DE1158752B

DE1158752B - Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1158752B
Application number: DED36170A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wolfgang Hoeschele; Dipl-Ing Albert Eberhard
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1961-05-25
Filing date: 1961-05-25
Publication date: 1963-12-05
Also published as: GB967983A; US3253580A

Description

Rotationskolben-Brennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bei welcher innerhalb eines Mantels mit einer zwei achsnahe Zonen aufweisenden inneren Mantelfläche ein dreieckiger Kolben auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert ist, der bei seiner Bewegung ralativ zum Mantel und zur Exzenterwelle mit seinen Ecken an der inneren Mantelfläche entlanggleitet und dabei Gaswechselkanäle steuert.
Bei bekannten Brennkraftmaschinen dieser Art in Trochoidenausführung sind bei rationellem Verhältnis von Arbeitsraum zu Baugröße keine genügend großen theoretischen Verdichtungsverhältnisse erzielbar, die es gestatten würden, nahezu das gesamte Kompressionsvolumen in einer Brennraummulde in einer Flanke des Kolbens anzuordnen, um damit die bauliche Voraussetzung für eine günstige Anwendbarkeit des Dieselverfahrens zu schaffen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Rotationskolben-Brennkraftmaschinen derart auszubilden, daß sehr große theoretische Verdichtungsverhältnisse erreicht werden und nahezu das gesamte Kompressionsvolumen, in einer kompakten Brennraummulde vereinigt, in einer Flanke des Kolbens angeordnet werden kann. In Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfin dung im wesentlichen darin, daß radial zwischen dem Exzenter und dem Kolben eine auf dem Exzenter und im Kolben drehbar gelagerte Exzenterbüchse vorgesehen ist und daß zwischen Exzenter, Exzenterbüchse und Kolben ein Getriebe angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Lagerung und Steuerung des Kolbens können Querschnittsformen der inneren Mantelfläche im Mantel des Gehäuses und Kolbenformen erreicht werden, bei denen in Kompressionsstellung des Kolbens dieser bis auf ein erforderliches Spiel an die innere Mantelfläche herantritt, bei denen theoretische Verdichtungsverhältnisse von E > 200 zu verwirklichen sind und bei denen die Anordnung einer nach verbrennungstechnischen Gesichtspunkten geformten Brennraummulde in der Kolbenflanke möglich ist.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann zu Erzielung besonders günstiger baulicher Verhältnisse das Getriebe zur Steuerung des Kolbens und der Exzenterbüchse derart ausgelegt sein, daß sich die absoluten Winkelgeschwindigkeiten des Kolbens, der Exzenterwelle und der Exzenterbüchse wie 1:3:6, vorzugsweise jedoch wie 1:3:-3, verhalten.
Das Getriebe zur Steuerung des Kolbens und der Exzenterbüchse kann in einfacher Weise aus einem Umlaufrädergetriebe bestehen. Hierbei können an einer Kolbenseite zur Steuerung des Kolbens zwei miteinander kämmende Umlaufräder vorgesehen sein, von denen das eine Rad am Kolben, das andere Rad an der Exzenterwelle oder am Exzenter fest angeordnet ist, und an der anderen Kolbenseite kann zur Steuerung der Exzenterbüchse an dem Seitenteil des Gehäuses ein Ringrad angeordnet sein, in welches ein an der Exzenterbüchse festes Umlaufrad eingreift.
Das Getriebe kann aber auch aus einer an einem Seitenteil des Gehäuses festen Führungsbahn, auf welcher der Kolben mit Führungsrollen geführt ist, und aus einem Umlaufrädergetriebe bestehen, mit dem die Bewegung der Exzenterbüchse gesteuert wird.
Das Getriebe zur Steuerung der Exzenterbüchse kann hierbei aus zwei auf der Exzenterwelle gelagerten und miteinander verbundenen Ringrädern bestehen, wobei in das eine Ringrad ein an der Exzenterbüchse festes Umlaufrad eingreift und das andere Ringrad mittels eines am Seitenteil des Gehäuses gelagerten Umlaufrades mit einem mit der Exzenterwelle umlaufenden Sonnenrad in Verbindung steht.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in Ausführungsbeispielen mit einem dreieckigen Kolben in einer zweibogigen Innenbegrenzung schematisch dargestellt. Es zeigt Fig.1 in einem Schaubild die Kinematik einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung, Fig.2 einen Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine, Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine mit Umlaufrädergetrieben zur Steuerung des Kolbens und der Exzenterbüchse, Fig.4 einen Längsschnitt durch eine Brennkraftmaschine, bei welcher die Exzenterbüchse durch ein Umlaufrädergetriebe und der Kolben durch eine Führungsbahn gesteuert wird, Fig. 5 eine vereinfachte Darstellung der Steuerung der Exzenterbüchse nach Fig. 4, Fig.6 eine zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 unterschiedliche Steuerung der Exzenterbüchse und Fig.7 eine Führungsbahn zur Steuerung des Kolbens in einem Querschnitt durch eine Brennkraftmaschine.
