DE2344460C3

DE2344460C3 - Schwenkkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2344460C3
Application number: DE2344460A
Authority: DE
Inventors: Edward Howard Addison Ill. Green jun.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-09-04
Publication date: 1981-07-02
Also published as: DE2344460B2; NL7312155A; ES418479A1; IL43155A0; IE39533B1; GB1386925A; IT993141B; CH575539A5; SE402798B; IL43155A; IE39533L; DE2344460A1; JPS4992408A; FR2198543A5; BE804436A; CA997274A; AU5998873A; US3871337A; ZA736054B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwenkkolben-Brennkraftmaschine mit einem Rotor, bestehend aus einem Gehäuscmantcl und einem innerhalb des Gchäitsemantels mit gleicher Drehzahl umtaufenden Leistungsteil, das drchschwingbcwcglichc Kolben aufweist, die mit von der Nabe /.um Gehäuscmantcl hin sich erstreckenden Wandungen und Seitenteilen Arbeitskammern begrenzen und an ihren achsennahen Enden auf Schwcnkwellen gelagert sind, die im Bereich des Nabenumfangs angeordnet sind und sich in ein axial anschließendes Führungsgetriebe hinein erstrecken.

Die mis der US-Patentschrift I 2.Vi(Kl*) bekannte Schwenkkolben-Brennkraftmaschine weist ein sehr niedriges l.eistuitgsgevvicht auf.

Um daher eine Schwcnkknlhcu-Ilrcmikniflmast.him· mit verhältnismäßig großem I.eistungsgewicht .umzubilden, ist bei der eingangs definierten Schwenkkolben l!rcmikraftm;iM'hinc crfiudiingsgcmiil.! vorgesehen, daß die Arbeitskammern durch die kreisnogenförmigzum Gehäusemantel hin sich erstreckenden Wandungen, durch Anlagefläehen an der Nabe für die drehschwingbeweglichen Kolben sowie durch ein stationäres Seitenteil und ein mit dem Gehäusemantel drehfest verbundenes Seitenteil gebildet werden und daß die Schwenkwellen über Kurbelgetriebe mit Planetenrädern verbunden sind, die mit einem stationären Sonnenrad kämmen und in einem dar Füh-Ki rungsgetriebe umgebenden, mit dem Gehäusemantel drehfest verbundenen Getriebegehäuse drelihar gelagert sind.

Die erfindungsgemäße Schwenkkolben-Brennkraftmaschine kann für den gleichen Leistungs- und is Hubraumbereich wie herkömmliche Rasenmäher-, Motorrad-, Automobil-, Lastkraftwagen-, Schiffsund Flugzeugmaschinen gebaut werden, haben jedoch den wesentlichen Unterschied, daß sie 40 bis 60% gewichtsmäßig leichter sind und im Volumen ein Drittel 2ii bis ein Viertel der Größe bekannter Maschinen aufweisen werden. Schwenkkolben-Brennkraftmaschinen mil zwei Arbeitskammer!! werden insbesondere bei Rasenmähern, Motorrädern und kleinen Autos Verwendung finden, während Schwenkkolbcn-Brennkraftmaschinen mit 4, 6 und 8 oder mehr Arbeitskammern besonders für Lastkraftwagen, Schiffe und Flugzeuge verwendbar sind.

Zweckmäßig weise eine mit dem Sonnrad drehfest

verbundene Achse ein die Nabe abstützendes Axialla-

.vi gcr auf. Darüber hinaus kann die Achse hohl sein und eine mit dem Getriebegehäuse drehfest verbundene Hilfsantriebswelle aufnehmen und gegebenenfalls eine Einlaßleitung und einen Auslaß für das Kühl- und Schmieröl des Getriebegehäuses aufweisen.

.is Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. I eine Seitenansicht eines Längsschnittes durch die Mittelachse, wobei zur deutlicheren Dar-4Ii stellung die Zähne der einzelnen JUtzel in Ansicht dargestellt sind,

Fig. 2 einen als rechtwinklige Piattc ausgebildeten Kolben mit der ihm zugeordneten Schwcnkwelle,

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie A-A aus ■45 Fig. T,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt längs der Linie B-B durch die Maschine nach Fig. 1, und Fig. 5 eine Stirnansieht gemäß C-C aus Fig. I.

