DE2141895C3 - Drehkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingriff zwischen einem nockenartigen, mit einer Abtriebswellc verbundenen, in der Expansionsphase von den Verbrennungsgasen unmittelbar beaufschlagten Drehkolben und einem Mantel, welcher eine als Brennkammer gedachte Aussparung mit einer Zündkerze, einer Einlaßöffnung und mit einem in ihr drehschwingbeweglieh als Absperrteil wirksamen Klappkolben aufweist.

Eine derartige Drehkolben-Brennkraftmaschine ist aus der schweizerischen Patentschrift 20 203 bekannt.

Eine derartige bekannte Anordnung, bei welcher der Drehkolben während jeder vollen Umdrehung lediglich über eine kurze Zeit^nanne mit dem Kiappkolben kraftschlüssig zusammenwirkt, um diesen so weit anzuheben, daß der Drehkolben ungehindert unter dem Klappkolben durchlaufen kann, wobei sich das freie Ende des Klappkolbens hierauf entlang der steil abfallenden rückwärtigen Fläche des exzentrischen nockenartigen Vorsprunges des Drehkolbens schlagartig nach unten absenkt, um die Verbindungsöffnung der als Brennkammer dienenden Aussparung zu öffnen und den Drehkolben unmittelbar mit den Brenngasen zu beaufschlagen, hat zur Folge, daß die Maschine bei relativ hoher Drehzahl des Drehkolbens keine sehr hohe Leistung aufweist, wobei noch hinzukommt, daß durch das schlagartige Absenken des Klappkolbens erhebliche Vibrationen auftreten. Darüber hinaus weist die bauliche Gestaltung der Maschine grolle Abmessungen auf, da zusätzlich zu der lediglich als Brennkammer dienenden Aussparung ein gesonderter Verdichtungsraum erforderlich ist.

Es ist auch berei'.s eine Rotations-Kraftmaschine vorgeschlagen woran (deutsche Offenlegungsschrift 2 015 878), bei der eine mittelbare Kraftübertragung zwischen den expandierenden Gasen eines von außen unter Druck einströmenden Strömungsmittels und dem Drchkolben über eine Anzahl von in Aussparungen des Mantels befindlichen Schubhebeln erfolgt, welche bei durch selektive Zuleitung von Druckmittel bewirkter Einwärtsbeweeung iiaJieinander am Drehkolben zur Anlage kommen, derart, daß ein erster Abschnitt des Drehkolbens als Auflage für das freie Ende der Schubhebel bei der Einwärtsbewegung and ein zweiter Abschnitt des Drehkolbens für die Rückführung der Schubhebel und der Aufwärtsbewegung nach Beendigung des Druckmittelkraftimpulses dient und Steuerungseinrichtungen für das Druckmittel vorgesehen sind.

Bei einer derartigen Anordnung ist jedoch lediglich eine mittelbare Kraftübertragung möglich, so daß bei großer Drehzahl des Drehkolbens keine großen Leistungen erzielbar sind. Darüber hinaus ist eine derartige Anordnung äußerst raumaufwendig, da zur gesonderten Erzeugung des Druckmittels zusätzliche Einrichtungen ^forderlich sind, wobei die gesamte Gestaltung des Drehkolbenraumes und der Schubhebel eine äußerst komplizierte und für den Schlupfeingriff des Drehkolbens schwer abzudichtende Form aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine obengenannter Art von raumsparender Bauweise zu schaffen, bei der bei verhältnismäßig geringer Drehzahl eine relativ hohe Leistung erzielbar ist. die einen ruhigen vibrationsfreien Lauf aufweist.

Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, daß die Aussparung auch als Verdichtungskammer wirksam ist, und daß die Form des Klappkolbens an seiner dem Drehkolben zugewandten Unterseite konvex ist, derart, daß beidseitig des konvexen Bereiches die Konturen allmählich abfallen und die Kontur zum geschwenkten Ende hin in eine konkave Form übergeht, um in allen Arbeitsphasen eine stetige Kraftübertragung zwischen beiden Kolben zu gewährleisten, wobei die Verbrennungsgase in der ersten Expansionsphase mittelbar über den Klappkolben auf den Drehkolben einwirken.

