DE1807263A1 - Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. Berkenfeld Dipl. Ing. H. Berkenfeld

Patentanwalt· Köln-Lind»nthal 1 Unhwrsitätitfraß· 31

Pottfoch 1149

Did. HGM

Dr, August Monath« Dr. Franco Vannotti.

Augsburg

Lugano (Schweiz)

Kolbenmaschine

Diese Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine mit wenigstens einem Kolben.

Die erfindungsgemässe Kolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle wenigstens einen im Maschinengehäuse qelaaerten Drehschieber betätigt, der die Fluidümzuströmun^ in den Zylinder und/oder die Fluidumabströmunp aus dem Zylinder steuert.

RM/ζ i
31.10.68

17 213 c

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8AD ORIGINAL

Im folgenden sind zwei Ausführungsbeisüiele der erfindungsgemässen Kolbenmaschine anhand von Zeichnunpen näher erläutert. Es zeiqt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine als U-Takt-Verbrennungsmotor ausgebildete Achsialkolbenmaschine,

Fig. 2 eine Längsschnitt durch einen 4-Takt-Verbrennungsmotor, der als Gegenkolbenmaschine ausgebildet ist und

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fi?.

Der in Fig. 1 dargestellte H-Takt-Verbrennungsmotor, der als Achsialkolbenmaschine ausgebildet ist, enthält vier Zylindereinheiten, die symmetrisch um eine Antriebswelle 1 herum in einem ortsfesten Gehäuse 2 angeordnet und von denen lediglich zwei in der Zeichnung dargestellt sind.

Gemäss dieser Figur ist der Kolben 3 einer ersten Zylindereinheit in einem an den Stirnseiten offenen Zylinder 4 des Motorengehäuses 2 verschiebbar geführt. Dieser Kolben trägt einen schwenkbar angeordneten Pleuel 5, der an der einzigen Kröpfung 7 einer radial zur Antriebswelle stehenden Kurbelwelle 8 angelenkt ist. Diese Kurbelv/elle ist im Motorenpehäuse 2 in zwei Laqern 9, 10 drehbar gehalten und trägt an ihrem inneren Ende ein schräg verzahntes Ritzel

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Dieses kämmt rait einem schr'ic* verzahnten Zahnkranz 13, der Reejenüber dem Ritzel dopoelt so viele Zähne hat und drehfest auf der Abtriebswelle 1 sitzt. Die Abtriebswelle 1 erstreckt sich parallel und entlang den Zylindern bis zu deren kolbenseitipen Stirnflächen und träqt an diesem Ende einen als Scheibe 14 ausgebildeter Drehschieber. Dieser erstreckt sich in einem Gehäuse 15 über dem Zylinder 4 und bildet den oberen Z"linderabschluss, in dem zwischen der Scheibe 14 und der Zylinderstirnflache bzw. dem Gehäuse 15 ein minimaler, praktisch gasdichter Spalt 16 freigelassen ist.

Im Drehschieber 14 ist von der Aussenseite eine zentrische Zvlinderbohrunq 17 aus^esoart, in die ein feststehendes Ansauprohr 18 dichtend eingreift und die in einem im wesentlichen radial verlaufenden Kanal mündet, der auf der anderen Seite des Schiebers 14 tremäss Fig. 1 in den Zylinder 2 führt und in eine boqenfSrmiae Einlassöffnung ausläuft, die sich näherunssweise über einen Zentriwinkel von 90 erstreckt. Gegenüber der Einlassöffnung 19 um 90 versetzt führt ein exzentrischer, bogenförmiger Schlitz 20, der sich in wesentlichen an die Einlassöffnung 19 anschliesst und sich nSherun^sweise "her einen Zentriwinkel von 90 erstreckt, durch den Drehschieber hindurch und mün-

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det gemäss Fip, 1 in den folgenden, nicht näher dargestellten Zylinder. Im selben Abstand von der Motorenachse führt in achsialer Richtung vom Zylinder 2 eine ortsfeste Abgasleitung 21 weg, die über den Drehschieberschlitz 20 mit dem Innern des Zylinder^ 2 in Strömungsverbindung bringbar ist.

In der Zylinderwandung ist im obern Bereich eine Zündkerze eingesetzt, die bei 22 angedeutet und die mit einer nicht dargestellten Zündanlage verbunden ist. Im mittleren Bereich der Zylinderwandung führt eine Radialbohrung 23 durch die Zylinderwand, die an eine Druckluftquelle und/ oder eine Wasserpumpe, über nicht weiter dargestellte Steuermittel, in Fluidumverbindung steht.