Eine Ausführungsform der Schwenkkolbcn-Brennkraftmaschine ist als Viertaktmaschine ausgebildet. Zur Veranschaulichung dieser Ausführungsform wird eine Maschine mit vier um 90" versetzten Arbeitskammern beschrieben. Die Arbeitskammern rotieren mit einem drehbaren Gehäuseteil, bestehend aus einem Gehäuscmantcl 22 und einem Seitenteil 21 und laufen bei jeder vollständigen Umdrehung um 360° durch alle vier Arbeitstakte: Ansaugen, Komprimieren, Zünden und Auspuffen.

Die Arbeitskammern rotieren mit diesem Gehäuseteil relativ zu dem scheibenförmigen, stationären Seitenteil 51, welches eine Ansaugöffnung, eine Zündeinrichtung und eine Auspufföffnting aufweist. Jede Arbeitskammer kommt während der Drehung nacheinander zur Ansaugöffnung 70. /i'iiuleinriehtiing 73 und Auspufföffnung 72.

Jeder rechteckige Kolben in jeder Arbeitskammer schwingt bei jeder Drehung des Gehäuseteil je zweimal nach innen und außen. Die Drehung der Atheits-

kammern über den Einlaß, die Zündeinrichtung und den Auspuff ist mit der Schwingung der Kolben nach innen und außen koordiniert, so daß in jeder Arbeitskammer nacheinander die vier Maschinentakte stattfinden.

Während des Ansaugtaktes jeder Arbeitskammer bewegt sich der Kolben von der Mittelachse de,- Maschine nach außen und saugt dadurch das Brennstoff-Luft-Gemisch in die Arbeitskammer. Der Kolben schwingt dann nach innen und komprimiert das in Brennstoff-Luft-Gemisch, wobei es zum richtigen Zeitpunkt in Kontakt mit der Zündeinrichtung kommt, die das Gemisch zündet und den Verbrennungs- oder Arbeitstakt einleitet, durch den der Kolben nach außen von der Mittelachse der Maschine wegschwingt. Am Ende des Arbeitstaktes beginnt der Kolben wieder nach innen zu schwingen, wenn die Arbeitskammer die Auspufföffnung erreicht und mit dieser in Verbindung kommt, so daß die verbrauchten Verbrennungsgase durch die Auspufföffnung ausgestoßen werden.

Die Arbeitskammer 25 in der Stellung A befindet sich in der vollen Ansaugstellung für das Brennstoff-Luft-Gemisch und hat dieses Gemisch durch die Ansaugöffnung 70 während des Vorbeiganges an dieser öffnung aufgenommen, wobei sie vors der vollen Auspuffsteüung D in die volle Ansaugstellung A gelangte (Fig. 4).

Das in Fig. I dargestellte Seitenteil 21, das die Kolben trägt, rotiert im Gegenuhrzeigersinn. Das Brennstoff-Luft-Gemisch in der Arbeitskammer 25 ist in der Stellung B vollständig komprimiert. Beim Weiterdrehen gelangt die Arbeitskammer 25 über die Zündeinrichtung, die im richtigen Augenblick die Zündung des komprimierten Brennstoff-Luft-Gemisches verursacht. Am Ende des Verbrennungs-Arbeitstaktes befindet sich die Arbeitskammer 25 in der Stellung C. In der Stellung C weist die Arbeitskammer 25 etwa ihr größtes Volumen auf und enthält die Vcrbrcnnungsgasc. Die Arbeitskammer 25 setzt ihre Drehbewegung fort und gelangt aus der Stellung C (Ende des Arbeitstaktes) in die Stellung D, die dem Ende des Auspufftaktes entspricht. Bei dieser Verstellunggclangt die Arbeitskammer über die Auspuff-Öffnung 72, wobei der Kolben schließt und die Verbrennungsgasc über die Auspuffleitung 71 ausstößt. Beim Betrieb schwingen jeweils zwei diametral gegenüberliegende Kolben zur Nabe 24 der Maschine, wogegen die anderen beiden diametral gegenüberliegend angeordneten Kolben von der Nabe der Ma- so schinc wegschwingen. Soihald die vier Kolben das Ende ihrer jeweiligen Schwingbewegung erreichen, kehren sie cm und bewegen sich in der entgegengesetzten Richtung. Pro Umdrehung des drehbaren Seitenteils 21 findet dies bei jedem Kolben zweimal statt.