Dit erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine weist im Vergleich mit bisherig bekannten derartigen Vorrichtungen erhtDnche Vorteile auf, die darin bestehen, daß die gesamte Maschine dadurch, daß die als Brennkammer dienende Aussparung gleichzeitig als Verdichtungsraum dient eine raumsparende Bauweise aufweist und daß dadurch, daß außer der unmittelbaren Druckbeaufschlagung auf den Drehkolben eine mittelbare über den Klappkolben wirksame Beaufschlagung zusätzlich einwirkt bei geringer Drehzahl eine relativ hohe Leistung erzielbar ist, wobei durch die allmählich abfallenden Konturen des Klappkolbens im Zusammenwirken mit dem Drehkolben und durch die hierdurch erzielbare stetige Kraftübertragung zwischen beiden Kolben ein ruhiger vibrationsfreier Lauf erzielbar ist. Auch ist es hinsichtlich der Verringerung der Luftverunreinigung vorteilhaft, daß dadurch, daß die Abgase nicht vor der nächstfolgenden Umdrehung des Drehkolbens ausgestoßen werden, diese auf eine niedrigere Temperatur abkühlbar sind, so daß die Bildung von luftverunreinigenden Verbindungen weitgehend verhindert wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 die Drehkolben-Brennkraftmaschine in schematischer Darstellung im Querschnitt bei Beginn der Kraftbeaufschlagungsphase;

F i g. 2 die Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß Fig. 1 in einer weiteren Kraftbeaufschlagungsphase; Fig. 3 die Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß

F i g. 1 und 2 in einer späteren Kraftbeaufschlagungsphase in. bereits beginnender Ausstoßphase;

F i g. 4 die Drehkolben-Brennkraftmaschinc in der Verdichtungsphase.

Ein als Motorblock gestalteter Mantel Ϊ0 bildet einen Zylindern, in welchem als Zündeinrichtung eine handelsübliche Zündkerze 12 zur Erzeugung eines Zündfunkens angeordnet ist und in welchem ein handelsüblich gestaltetes Ansaugventil 13 zur Einspe.sung eines aus Benzin und Luft besiehenden Verbrennungsgemisches in eine als Brennkammer dienende Aussparung 14 a des Mantels 10 vorgesehen ist. Die ais brennkammer dienende Aussparung 14« wird durch die Innenwandung des Mantels 10 und durch die obere Fläche 15 eines Klappkolbens 16 begrenzt.

Die Wirkungsweise der Drehkolben-Brennkraftmaschine ist folgende: Die aus Fig.! ersichtliche, als Brennkammer dienende Aussparung 34λ des Mantels 10 wird mit einem Verbrennungsgenisch beschickt, welches in diese eingeführt wird, bevor das Ansaugventil schließt. Die Zündkerze 12 erzeugt dann einen Zündfunken, der das in der Aussparung 14 a befindliche Verbrennungsgemisch zündet. Sobald das Verbrennungsgemisch zu brennen bzw. zu explodieren beginnt, expandieren die hierbei entstehenden Gase und entwickeln einen großen Druck, wobei der Expansionsdruck der Gase auf die obere Fläche 15 des Klappkolbens 16 einwirkt. Der Klaopkolben 16 wird hierbei um einen Gelenkzapfen 17 in durch den Pfeil 18 bezeichneter Richtung geschwenkt. Durch die durch den Explosionsdruck bewirkte winkelförmige Verschiebung des Klappkolbens 16 nach unten wird eine Nutzkraft erzeugt, die in folgender Weise genutzt wird:

Wie r.us F i g. I ersichtlich ist, weist der Klappkolben 16 an seiner dem Drehkolben 21 zugewandten Unterseite 19 eine konvexe Form auf, derart, daß beiderseitig des konvexen Bereiches die Konturen allmählich abfallen und die Kontur zum geschwenkten Ende 24 hin in eine konkave Form übergeht um in allen Arbeitsphasen eine stete Kraftübertragung zwischen dem Klappkolben 16 und dem Drehkolben 21 zu gewährleisten. Die Umfangsfläche des Drehkolbens weist an einer Seite eine gewölbte Fläche 26 und an der gegenüberliegenden Seite eine gewölbte Führungsfläche 29 auf. Der Grund für eine derartige Gestaltung wird weiter unten erläutert.