Die übrigen drei Zylinderanordnungen sind identisch ausgebildet und stehen in der aufgezeigten Weise mit der Abtriebswelle in Antriebsverbindung, wobei die Kurbel-Wellenstellungen der vier Einheiten gegeneinander um je 90 phasenverschoben sind. Der als Scheibe ausgebildete Schieber 14 deckt auch die übrigen Zylinder praktisch gasdicht ab, die wechselweise über die Schieberaussparungen 19, 20 mit dem gemeinsamen Ansaugrohr 18 bzw, mit der betreffenden, separaten Abgasleitung in Strömungsverbindung bringbar sind.

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Bevorzugterweise ist in der Zylinderbohrung 17 zur Verwirbelung des Brennstoff-Luftgemisches ein radial angeordnetes Pumpenrad vorgesehen,

Gemäss Fig. 1 befindet sich der Kolben 3 in der oberen Totpunktlage und der Zylinder 4 steht über die Einlassöffnung 19 mit der Brennstoff-Luftgemisch-Ansaugleitung 18 in Strömungsverbindung. Bei drehender Abtriebswelle 1 senkt sich der Kolben 3 im Zylinder 4 und saugt durch den Durchbruch 19 das entsprechende Gemisch ab. Wenn der Kolben in der unteren Totpunktlage angelangt ist, hat sich der Drehschieber um 90 gedreht und die Einlassöffnung 19 ist aus dem Bereich des Zylinders 4 gelangt. Beim nachfolgenden Kompressionstakt verschliesst die Scheibe 14 den Zylinder praktisch gasdicht. Unmittelbar vor dem oberen Totpunkt zündet die Kerze 22 das komprimierte Gemisch, wobei die Scheibe 14 auch beim folgenden Arbeitstakt den Zylinder weiterhin gasdicht verschliesst. Bevor der Kolben in den unteren Totpunkt gelangt, wird durch den Kanal 23 Druckluft und/oder Wasser in das Innere des Zylinders 4 eingebracht, wodurch eine Kühlung und Leistungssteigerung (Druckerhöhung durch Verdampfung) sowie eine Nachverbrennung und eine Entgiftuni7 des Rauchgases erfolgt. Kurz bevor der Kolben wiederum den unteren Totpunkt erreicht hat, hat sich der

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Drehschieber so weit gedreht, dass der boaenförmic;e Schlitz 20 das Innere des Zylinders U mit dem Abciasrohr 21 verbindet, wodurch beim nachfolgenden Takt das Rauchgas ausgestossen wird.

Kurz bevor der Kolben im folgenden den oberen Totpunkt erreicht hat, bewept sich der bogenförmige Schlitz 20 aus dem Zylinderbereich, während die Ansaugöffnun« 19 in diesen Bereich dreht, wodurch das Zvlinderinnere über den Kanal mit der Ansaualeitung 18 in Strömungsverbindung gelangt und sich die Drehscheibe um 3 60° gedreht hat, so dass ein neuer Zvklus beginnt. Die Wirkungsweise der übrigen Zylindereinheiten erfolgt im aufgezeigten Sinne, wobei jede Einheit gegenüber der nachfolgenden um einen Takt Dhasenverschoben arbeitet.

Die Vorteile dieser Ausführung^ form bestehen darin, dass die einzelnen Kurbelwellen nur kleinen Torsionskräften ausgesetzt sind und dass der Aufbau dieses Motors äusserst einfach ist.

Im weiteren entfallen in vorteilhafter Weise die Ventile und damit die Ventilsteuerungen sowie Mehrfacheinsüritzunas- bzw, Mehrfachvergasereinrichtun^en ,

Gemäss den Figuren 2 und 3 ist eine weitere Ausführun"-;-form der gezeigten Kolbenmaschine als Gegenkolbenmotor aus-

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gebildet. In einem Zylinder 25 sind zwei Kolben, deren geschlossene Stirnseiten 28, 29 -reaeneinander gerichtet sind, verschiebbar angeordnet. Jeder Kolben ist über einen Pleuel 30 bzw. 31 an einer separaten Kurbelwelle 32 bzw. angelenkt, die je an einem Ende des Zylinders 25 quer zur Kolbenachse verlaufen und in Motorengehäuse 3t qelapert sind. Am einen freien Ende jeder Kurbelwelle ist je ein Zahnrad befestigt (vql. Fiq, 3), wobei beide Zahnräder über ein Getriebe (Zahnrad- oder Kettengetriebe) miteinander verkoppelt sind und gepenläufige Kolbenbewequnqen gewährleisten.

Das Getriebe ist ir, weiteren mit zwei Zahnräder 36 und 37 gekoppelt, wobei ein Untersetzunpsverhriiltnis von 1 : 2 festgelegt ist. Die beiden Zahnräder sind je am einen freien Ende einer Hohlwelle 38 bzw. 39 befestigt. Diese beiden Hohlwellen verlaufen parallel zu und zwischen den Kurbelwellen 3 2 und 3 3 auf zwei einander gegenüberliegende Seiten des Zylinders 25 und dichtend in Hülsen drehbar angeordnet, die je über einen ,Kanal 10 bzw. Ml in Str"nunqsverbindung mit dem mittleren Zylinderbereich stehen.