Die Erzeugung der wesentlichsten Formen einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung, nämlich die Gestalt der inneren Mantelfläche, an welcher der Kolben mit seinen Ecken entlanggleitet, die Gestalt des Kolbens und außerdem die Bewegungsverhältnisse des Kolbens lassen sich nach Fig. 1 an Hand einer um den Ursprungspunkt des feststehenden xy-Koordinatensystemes sich drehenden Dreigelenkkette veranschaulichen, deren Glieder mit a, b und c bezeichnet sind. Das Glied a zeigt drei je um 120° versetzt angeordnete Endpunkte P entsprechend den drei Ecken des Kolbens. Die absoluten Drehgeschwindigkeiten o) der drei Glieder a, b und c stehen in dem festen Verhältnis Wd : (Ob: o), = 1: k1 : k2 zueinander, wobei k1 = 3 und k2 = 6, 9, 12 ... oder -3, -6; - 9 ... beträgt, um zu erreichen, daß die drei Endpunkte P des Gliedes a stets auf der gleichen Bahn der inneren Mantelfläche des Mantels laufen. Außer von den Drehgeschwindigkeitsverhältnissen (,)" : (,)b: o,. ist die Form der inneren Mantelfläche und des Kolbens noch von den Radierverhältnissen R": Rb : R,. der erzeugenden Radien und von der Ausgangslage dieser Radien bestimmt. Die Ausgangslage der Radien Ra, Rb und R, ist aus Fig. 2 ersichtlich, in welcher der Mantel der Brennkraftmaschine, für welche die Beziehung o,)" : (')b : (o, = 1 : 3 : -3 gilt, mit 1, die innere Mantelfläche mit 2 und der dreieckige Kolben mit 3 bezeichnet ist. Die Mantelfläche 2 hat ellipsenähnliche Form und weist zwei achsnahe Zonen auf. In der Nähe der einen achsnahen Zone sind der Einlaßkana14 und der Auslaßkanal 5 angeordnet, in der Nähe der gegenüberliegenden achsnahen Zone befindet sich das Einspritzventil 6. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Lage des Kolbens 3 nimmt dieser seine Kompressionsstellung ein. Die zwischen zwei Ecken des Kolbens liegende Kolbenflanke 7 legt sich nahe an die Mantelfläche 2 an, so daß nahezu das gesamte Kompressionsvolumen in der in der Kolbenflanke 7 angeordneten Brennraummulde 8 untergebracht werden kann.
Der Kolben 3 ist, wie insbesondere Fig. 3 zeigt, zur Erzielung der doppelten Planetenbewegung auf einer Exzenterbüchse 9 gelagert, die ihrerseits auf dem Exzenter 10 angeordnet ist. Der Exzenter 10 bildet einen Teil mit der Exzenterwelle 11, die -im Seitenteil 12 des Gehäuses gelagert ist. Um die bei Fig. 1 erwähnten Drehgeschwindigkeitsverhältnisse coa : (ob : a),, von beispielsweise 1 : 3 : -3 zu erzielen, sind zur Steuerung des Kolbens 3 und zur Steuerung der Exzenterbüchse 9 Umlaufrädergetriebe vorgesehen. Das eine, zur Steuerung der Exzenterbüchse 9 dienende Umlaufrädergetriebe besteht aus dem an dem Seitenteil 12 fest angeordneten Ringrad z1, in welches das an der Exzenterbüchse 9 feste Umlaufrad z2 eingreift. Das andere, zur Steuerung des Kolbens 3 dienende Umlaufrädergetriebe besteht aus dem am Exzenter 10 festen Umlaufrad z3 und aus dem mit diesem kämmenden Umlaufrad z., das am Kolben 3 befestigt ist. Um die vorstehend erwähnten Drehgeschwindigkeitsverhältnisse zu erzielen, sind die folgenden Zähnezahlverhältnisse erforderlich: In Fig.4 ist dargestellt, daß das Umlaufrädergetriebe zur Steuerung des Kolbens 3 durch eine an dem Seitenteil 12 des Gehäuses fest angeordnete Führungsbahn 13 ersetzt werden kann, auf welcher der Kolben mit Führungsrollen 14 geführt ist. Das Umlaufrädergetriebe zur Steuerung der Exzenterbüchse 9 besteht, wie auch Fig. 5 schematisch zeigt, aus den beiden hintereinander angeordneten Ringrädern 15, 16, die bei 17 auf der Exzenterwelle gelagert sind. In das Ringrad 15 greift das an der Exzenterbüchse 9 feste Umlaufrad 18 ein, während das Ringrad 16 mittels des am Gehäuse gelagerten Umlaufrades 19 mit dem an der Exzenterwelle 11 festen Sonnenrad 20 in Verbindung steht.