Sobald der Klappkolben 16 sich durch die Druckkraft der sich ausdehnenden Explosionsgase in Richtung des Pfeiles 18 zu verschieben beginnt, wirken die Verbrennungsgase in der ersten Expansionsphase mittelbar über den Klappkolben 16 auf den Drehkolben 21 cm, wobei über den sich fortlaufend verlagernden gemeinsamen Berührungspunkt zwischen dem Klappkolben 16 und dem Drehkolben 21 eine Drehbewegung des Drehkolbens 21 im Uhrzeigersinne in Richtung des Pfeiles 23 um seinen Gelenkzapfen 22 bewirkt wird.

Diese Verschiebung des Klappkolbens und des Drehkolbens setzt sich infolge des anhaltenden Expansionsdruckes des Gases in der als Brennkammer dienenden Aussparung 14 α so lange fort, bis zu einem späteren Zeitpunkt der Klappkolben 16 und der Drehkolben 21 eine in Fig. 2 dargestellte Stellung einnehmen.

In dieser Stellung ist der Klappkolben 16 soweit geschwenkt worden, daß sein geschwenktes Ende 24 an der Wandung gelegenen Punkt 25, der die Verbindungsöffnung zwischen der Aussparung 14 a und dem Raum 14 b begrenzt, überschritten hat, so daß die hierbei geöffnete Verbindungsöffnung die als

Brennkammer dienende Aussparung 14« mit dem Raum 14 b verbindet.

Nun wirkt der Expansionsdruck der Gase unmittelbar auf die Fläche 26 des Drehkolbens 21 ein, wobei der Drehkolben durch Drehung im Uhrzeigersinne

ίο weitergedreht wird. Auf diese Weise drückt der Expansionsdruck, der sich ständig weiter ausdehnenden Gase den Drehkolben vor sich her und bewirkt eine Erzeugung von Kraft, die vom Gelenkzapfen 22, der gleichzeitig die Motorwelle bildet, aufgenommen

wird. Durch diese doppelte, anfänglich mittelbare und dann unmittelbare Krafteinwirkung der expandierenden Gase auf den Drehkolben wird eine Kraftverstärkung erzielt, durch die bei geringer Drehzahl des Drehkolbens eine hohe Leistung gewährleistet wird.

In Fig. 2 ist der Klappkolben 16 in der Endstellung seiner im Uhrzeigersinn erfolgenden Drehung dargestellt, in welcher er durch einen oder mehrere (nicht dargestellte) im Mantel angeordnete Anschläge

begrenzt wird, wobei die Begrenzung des Klappkolbens auch durch einen konzentrischen kreisförmigen Teil des Drehkolbens bewirkt werden kann.

Bei Weiterdrehung des Drehkolbens 21 im Uhrzeigersinne unter dem Einfluß der Expansionsgase

hält der konzentrische kreisförmige Teil desse'ben den Klappkolben 16 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung.

In dieser obigen Stellung ist zur Vereinfachung des Vorganges angenommen worden, daß der Arbeits-

ablauf zu einem Zeitpunkt beginnt, an welchem die als Brennkammer dienende Aussparung 14 a gemäß Fig. 1 frisch mit Verbrennungsgemisch beschickt worden ist. Normalerweise wird jedoch der Arbeitsbeginn mit einer vorher erfolgenden Gasgemisch-

explosion bereits zu einem früheren Zeitpunkt erfolgt sein und die bereits verbrannten Abgase einer vorhergehenden Phase werden den Abgasausstoßraum 27 anfüllen (F i g. 2), der an der der druckbeaufschlagbaren Seite gegenüberliegenden Seite des Dreh-

kolbens 21 gebildet wild.

Der Umfang des Abgasausstoßraumes 27 wird somit durch die jeweiüge Lage der Führungsflädie 29 des Drehkolbcns 21 bestimmt. Setzt der Drehkolben seine im Uhrzeigersinn erfolgende Drehbewegung

fort, so wird die Führungsfläche 29 den Umfang des Abgasausstoßraumes 27 fortlaufend verkleinern, so daß dadurch die im Abgasausstoßraum 27 befindlichen Abgase aus diesem fortschreitend durch das Abgasventil 28 ausgestoßen werden.