Die eine Hohlwelle 38, die zugleich als Abtriebswelle 42 ausgebildet ist, weist einen Durchbruch 43 auf, der sich n'iherunqsweise über einen Zentriwinkel von 30° erstreckt und mit den Kanal 40 in StrSmun^sverbinduT* brinqbar ist.

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Das Innere der Hohlwelle 3 8 ist strömungsmässig mit einer ortsfesten Vergasereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden und enthält ein Flügelrad 44 zur Beschleunigung und Verwirbelung des Brennstoffgemisches. Auf beiden Seiten der Hohlwelle 38, die somit einen Ansaugdrehschieber bildet, ist im Motorengehäuse 3% je eine Zündkerze vorgesehen, deren Elektroden in den mittleren Bereich des Zylinders " reichen und die in Fig. 2 bei 45 angedeutet sind.

ι Die andere Hohlwelle 39 weist ebenfalls einen Druchbruch 46 auf, der sich näherungsweise über eine Zentriwinkel von 90° erstreckt und gegenüber dem Durchbruch 43 der anderen Hohlwelle bezüglich des betreffenden Kanales 40 bzw. 41 um einen Phasenwinkel von näherungsweise 90° versetzt ist. Dieser Durchbruch ist mit dem Kanal 41 in Strömungsverbindung bringbar. Das Innere der Hohlwelle ist strömungsmässig an ein ortsfestes Abgasrohr (nicht dargestellt) angeschlossen. Im äusseren Mantel dieser Hohlwelle ist eine Längsnut 47 ausgespart, die ebenfalls in Strömungsverbindung mit dem Kanal 41 bringbar ist Und die in eine um die Hohlwelle umlaufende Ringnut 48 übergeht. Diese Nut steht ihrerseits mit einem im Gehäuse 34 ausgebildeten Kanal 49 in Strömuncrsverbindung, der seinerseits an eine Druckluftquelle und/oder eine Wasserpumpe (nicht dargestellt)

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angeschlossen ist,

Gemäss Fig. 2 sind beide Kolben in der äusseren Totpunktlage und die Ansaug- sowie die Abgasdrehschieber 38 bzw. 39 sind in ihrer geschlossenen Stellung. Bei weiterem Drehen der Kurbelwellen 32, 33 in Pfeilrichtung schieben sich die Kolben 26 und 27 gegeneinander und komprimieren zwischen sich das im Zylinder befindliche Brennstoff-Luftgemisch. Kurz vor der inneren Totpunktlage, in der die Kolben im Zylinder einen minimalen Verbrennungsraum festlegen, wird das Gemisch mittels der Kerzen 45 gezündet, worauf sich bei geschlossenen Drehschiebern die Kolben voneinander entfernen, bzw, der Arbeitstakt erfolgt. Kurz vor dem äusseren Tot punkt gelangt die Nute 47 in den Bereich des Kanales 41, so dass dem Rauchgas zu dessen Entgiftung, Nachverbrennung und Leistungssteigerung Luft und/oder Wasser zugeführt wird. Beim Erreichen des äusseren Totpunktes gelangt der Abgasdrehschieber in seine offene Stellung, indem sich der Durchbruch 46 Über dem Kanal 41 befindet, so dass beim nachfolgenden Kolbenhub das Rauchgas aus dem Zylinder ausgestossen wird. Wenn die Kolben in ihrer inneren Totpunktlage sind, so schliesst der Abgasschieber 39, während der Ansaugschieber 38 öffnet, indem der betreffende Durchbruch in den Bereich des Kanals 40 gelangt, so dass beim nächsten Auswärtshub Brenn-

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i stoff-Luftgemisch in den Zylinder 25 angesaugt wird und ein neuer H-Takt-Zyklus besinnt«

Ein Vorteil dieser Ausführungeform liegt wiederum

darin, dass sich sämtliche Ventile und damit auch die , Ventilsteuerungen erübrigen. Ebenfalls ist eine einzige ! Einspritz- bzw. Vergaservorrichtung hinreichend. Im weiteren

lässt sich dieser Boxermotor beliebig durch zusätzliche j I Kolbenpaare ergänzen, wobei die wesentlichen Konstruktions-

¹ merkmale beibehalten werden können·

Es ist auch denkbar, die aufgezeigte Kolbenmaschine als Fluidumpumpe auszuführen.