Die oben beschriebenen Arbeitstakte finden kontinuierlich nacheinander in jeder der vier Arbeitskainmern einmal bei jeder Umdrehung des drehbaren Gehäuscteils um 360° statt. Die Maschine gewährleistet mi eine ausgeglichene, praktisch gleichmäßige und gleichförmige Leistungsabgabe, wenn für jede Arbeitskammer pro Umdrehung ein Arbeitstakt vorgesehen ist und vier Arbeitstakte bei jeder Umdrehung tier Maschine um 360" stattfinden. <>s

Gemäß IMg. I weist der Teil I der Maschine einen Kolben I auf, tier mit einer Schwenkwelle 2 fest verbunden isl. wobei die SclA.enkwelle ihrerseils lest mit einem Kurbeltrieb 3, 4, 5 (Fig. 2 und 3) verbunden ist. Der Kolben 1, die Welle 2 und die Hebel 3 sind beweglich mit weiteren Hebelteilen 4, Kurbein 5 und Planetenrädern 6 verbunden, wobei die schwingende Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Planetenräder 6 umgewandelt wird (Fig. 3). Schlitze 7 in jedem Kolben 1 ermöglichen ejne Herabsetzung des Gesamtgewichtes ohne die Festigkeit zu verringern. Nach Fig. 1 ist eine Welle 8 im drehbaren Gehäuseteil gelagert und über geeignete Lagerungen mit den Planetenrädern 6 verbunden.

Der Kolben 1 nach Fig. 2 kann an seinen Seitenrändern und um äußeren Rand mit Ausnehmungen für die Aufnahme von Dichtungen und Lager- bzw. Abstützeinsätzen 11 versehen sein.

Das drehende Gehäuseteil weist ein drehendes Seitenteil 21 auf, mit dem die Sehwenkwelk· 2 und der rechteckige Kolben 1 nach Teil I der IMg. ! beweglich verbunden sind. Die Teile des Kurbelgetriebes 3 und 4 und 5 sind untereinander beweglich verbunden. Das Seitenteil 21 ist fest mit dem Gehäu..,mantei 22 und dem Gehäuse 23 verbunden, die beide mi« ihm umlaufen. Die Wände der Arbeitskammer 25 werden von der Innenseite 21a des drehbaren Seitenteils und der Nabe 24, der inneren Fläche 51a des stationären Seitenteils 51, der Innenseite des Kolbens 1 und der Innenfläche 41a der mit dem Außenrand des Kolbens in Eingriff stehenden, gewölbten Wandung 41 bestimmt.