In F i g. 3 ist der Arbeitsablauf zu einem späteren Zeitpunkt dargestellt. Hierbei sind die Abgase einer vorhergehenden Explosion bereits teilweise aus dem Zyliriderraum ausgestoßen worden. Setzt nun der Drehkolben 21 seine Drehbewegung im Uhrzeiger-

sinn in Richtung des Pfeiles 23 fort, so stößt die FührungsfVäche 29 gegen die konkave Unterseite 19 des Klappkolbens 16. Bedingt durch die besondere Form der sich berührenden Umfangflächen bewegt der sich im Uhrzeigersinne drehende Drehkolben 21 den

Klappkolben 16 durch Nockenwirkung im Gegen-Uhrzeigersinn in Richtung des Pfeiles 31, d. h. in Gegenrichtung zu seiner vorhergehenden Verschiebungsrichtung, wodurch der Klappkolben 16 veran-

laßt wird, dauernd eine hin- und hergehende ürehschwingbewegung durchzuführen.

tm in Fig. 3 dargestellten Zeitpunkt ist das Ansaugventil 13 geöffnet, um eine neue Beschickungsmenge an Verbrennungsgemisch in die Aussparung 14 α einzuspeisen. Wird der Klappkolben durch Nockenwirkung im Gegenuhrzeigersinn weiterbcwegt und wird das neue Gemisch zu einem Zeitpunkt eingespeist, in welchem das geschwenkte Ende des sich im Gegemihrzeigersinn drehenden Klappkolbens i6 den Punkt 25 noch nicht ganz erreicht hat, so ergibt sich die vorteilhafte Wirkung, daß die Abgase vom neu eingespeisten Gemisch durch das geöffnete nicht näher dargestellte Abgasventil 28 restlos aus dem Raum 14 b ausgestoßen werden körrnen Berührt das geschwenkte Ende 24 des Klappkolbens 16 nun den :n der Wandung liegenden Punkt 25, so wird die Verbindungsöffnung zwischen der Aussparung 14 c und dem Raum 14b, wie in Fig. 4 dargestellt, ge schlossen. In diesem Zeitpunkt beginnt der Klapp kolben 16 das neu eingespeiste Verbrennungsgemisch in der als Brennkammer dienenden Aussparung 14 e zu verdichten, bis der Zylinder für einen weiterer Arbeitszyklus bereit ist.

Der Klappkolben 16 und der Druhkolben 21 weisen im wesentlichen die Form einer flachen Platte auf

ίο deren Dicke durch die Größe der im Zylinder auftretenden Kräfte bemessen wird. Jedes dieser sich bewegenden Teile ist im Bezug zueinander und irr Bezug zu den Innenwandungen des Mantels abgedichtet. Derartige Dichtungen sind in F i g. 4 mit der Bezugszeichen 32, 33, 34 und 35 bezeichnet. In dci Praxis sind diese sich auf die Dichtung beziehenden Probleme bereits gelöst und bekannt.

Hier/u 1 Blatt Zeichnungen

λ η f,

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Drehkolben-Brennkraftmaschine mit Schlupfeingrif! zwischen einem nockenartigen, mit einer Abtriebswelle verbundenen, in der Expansionsphase von den Verbrennungsgasen unmittelbar beaufschlagten Drehkolben und einem Mantel, welcher eine als Brennkammer gedachte Aussparung mit einer Zündkerze, einer Einlaßöffnung und mit einem in ihr drehschwingbeweglich als Absperrteil wirksamen Klappkolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (14 a) auch als Verdichtungskammer wirksam ist, und daß die Form des Klappkolbens (16) an seiner dem Drehkolben (21) zugewandten Unterseite (19) konvex ist derart, daß beidseitig des konvexen Bereiches die Konturen allmählich abfallen und die" Kontur zum geschwenkten Ende (24) hin in eine konkave Form übergeht, um in allen Arbeitsphasen eine stetige Kraftübertragung zwischen beiden Kolben zu gewährleisten, wobei die Verbrennungsgase in der ersten Expansionsphase mittelbar über den Klappkolben (J 6) auf den Drehkolben (21) einwirken.

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