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BAD OR/G,_NÄL

Claims (1)

1. Patentans prOche

   1. Kolbenmaschine mit wenigstens einem Kolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle wenigstens ei» nen im Maschinengehäuse gelagerten Drehschieber (IU; 3 8 bzw· 39) betätigt, der die Fluidumzuetrömung in den Zylinder und/oder die Fluidumabströmung aus dem Zylinder

   Cf bzw. 25) steuert·

   2. Maschine nach Anspruch 1, ausgebildet als Achsialkolbenmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehschieber (14) als Scheibe mit Durchbrochen (19, 20) ausgebildet ist, die den Zylinder (M) in axialer Richtunp abschließet.

   3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (M) Ober die Durchbräche (19,20) im Drehschieber wahlweise mit einer Ansaug- bzw. mit einer Austrittsleitunp, (18 bzw. 21) in Strömunqsverbindung bringbar ist.

   U. Haschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (8) am einen freien Ende ein Ritzel (12) trägt, das mit einen Ritzel (13) kSnrat, das auf der im Gehäuse drehbar eelagerten Abtriebswelle (1) sitzt, wobei diese Welle den Drehschieber (IM) trägt.

   S. Maschine nach den Ansprüchen 2-4, ausgebildet

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   BAD ORtGaNM.

   als U-Takt-Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (Ό wahlweise mit einer zu einer Vergaservorrichtung führenden Ansaugleitung (18) bzw, mit einer Abgasleitung (21) in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei in die Zylinderwand eine Zündkerze eingesetzt ist. ♦

   6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, " dass der zur Vergaservorrichtung führende Durchbruch des Steuerschiebers einen axial verlaufenden, zentrischen Bereich (17) aufweist, in dem zur Verwirbelung des Brennstoff-Luftgemisches ein radial angeordnetes Pumpenrad vorgesehen ist.

   7. Maschine nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein radial in den Zylinder (U) führendes Rohr (23) zum

   * Einbringen von Luft und Wasser zur Entgiftung und Nachverbrennung des Rauchgases und zur Kühlung und Leistungssteigerung.

   8. Maschine nach den Ansprüchen 5-7, gekennzeichnet durch vier symmetrische um die Abtriebswelle (1) herum angeordnete Zylinder, wobei jeder Kolben über einem Pleuel an einer separaten Kurbelwelle angelenkt ist, die

   ihrerseits ein Ritzel trägt, das mit dem Ritzel (13) der Abtriebswelle kämmt, die den. ils Scheibe ausgebildeten

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   Drehschieber (14) trägt, der sich dichtend über alle vier Zylinder erstreckt und der wechselweise je einen Zylinder in Strömungsverbindung mit einer gemeinsamen, zentralen Ansaugleitung (18) bzw. mit je einer separaten Abgasleitung (21) bringt.

   9, Maschine nach Anspruch 1, ausgebildet als Gegenkolben-Boxermaschine mit wenigstens einem Zylinder, gekennzeichnet durch einen ersten, als Hohlwelle ausgebildeten Drehschieber (38) mit einem Durchlassschlitz (43), über den der Zylinderinnenraum mit dem Innern der Hohlwelle in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei das Innere der Hohlwelle mit einer Ansaugleitung verbunden ist, und durch einen zweiten, als Hohlwelle ausgebildeten Drehschieber (39) mit einem Durchlassschlitz (46), über den der Zylinderraum mit dem Innern der Hohlwelle in Strömungsverbindung bringbar ist, wobei das Innere der Hohlwelle mit einer Austrittsleitung verbunden ist.

   10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kurbelwellen miteinander und mit den beiden Hohlwellen in synchronisierter Antriebsverbindung stehen.

   11, Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsverbindung über ein Zahnrad- oder ein

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   Kettengetriebe erfolgt,

   12. Maschine nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von zusammenwirkenden in ie einem Zylinder angeordneten* Kolbenpaaren, durch zwei Kurbelwellen, an denen je ein Kolben eines Kolbenpaares über ein. Pleuel angelenkt ist und durch zwei sich parallel zu den Kurbelwellen erstreckenden, mit Durchlassschlitzen versehenen HQhlwellen, über ^AA& die Zylinder wahlweise mit der Ansaug- bzw, der Austrittsleitung in Strömungsverbindung bringbar sind.

   13. Maschine nach Anspruch 9 oder 11, ausgebildet als 4-Takt-Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere der ersten "ohlwelle (38) mit einer Vergasereinrichtung und das Innere der zweiten Hohlwelle (39) mit einer Abgasleitung in Strömungsverbindung steht, wobei jeder Zylinder (25) mit wenigstens einer Zündkerze (45) versehen ist.

   14. Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Hohlwelle (38) ein radiales Flügelrad (44) zur Verwirbelung und Beschleunigung des Brennstoff-Luftgemisches angeordnet ist,

   15. Maschine nach Anspruch 9 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Hohlwelle (39) im Bereiche

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   jedes Zylinders eine Längsnut (47) zum Einbringen von Luft und/oder Hasser zur Entniftune und Nachverqases ausgespart ist.

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