Eine geeignete Gasdichtung, z. B. eusc Kohledichtung 26 ist in eine Ausnehmung des Außenrandes des zylindrischen Gehäusemantels 22 eingesetzt, läuft mit diesem um und bildet zugleich eine Abstützung. In dem Seitenteil 51 kann ein Entlüfter 80 zur Entfernung und Sammlung von aus der Arbeitskammer ausgeblasener Gase vorgesehen sein. Die gesammelten Gase können zur Verringerung der Luftverschmutzung in die Brennstoffzuführung rückgeführt und verbrannt werden. Die Schwenkwelle 2 wird ·όπ einem in das Seitenteil 21 versenkten Flansch 27 abgestützt und durch eine Öldichtung 28 abgedichtet. Die Schv; Jnkwelle 2 schwingt in Lagerungen 29 und wird feiner von in die Endscheibe 30 versenkten Lagern 43 abgestützt. Die Lagerung der Schwenkwelle 2 wird somit durch den Flansch 27 in das Seitenteil 21, Jas Lager 29 im Teil 40 des Gehäuses und Lager 43 in der Scheibe 30 getragen. Die Scheibe 30 hängt mit dem Gehäuse 23 zusammen und ist durch Bolzen 31a und 316 mit dem Seitenteil 21 verbunden, so daß sie mit dieser umläuft. Eine Kupplungsfläche 32 ist über geeignete Einrichtungen starr mit der Scheibe 30 verbunden, welche zur Hauptantriebsableitung Verwendung finden kann. Eine Hilfsantriebseinrichtung ist in Form einer Welle 33 vorgesehen, die über geeignete Mittel bleibend mit der Scheibe verbunden ist. wobei an der Hilfsantriebswelle im Endbereich eiiic Keilriemenscheibe od. dgl. 34 mitteis eines Keiies 35 befestigt ist. Die Welle 8 wird vom Teil 40 des drehbaren Gehäuseteil getragen und das Planctenrad 6 steht mit ihr in Wirkverbinc'jng.

Wenn man von rechts nach links in Fig. 1 blickt, dann ist die Hilfsantriebswelle 33 einteilig mit einer einen Wellenträger bildenden Scheibe 3A verbunden, die ihrerseits mit Hilfe geeigneter Holzen 37 mit dei Innenseite der Seheibe 30 in Veibinilungstclil. Hol/eii 38 verbinden die Scheibe 3(f starr mit jenem Teil deals Rit/eltrügers ausgebildeten Teils 40. der mit dein Seitenteil 21 /usammcnliäntM. I iilspreeluiuli- nlab-

dichtungen (nicht dargestellt) werden /wischen der Scheibe 30 und. dem Kitzelträger 40 angebracht. Drucklagcrlaufrillcn 39 und 61 halten ein die Nabe abstützendes Axiallager 62. das eine Auswärtsverstellung des Gehäuses und Ritzelträgers unter dem Fxpansionsdruck der Verhrennunggase in der Arbeitskammer 25 verhindert. Die I.aufrille 61 hängt fest mit dem feststehenden Maschinenteil III zusammen und bildet die Fläche und Abstützung, welche die Auswärtsbeweguug verhindert. Die I.aufrille 39 ist ein T'.'il des drehenden Maschinenteils II. über den der nach außen wirkende Druck über das Axiallager 62 auf die Laufrille 61 übertragen wird. Die I.aufrillen 39 und 61 können als Teile des drehenden Kit/cllnigers 40 und der feststehenden, hohlen Achse 57 hergestellt sein iider gesonderte Teile bilden, die durch Schweißen od. dgl. fest mit ilen genannten Teilen verbunden werden, Fiidbol/cn 75 /usammen mit einer Kndplattc 66 der Laufrille 61 und Distanzhaltern 42 iiaiieu liie Haupt- oder Sonnenräiier 5v in der vorbestimmten Lage, !!in Hauptlager 45 kann mit dem drehenden Maschinenteil fesl verbunden sein und mit diesem um die feststehende, hohle Achse 57 rotieren.

Das den Innenraum des drehenden Maschinenteils Il füllende Kühl- und Schmieröl wird durch einen Öleintritt 64 und eine Ölleitung 67 zu- und durch eine (Hfnung 68. ilen Hereich 79 der hohlen Achse 57 und eine Ölauslaßöffnung 65 (Teil IM) abgeleitet.

Der gesamte Innenraum lies Gehäuses der Maschine ist mit Öl gefüllt, um die in ihm vorgesehenen beweglichen Teile zu kühlen und zu schmieren. Das Kühl- und Schmieröl ist in einem geschlossenen Kreislauf geführt und somit abgedichtet.

