eine Leitung 42 in den Arbeitszylinder 12. In unmittelbarer Nähe des Arbeitszylinders 12 befindet sich in der Leitung 42 ein Einlassventil 43, welches mit der
Hilfe eines Gestänges 44 von einem Nocken 45 gesteuert wird. Gleichzeitig ist der Arbeitszylinder 12 mit einem Auslassventil 46 versehen, an welches sich eine Auslassleitung 47 anschliesst, die in eine Brennkammer 48 führt. Das Auslassventil 46 ist durch ein Gestänge 50 von einem Nocken 51 steuerbar.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, enthält die Brennkammer 48 Flammenöffnungen 52. In jede der Flammenöffnungen 52 mündet eine Gasdüse 53, wel che mit einer Bohrung 54 der Achse 2 in Verbindung steht. Der Bohrung 54 kann das zur Verbrennung dienende Gas aus einer beliebigen nicht dargestellten Quelle zugeführt werden.

Zur Verbesserung des Wärmeüberganges ist die Heissluftkammer 41 mit radialen Rippen 55 versehen, die einerseits von den Gasflammen angestrahlt werden, andererseits in den Luftraum der Kammer 41 führen.

Wie ebenfalls aus der Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich der Luftbehälter 35 und der Wärmeaustauscher 38 in einem zylindrischen Mantel 60, welcher am Träger 3 befestigt ist und gleichzeitig noch über schei bogenförmige Wände 61, 62 die auf der Achse 2 drehbar gelagert sind, abgestützt ist. Der Luftbehälter 35 und der Wärmeaustauscher 38 sind auf diese Weise zusammen mit dem Träger 3 drehbar. Die Brennkammer 48 ist hingegen an der unbeweglichen Achse 2 befestigt und führt daher keine Drehbewegung aus. Zur Abdichtung der Breunkammer 48 gegenüber der Trennwand 62, in welcher die Abluftleitung 47 mündet, ist eine Dichtung 63 vorgesehen.

Die aus der Brennkammer 48 durch die Flammen öffnungen 52 austretenden heissen Brenngase beheizen mit der Hilfe der Rippen 55 die Heissluftkammer 41 und strömen dann zwischen Schikanen 64, die abwechselnd an den Trennwänden 61 und 62 befestigt sind, nach aussen. Am äusseren Umfang des Mantels 60 sind im Bereich des Wärmeaustauschers 38 Öffnungen 65 ausgebildet, welche in einen durch seitliche Wände 66 mit Dichtungen abgeschlossenen Ringraum 67 führen. Der Ringraum 67 ist an einer geeigneten Stelle des Gehäuses 1 mit einem Abgasrohr 68 verbunden.

Im Betrieb wird im Kompressorzylinder 11 Luft aus der Atmosphäre auf einen Druck von ungefähr 10 Atmosphären komprimiert, mit welchem sie im Luftbehälter 35 gespeichert wird. Aus dem Luftbehälter 35 gelangt die komprimierte Luft im Arbeitstakt der Maschine, durch das Einlassventil 43 gesteuert, über das Einwegventil 37 in den Wärmeaustauscher 38, wobei sie nach einer Vorerhitzung in den Rohren 39 in der Heissluftkammer 41 eine Temperatur von ca.

600-700 C erreicht. Da die Erhitzung wegen der Einwegventile 37 und 40 im wesentlichen bei konstantem Volumen erfolgt, erreicht die Luft in der Heissluftkammer einen Druck von 40-50 Atmosphären.

Aus der Heissluftkammer 41 gelangt die erhitzte Luft in einer durch das Einlassventil 43 gesteuerten Weise durch die Leitung 42 in den Arbeitszylinder 12, in welchem sie unter Leistung von Arbeit entspannt wird. Die aus dem Arbeitszylinder 12 durch das Auslassventil 46 und die Auslassleitung 47 ausströmende Luft wird der Brennkammer 48 zugeleitet, wobei sie als noch immer stark erwärmte Brennluft verwendet wird, die den Brennvorgang unterstützt und insbesondere eine einwandreie Verbrennung ermöglicht.

Es versteht sich, dass die in den Figuren als Beispiel dargestellte Ausführung stark vereinfacht ist und nur zur Erläuterung der Erfindung dient. Die betriebsmässige tatsächliche Ausführung kann gegenüber der als Beispiel dargestellten Ausführung in verschiedener Weise ausgebaut werden. So können vorzugsweise mehr als nur ein einziger Kompressorzylinder und ein Arbeitszylinder verwendet werden, wobei die Zylinder an beiden Trägern 3 und 4 befestigt sein können. Der Brenner kann mit einer Zufuhr von sekundärer Luft versehen sein, wodurch verschiedene Regelmöglichkeiten gewonnen werden und insbesondere ein Start der Brennkraftmaschine erleichtert wird, da die Flammen der Brennkammer bereits bei stehender Maschine gezündet werden können.