Bei den Umlaufrädergetrieben nach den Fig.4 und 5 wird ein Teil des Getriebes außerhalb des Raumes zwischen dem Seitenteil des Gehäuses und der Stirnwand des Kolbens gelegt, um das Getriebe ausreichend groß machen zu können und um einen möglichst kleinen Abstand der Wellenlager zu erhalten. Die Ausführungsform nach Fig. 4 zeigt zudem eine Getriebekonstruktion, welche die Anordnung eines stärkeren Wellenzapfens an der Abtriebswelle erlaubt.
Fig. 6 zeigt ein dem Getriebe zur Steuerung der Exzenterbüchse 9 nach Fig. 5 ähnliches Umlaufrädergetriebe. Auf der Exzenterwelle 11 sind hintereinander die miteinander verbundenen Sonnenräder 21, 22 gelagert. Das Sonnenrad 21 kämmt mit dem an der Exzenterbüchse 9 festen Umlaufrad 23. Das Sonnenrad 22 steht über das am Gehäuse gelagerte Umlaufrad 24 mit dem an der Exzenterwelle 11 festen Ringrad 25 in Verbindung.
In Fig. 7 ist eine Steuerung des Kolbens 3 durch die aus Fig. 4 ersichtliche Führungsbahn 13 in einem Querschnitt durch die Brennkraftmaschine dargestellt. Die lange Achse der zweibogigen Führungsbahn 13 liegt lotrecht zur langen Achse der inneren Mantelfläche 2. Der Kolben 3 ist mit drei Rollen 14 auf dieser Führungsbahn geführt. Die Steuerung der Exzenterbüchse 9 erfolgt durch eines der in Fig. 5 und 6 gezeigten Umlaufrädergetriebe.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bei welcher innerhalb eines Mantels mit einer zwei achsnahe Zonen aufweisenden inneren Mantelfläche ein dreieckiger Kolben auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert ist, der bei seiner Bewegung relativ zum Mantel und zur Exzenterwelle mit seinen Ecken an der inneren Mantelfläche entlanggleitet und dabei Gaswechselkanäle steuert, dadurch gekennzeichnet, daß radial zwischen dem Exzenter (10) und dem Kolben (3) eine auf dem Exzenter und im Kolben drehbar gelagerte Exzenterbüchse (9) vorgesehen ist und daß zwischen Exzenter, Exzenterbüchse und Kolben ein Getriebe angeordnet ist. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zur Steuerung des Kolbens (3) und der Exzenterbüchse (9) derart ausgelegt ist, daß sich die absoluten Winkelgeschwindigkeiten des Kolbens (3), der Exzenterwelle (11) und der Exzenterbüchse (9) wie 1 :3: 6, vorzugsweise jedoch wie 1: 3 : -3, verhalten. 3. Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zur Steuerung des Kolbens (3) und der Exzenterbüchse (9) aus einem Umlaufrädergetriebe besteht. 4. Brennkraftmaschine nach den Ansprächen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Kolbenseite zur Steuerung des Kolbens (3) zwei miteinander kämmende Umlaufräder vorgesehen sind, von denen das eine Rad (z4) am Kolben (3), das andere Rad (z3) an der Exzenterwelle (11) oder am Exzenter (10) fest angeordnet ist, und daß an der anderen Kolbenseite zur Steuerung der Exzenterbüchse (9) an dem Seitenteil (12) des Gehäuses ein Ringrad (z1) angeordnet ist, in welches ein an der Exzenterbüchse (9) festes Umlaufrad (z,) eingreift (Fig. 3). 5. Brennkraftmaschie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe aus einer an einem Seitenteil des Gehäuses festen Führungsbahn (13), auf welcher der Kolben (3) mit Führungsrollen (14) geführt ist, und aus einem Umlaufrädergetriebe besteht, mit dem die Bewegung der Exzenterbüchse (9) gesteuert wird (Fig. 4 und 7). 6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe zur Steuerung der Exzenterbüchse (9) aus zwei auf der Exzenterwelle (11) gelagerten und miteinander verbundenen Ringrädern (15, 16) besteht, wobei in das eine Ringrad (15) ein an der Exzenterbüchse (9) festes Umlaufrad (18) eingreift und das andere Ringrad (16) mittels eines am Seitenteil des Gehäuses gelagerten Umlaufrades (19) mit einem mit der Exzenterwelle (11) umlaufenden Sonnenrad (20) in Verbindung steht (Fig. 4 und 5).