Der feststehende Maschinenteil III weist ein Seitenteil 51 auf. dessen Innenseite 51« einen Teil der Arbeitskammer 25 bildet. Das Seitenteil 51 ist mit einer zylindrischen Nabe 52 einteilig hergestellt. Der untere Bereich lies Seitenteils 51 besitzt Füße 53 zur Abstützung der Maschine an einem geeigneten < Fundament 55. Die Nabe ist durch einen Keil 56 mit der hohlen Achse 57 verbunden. Die Hohlachse 57 ihrerseits ist mittels eines Keiles 58 mit dem feststehenden Sonnenrad 59 verbunden. Kin Hauptlager 45 steht mit der Achse 57 in Wirkverbindung und läuft

in mit dem rotierenden Maschinenteil um die Achse 57. Somit sind das Sonnenrad 59. die hohle Achse 57. die Nalie 52. das Seitenteil 51 und clic l-'iitW 53 stationär und mit dem Fundament durch Holzen 54 verbunden, wogegen der drehende Maschinenteil Il mit dem

ι« I laiiptlagtT 45 um die Mittelachse der Achse 57 rotiert. Drucklagerlaufrillen 39 und 61 und das Drucklager 62 verhindern die Abwärtsbewegung des drehbaren Seitenteils 21 unter dem Druck der expandierenden Ciase in der Arbeitskammer des drehenden

.·" Haupimaschiricnköiperv iJiiiciieini' i-.iiii|>i<tiU'fi3iiin rechten Fndc der hohlen Achse 57 ist die Öleintrittsöffnung 64 und die Finlaßleitung 67 für ()\. der Auslaß 65 für öl und die Hilfsantriebswellc 33 (Teil II) geführt. Durch eine Fndplaltc 66 am linken linde dci

:- Achse 57 ist die llilfsantriebswelle 33. die Finlaßlel· tung 67 und die ölrücklaiifleitung 68 geführt. Die llilfsantriebswelle 33 rotiert in einem Lager 27. das mit einer Öldichtung 76 verschen ist. Durch die Ansaugöffn;.·-μ 70 des Seitenteils 51 ist die Hrennstoffzu-

■·" leitung 69. durch die Auspufföffnung 72 die Auspuffleitung 71. feiner die Zündeinrichtung 73 hindurchgeführt. An der Außenseite lies Seitenteils 51 siiul Kühlrippen 78 angebracht. linilbolzen 74 verbinden die Fndplatte 63 mit der Nabe 52 und Fndbol/cn 75

^:* die F.mlplalte 66 mit der hohlen Achse 57 (I ig. 5).

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwenkkolben-Brennkraftmaschine mit einem Rotor, bestehend aus einem Gehäusemantel und einem innerhalb des Gehäusemantels mit gleicher Drehzahl umlaufenden Leistungsteil, das drehschwingbewegliche Kolben aufweist, die mit von der Nabe zum Gehäusemantel hin sich erstreckenden Wandungen und Seitenteilen Arbeitskammern begrenzen und an ihren achsennahen Enden auf Schwenkwellen gelagert sind, die im Bereich des Nabenumfangs angeordnet sind und sich in ein axial anschließendes Führungsgetriebe hinein erstrecken, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Arbeitskammern (25) werden gebildet durch die kreisbogenförmig zum Gehäusemantel (22) hin sich erstreckenden Wandungen (41), Anlageflächen an der Nabe (24) für die cirehschwingbeweglichen Kolben (1). einem stationären Seitenteil (51) und einem mit dem Gehäusemantel (22) drehfest verbundenen Seitenteil (21);

b) die Schwenkwellen (2) sind über Kurbelgetriebe (3, 4, 5) mit Pianetenrädern (6) verbunden, die mit einem stationären Sonnenrad (59) kämmen und in einem das Führungsgetriebe umgebenden, mit dem Gehäusemantel (22) drehfest verbundenen Getriebegehäuse (23) drehbar gelagert sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit d^m Sonnenrad (59) drehfest verbundene Achse (57) ein die Nabe abstützendes Axiallager (61, 62. 39) aufweist.

3. Maschine nach Anspruch r oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (57) hohl ist und eine mit dem Getriebegehäuse (23) drehfest verbundene Hilfsantriebswelle (33) aufnimmt.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die. Hohlachse (57) eine Einlaßleitung (67) und einen Auslaß (65) für das Kühl- und Schmieröl des Gctriebcgchäuses (23) aufweist.