DE2252453B1 - Mittelachsige umlaufkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

• Durch die mit den Stirnseiten der Gegenkolben übereinstimmende Größe der Kolbenflächen-Vorderseite wird der Querschnitt des Verdichtungsraumes bestimmt. Durch die versetzte Anordnung der die Arbeitskammern radial nach innen begrenzenden Zungen an der Rückseite jedes Kolbens, auf der der Expansionshub erfolgt, wird ein großes Saugvolumen
• geschaffen. welches auch nicht durch die an der Vorderseite der Kolbenfläche angeformte, radial weiter außen liegende Zunge beeinträchtigt wird, da während eines wesentlichen Teils des Expansionshubes diese Zunge einem nachlaufenden Kolben zugeordnet ist und somit aus dem Expansionsraum zurücktritt. Dadurch ergibt sich ein besonders günstiges Verdichtungsverhältnis. Die radial versetzt liegenden Zungen zu beiden Seiten der Kolben, die Kolben selbst, als auch die Gegenkolben erstrecken sich über die gesamte Breite der Gehäusewandung und werden seitlich von den beiden Stirnwänden des Gehäuses begrenzt.
• Mit der unterschiedlichen Anzahl von Kolben einerseits und Einlaßkanälen sowie Zündkerzen andererseits wird die für einen ruhigen Lauf des Motors maßgebende umlaufende Zündfolge erreicht.
• Das Saugvolumen für jeden Kolben wird in vorteilhafter Weise noch dadurch vergrößert, daß in die die Arbeitskammern radial außen begrenzende Wandung im Bereich der mit den gegenüberliegenden Stirnwänden der Kolben zusammenwirkenden Stirnwände der Gegenkolben offene Oberströmmulden eingelassen sind.
• An Hand eines Ausführungsbeispiels ist der Erfindungsgegenstand in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert.
• Die Figur zeigt eine schematische Ansicht auf das aufgeschnittene Gehäuse der Brennkraftmaschine.
• In einem Gehäuse 1 ist auf einer Weile 2 eine Schwungscheibe 3 drehfest gelagert. Am Außenumfang dieser Schwungscheibe 3 ist seitlich eine zylinderförmige Wandung4 angeformt, welche die Arbeitskammern für den Kompressions- und den Expansionshub eines jeden von vier umlaufenden Kolben 5 radial nach außen begrenzt. In der Wandung 4 sind Einlaßöffnungen7 für die Frischluftzufuhr sowie jeweils vier weitere Auslaßöffnungen 6 für den Auslaß der Verbrennungsgase vorgesehen. Diese Ein- und Auslaßöffnungen 7, 6 sind gleichmäßig winkelversetzt in der Wandung 4 verteilt angeordnet.
• Zur Erzielung einer bestimmten Zündfolge sind am Umfang des Gehäuses 1 in Winkelabständen von 720 jeweils fünf Zündkerzen 9. fünf Einlaßkanäle 10 und fünf Auslaßkanäle 11 vorgesehen.
• Die vier Kolben 5 sind auf der Welle 2 frei drehbar gelagert. Jeder Kolben ist durch ein ihm zugeordnetes Kurbelgetriebe 12 während seiner allgemeinen Umlaufbewegung zusätzlich im Sinne einer Merzögerung bzw. Beschleunigung zwangsgesteuert. Diese Zwangssteuerung erfolgt derart. daß jedes Kurbelgetriebe 12 ein Zahnrad 13 aufweist, das auf radialem Abstand zur Welle 2 an der Schwungscheibe 3 gelagert ist und von einer Innenverzahnung 14 eines konzentrisch zur Welle 2 angeordneten feststehenden Hohlrades 15 in Drehung versetzt wird. Dreht sich die Welle 2 beispielsweise im Uhrzeigersinn der Figur, so werden die Zahnräder 13 jedes Kurbelgetriebes 12 im Gegenuhrzeigersinn angetrieben. Das Obersetzungsverhältnis zwischen Zahnrad 13 und Innenverzahnung 14 ist durch die Bemessung der Durchmesser jeden Zahnrades 13 und des Hohlrades 15 so gewählt, daß nach einer Fünfteldrehung der Welle 2 ein mit dem Zahnrad 13 verbundener Kurbelarm 16 eine volle Drehung ausgeführt hat und sich wieder in der gleichen Ausgangslage befindet.
• Der Zwangslauf des Kolbens erfolgt durch eine über ein Glied 17 mit dem Kurbelarm 16 gelenkig verbundenen Schubkurbel 18. die an dem zum Kolben 5 führenden Arm 19 angreift. Die in Drehrichtung liegende Komponente der sich auf einer zykloidenähnlichen Bahn bewegenden Schubkurbel 18 bestimmt die Verzögerung bzw. Beschleunigung und somit den Kraftschluß des Kolbens, wohingegen die in radialer Richtung liegende wirkungslose Komponente der Schubkurbelbewegung durch eine im Arm 19 vorgesehene langlochförmige Ausnehmung aufgefangen wird.
• In radialer Erstreckung werden die an der Vorder-und Rückseite der Kolben 5 angrenzenden Arbeitsräume 20 bis 27 durch die Stirnwände 28 von Gegenkolben 29 abgeschlossen, welche seitlich an der Schwungscheibe3 an deren Außenumfang um 900 winkelversetzt zueinander befestigt sind. Zwischen jeweils zwei Gegenkolben 29 befinden sich auf Abstand die Einlaß- und Auslaßöffnungen 7, 6 für den Frischlufteintritt und den Austritt der Verbrennungsgase.
• In Drehrichtung werden die Arbeitskammern 20 bis 27 dadurch nach innen zu abgeschlossenen, daß an der Vorder- und Rückseite eines jeden Kolbens 5 sich in Drehrichtung erstreckende Zungen 32, 33 angeformt sind, wobei die in Drehrichtung nacheilenden Zungen 33 an der Rückseite der Kolben eine geringere radiale Höhe aufweisen als die an der Vorderseite an geformten voreilenden Zungen 32, die zudem noch in ihrem radial inneren Bereich in Umfangserstreckung so weit ausgespart sind, daß sie jeweils die nacheilenden Zungen der vorlaufenden Kolben in ihrer gesamten Umfangserstreckung aufnehmen können. Hierdurch kann auf der Rückseite des Kolbens. auf der der Expansionshub erfolgt, unabhängig von dem jeweiligen Abstand zwischen einer Gegenkolbenstirnwand 28 und dem benachbarten Kolben 5 eine große Arbeitskammer erzielt werden, während auf der Vorderseite des Kolbens. auf der der Kompressionshub erfolgt, eine kleine Arbeitskammer möglich ist.
• Die radiale Versetzung der Zungen 32 und 33 an der Vorder- bzw. Rückseite des Kolbens ist so gewählt, daß die radial weiter außen liegende Zunge 32 an die innere Umfangsfläche der Gegenkolben 29 dichtend anschließend und die radial weiter innen an der Rückseite des Kolbens angeformte Zunge 33 unter die an der Vorderseite des darauffolgenden Kolbens angebrachte Zunge 32 eingeschoben werden kann, wie dies bei den die Arbeitskammern 23 in der Zeichnung bildenden Flächen der Fall ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine handelt es sich um einen Zwei-Takt-Motor. Nach jeweils 72 ist ein Arbeitshub vollzogen.
• So beginnt das Ansaugen hinter dem Kolben 5 in der zusammengedrückten Kammer 23 durch kurzzeitiges Einströmen aus der Kammer 24 über eine im Bereich der Einlaßöffnung 7 in der Wandung 4 vorgesehene Überströmmulde 30. Auf der Vorderseite des in dieser Phase beschleunigt umlaufenden Kolbeins 5 drückt dieser die Verbrennungsgase aus der Kammer 24 durch den Auslaßkanal 11 ins Freie. Im weiteren Verlauf der Kolbenumdrehung wird die Kammer hinter dem Kolben 5 vergrößert und erhält als Kammer 25 über den Einlaßkanal 10 das Brennstoff-Luft-Gemisch zugeteilt. Währenddessen wird das Gemisch in der Kammer 26 komprimicrt und durch die in der Zeichnung untenliegende Zündkerze (Kammer 20) zur Entzündung gebracht.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Mittelachsige Umlaufkolben-Brennkraftmaschine mit vier in einem Ein- und Auslaßkanäle aufweisenden kreisringförmigen Gehäuse beschleunigt und verzögert umlaufenden Kolben mit radialen Stirnwänden, die mit an einer Schwungscheibe befestigten, ebenfalls radiale Stirnwände aufweisenden Gegenkolben Arbeitskammern bilden, welche radial innen von in Umfangsrichtung verlaufenden Zungen der Kolben begrenzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkolben (29) seitlich an der Schwungscheibe (3) angebracht sind und direkt miteinander über eine die Arbeitskammern (20 bis 27) radial außen begrenzende Wandung (4) verbunden sind, daß die - in Drehrichtung gesehen - nacheilenden Zungen (33) eine geringere radiale Höhe aufweisen als die voreilenden Zungen (32), die zudem noch in ihrem radial inneren Bereich in Umfangserstreckung so weit ausgespart sind, daß sie jeweils die nacheilenden Zungen (33) der vorlaufenden Kolben (5) in ihrer gesamten Umfangserstreckung aufnehmen können, und daß gleichmäßig am Umfang des Gehäuses verteilt fünf Ein- und Auslaßkanäle (10, 11) für das Arbeitsmedium sowie fünf Zündkerzen bzw.