Claims

PATENTANSPRUCH

Kolbenbrennkraftmaschine, gekennzeichnet durch zwei um eine gemeinsame Achse drehbare Träger (3,4), von denen der eine bogenförmige, mit dem Träger konzentrische Zylinder (11,12) und der andere mit diesen Zylindern zusammenwirkende Kolben (13,14) trägt, wobei die Träger (3,4) gegenseitig um einen Hubwinkel (a) schwenkbar sind, mit Zahnsegmenten (5,6) versehen sind, von denen jedes um einen Über- lappungswinkel (2,S) grösser ist als 180 weniger der halbe Hubwinkel (a/2) und die abwechselnd mit Ausgangszahnrädern (7,8) kämmen, die an einer Ausgangswel!e (10) der Maschine befestigt sind, und wobei die beiden Träger (3,4) miteinander durch ein Getriebe (20, 23, 34, 35) verbunden sind,

welches eine Bewegung des gerade nicht mit seinem Zahnsegment (5,6) mit dem betreffenden Ausgangszahnrad (7,8) kämmenden Trägers (3,4) gegenüber dem anderen Träger in Drehrichtung um den Hubwinkel (a) bewirkt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Maschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein in einem der drehbaren Träger (3,4) drehbar gelagertes Zahnrad (20) aufweist, welches mit einem Zahnsegment (23) des anderen Trägers kämmt, wobei das Zahnrad (20) mit einem Hebel (24) verbunden ist, dessen Ende entlang einer Nockenbahn (26) geführt ist, und wobei das Zahnrad (20) auf einen auf der Achse (2) befestigten Freilauf (30) einwirkt, der in der der Drehrichtung der Träger (3,4) entgegengesetzten Richtung sperrt.

2. Maschine nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (20) durch eine Welle (21) mit einem zweiten Zahnrad (27) verbunden ist, das mit einem dritten Zahnrad (28) kämmt, welches auf der Achse (2) drehbar gelagert und mit dem Freilauf (30) versehen ist.

3. Maschine nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide Träger (3,4) mit je einem Getriebe (20-28,30) versehen sind, wobei jeweils ein Zahnrad (20) in einem der Träger (3,4) gelagert ist und mit einem am anderen Träger befestigten Zahnsegment (23) kämmt.

4. Maschine nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zahnräder (20) mit den Zahnsegmenten (23) sowie mit der Nockenbahn (26) zwischen den beiden drehbaren Trägern (3,4) befinden, und dass die Zahnräder auf Wellen (21) befestigt sind, welche durch die Träger (3,4) führen und an deren äusseren Enden jeweils das zweite Zahnrad (27) befestigt ist, das mit dem Zahnrad (28), welches mit dem Freilauf (30) versehen ist, kämmt.

5. Maschine nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Heissluftmotor.

6. Maschine nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Träger (3) zwei Zylinder (11,12) befestigt sind, von denen der eine (12) als Arbeitszylinder und der andere (11) als Kompressorzylinder dient, und dass der Kompressorzylinder (11) über eine Förderleitung (34) mit einem Einwegorgan (33) an einen Luftbehälter (35) angeschlossen ist, welcher seinerseits über ein Einwegorgan (37,40) mit dem Luftraum eines beheizten Wärmeaustauschers (38,41) verbunden ist, der über ein durch die Maschine betätigbares Steuerorgan (43) mit dem Arbeitszylinder (12) der Maschine in Verbindung steht.

7. Maschine nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Arbeitszylinder (12) austretende entspannte Luft einem zur Beheizung des Wärmeaustauschers (38,41) dienenden Brenner (48,53) als Brennluft zugeführt wird.

8. Maschine nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftbehälter (35) und der Wär meaustauscher (3S,41) an einer Achse (2) drehbar gelagert sind, welche gleichzeitig zur Lagerung der drehbaren Träger (3,4) dient, und dass der Luftbehälter (35) zusammen mit dem Wärmeaustauscher (38,41) gemeinsam mit dem näheren (3) der beiden Träger verbunden und beweglich sind (60, 61, 62).

9. Maschine nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (2) im Bereich des Wärmeaustauschers (38,41) hohl (54) ist und für die Zufuhr von gasförmigem Brennstoff dient, und dass im Bereich des Wärmeaustauschers an der Achse eine an den Hohlraum (54) der Achse angeschlossene Brennkammer (48) angeordnet ist.