   fünf Brennstoffzufuhreinrichtungen (9) vorgesehen sind, wobei die Zündkerzen bzw. die Brennstoffzufuhreinrichtungen (9) über im Bereich der nacheilenden Gegenkolbenstirnwand (28) in der Wandung (4) vorgesehene Einlaßöffnungen (7) und Auslaßöffnungen (6) zeitweilig mit den Arbeitskammern (20 bis 27) in Verbindung stehen.
2. 2. Brennkraftmaschine nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß in die die Arbeitskammern (20 bis 27) radial außen begrenzende Wandung (4) im Bereich der mit den gegenüberliegenden Stirnwänden der Kolben (5) zusammenwirkenden Stirnwände (28) der Gegenkolben (29) offene Überströmmulden (30) eingelassen sind.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine mittelachsige Umlaufkolben-Brennkraftmaschine mit vier in einem Ein- und Auslaßkanäle aufweisenden kreisringförmigen Gehäuse beschleunigt und verzögert umlaufenden Kolben mit radialen Stirnwänden, die mit an einer Schwungscheibe befestigten, ebenfalls radiale Stirnwände aufweisenden Gegenkolben Arbeitskammern bilden, welche radial innen von in Umfangsrichtung verlaufenden Zungen der Kolben begrenzt sind.

   Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 384 896 bekannt. Hierbei sind die Arbeitskammern als ringförmig gekrümmte, mit den Kolben verbundene Büchsen ausgebildet, die mit gleichmäßiger Drehgeschwindigkeit in einem stationären Ringkanal mit der Antriebswelle umlaufen. Entsprechend ringförmig ausgebildete und in die Büchsen passende Gegenkolben sind hierbei durch ein von einem feststehenden Hohlrad und an dessen Innenverzahnung abrollenden Planetenrädern gesteuertes Kurbelgetriebe verzö- gert und beschleunigt angetrieben, so daß je nach Art des Arbeitshubes sich die Arbeitsräume periodisch ändern können.

   Diese bekannte Umlaufkolben-Brennkraftmaschine arbeitet im Vier-Takt-Betrieb mit Zündung.

   Alle hierbei vorgesehenen 4 Kolben werden in bezug auf die 4 Arbeitskammern gleichsinnig verzögert oder beschleunigt und kommen mit in entsprechender Anzahl vorgesehenen Ein- und Auslaßkanälen sowie Zündvorrichtungen bei vorgegebener Drehzahl in stets konstanten zeitlichen Abständen in Wirkungsverbindung. Dies hat zur Folge, daß durch die hohen Massenkräfte bei unzureichend bemessener Schwungscheibe der Lauf des Motors instabil und unruhig wird und sich der Umlaufbewegung Drehschwingungen überlagern, die sich nicht nur auf das angetriebene Aggregat bzw. das nachgeschaltete Getriebe, sondern auch auf das Kurbelgetriebe für die Kolbensteuerung und auf die Lagerstellen ungünstig auswirken können.

   Hinzu kommt, daß bei der bekannten Umlaufkolben-Brennkraftmaschine das Gesamt-Hubvolumen in bezug auf den ausnutzbaren Raum infolge der Beschränkung auf als Arbeitskammern ausgebildeten Büchsen verhältnismäßig gering ist, was sich nachteilig auf das Leistungsgewicht des Motors auswirkt.

   Die auf den Durchmesser der Büchsen beschränkten Kolbenflächen und die durch den Antrieb bedingte Kurzhubigkeit bei der bekannten Bauart bringen schließlich eine verhältnismäßig niedrige Verdichtung des Motors mit sich.

   Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Umiaufkolben-Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art Anzahl und Größe der von den Kolben und Gegenkolben begrenzten Arbeitskammern so auszugestalten, daß eine kontinuierlich umlaufende Zündung möglich ist und daß bei optimaler Raumausnutzung im Innern des die drehenden Teile umgebenden Gehäuses ein hohes Verdichtungsverhältnis erreicht wird, um den Motor unempfindlich gegen die Verwendung unterschiedlicher Brennstoffe zu machen.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gegenkolben seitlich an der Schwungscheibe angebracht sind und direkt miteinander über eine die Arbeitskammern radial außen begrenzende Wandung verbunden sind, daß die - in Drehrichtung gesehen - nacheilenden Zungen eine geringere radiale Höhe aufweisen als die voreilenden Zungen, die zudem noch in ihrem radial inneren Bereich in Umfangserstreckung so weit ausgespart sind, daß sie jeweils die nacheilenden Zungen der vorlaufenden Kolben in ihrer gesamten Umfangserstreckung aufnehmen können, und daß gleichmäßig am Umfang des Gehäuses verteilt fünf Ein- und Auslaßkanäle für das Arbeitsmedium sowie fünf Zündkerzen bzw.

   fünf Brennstoffzufuhreinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Zündkerzen bzw. die Brennstoffzufuhreinrichtungen über im Bereich der nacheilenden Gegenkolbenstirnwand in der Wandung vorgesehene Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen zeitweilig mit den Arbeitskammern in Verbindung stehen.