DE2351905A1 - Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Anidyne Corporation, Harrisburg, Pennsylvania, USA,

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung geht aus von einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Luftpumpe oder einem Kompressor zur Speisung von Verbrennungsluft und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Nebenstromkanal vorgesehen ist, durch den ein Teil der Luft von der Pumpe oder dem Kompressor nach einem Abgaskanal der Maschine geleitet wird.

Zweckmäßigerweise steht der Nebenstromkanal mit einem Ende mit .einem Zylinder der Maschine während eines Teils des Arbeitszyklus in-Verbindung, während das andere Ende in den Abgaskanal herein verläuft.

Stattdessen kann der Nebenstromkanal auch mit einem Ende mit einem Übertragungskanal zwisehen Luftpumpe oder Kompressor und Motorzylinder in Verbindung stehen, während das andere Ende an den Abgaskanal angeschlossen ist.

Der Luftstrom kann Brennstoff in Gestalt einer brennbaren Brennstoff luftmischung mit sich führen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:. Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors längs der Line I-I in der Pig,2; ' Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig.l;

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Fig. 3 eine Seitenansicht des Motors nach Fig.l bei Betrachtung

desselben in Richtung des Pfeils III in Fig;l; Fig. 4 eine Stirnansicht, in der allein der Läufer bei Betrachtung

desselben parallel zur Achse der Weile dargestellt ist; Pig. 5 den Läufer nach Fig.4 bei Betrachtung desselben in Richtung

des Pfeils V in Fig.4;
Fig. 6 den Läufer nach Fig.4 bei Betrachtung desselben in Richtung

des Pfeils VI in Fig.4;
Fig. 7 eine Ansicht, in der nur der Luftpumpenkolben dargestellt

ist;
Fig. 8 den Luftpumpenkolben nach Fig.7 bei Betrachtung desselben

in Richtung des Pfeils VIII in Fig.7; Fig. 9 den Luftpurnpenkoloeu nach Fig.7 bei Betrachtung desselben

in Richtung des Pfeils IX in Fig.7; Pig.10 einen Schnitt durch das Motorgehäuse allein längs der Linie

A-A in Fig.2;
Fig.11 einen Teilschnitt längs der Linie XI-XI in Fig.10.

Gemäß Fig.l und 2 besitzt der dargestellte Motor einen doppelseitigen Arbeitskolben 1, der in einem Zylinder 12 hin- und herbewegbar ist, welcher sich längs eines Durchmessers eines auf seiner Außenseite teilweise kugelförmigen Läufers IJ erstreckt, welcher in einem Gehäuse 14 drehbar gelagert ist, das z.B. in ein anzutreibendes Fahrzeug auf beliebige bekannte Weise eingebaut sein kann.

Die durch den Motor erzeugte Kraft wird von dem Arbeitskolben 11 aus auf eine Abtriebswelle 15 übertragen, die in Lagern 16 läuft, welche in Bestandteile des Gehäuses 14 bildende Lagergehäuse

17 eingebaut sind; zum übertragen der Antriebskraft dient eine exzentrische Antriebseinrichtung, zu der ein zylindrischer Abschnitt

18 gehört, der einen festen Bestandteil der Welle 15 bildet, jedoch gegenüber der Achse der Welle 15 exzentrisch angeordnet ist und.als Lagerzapfen für ein Auge 19 wirkt, das einen festen Bestandteil des Arbeitekolbens 11 bildet. Das-Auge 19 kann längs einer im

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BAD ORtGfNAL

rechten Winkel zur Achse 20 des Arbeitskoloens 11 verlaufenden Ebene, in zwei Hälften unterteilt sein, die durch Schrauben fest miteinander verbunden sind.

Ferner gehört zu dem Motor ein doppeltwirkender Luftpumpenkolben 21, der in dem Läufer I3 so gelagert ist, daß er sich längs einer Achse 22 hin- und herbewegen kann, die irn rechten Winkel zur Achse 20 der Hin-und Herbewegung des Arbeitskolbens 11 verläuft.

Der Luftpumpenkolben 21 wird weiter unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

Der ArbeJtekol'oen

Die beiden Enden 23 des doppeltwirkenden Arbeitskolbens 11 sind gleichartig oder ähnlich ausgebildet. Jedes der Kolbenenden 23 hat einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt und kann gemäß Fig.l auf bekannte Weise mit Kolbenringen versehen sein, die mit der Bohrungswand des Zylinders 12 zusammenarbeiten. Ein Teil des Kopfes 24 eines jeden Endes 23 ist teilkugelförmig und der Kopf besitzt eine zentrale Ausnehmung 25, die im wesentlichen den Verdichtungsraum bildet. Die Innenseite jedes Kolbenendes 23 ist nicht nur mit einer dicken, zentralen Rippe 26 versehen, die den Kolbenboden mit dem schon beschriebenen Auge 19 verbindet, sondern auch mit weiteren Rippen-27 zum Abführen von Wärme.·

Das Gehäuse

Unter dem Ausdruck "Gehäuse" sind im folgenden die ortsfesten Teile des .Motors zu verstehen. Hierzu gehört ein Hauptgehäuse 28, das allgemein ringförmig ist und eine einen Teil einer Kugelfläche bildende Innenfläche 29 aufweist, mit der der Läufer' 13 mit abdichtender Wirkung zusammenarbeitet« Gemäß Fig.3 ist das Hauptgehäuse

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28 aus zwei Hälften zusammengesetzt, die in einer diametralen Ebene miteinander verschraubt sind. Das Gehöuse ist mit Gaszuführungskanälen und Kühlkanälen versehen, die weiter unten/ichrieben werden, und es enthält außerdem eine Brennstoffspritzeinrichtung und eine Zündkerze 3I.

Die Innenfläche 29 des Hauptgehäuses 28 bildet einen Teil der Begrenzung des Verbrennungsraums.

Zu dem Gehäuse gehören ferner zwei runde Lagergehäuseabschnitte 17, Vielehe die beiden Enden des ringförmigen Hauptgehäuses 28 abschließen und in denen die Abtriebswelle I5 in Lagern l6 zentral gelagert ist. Das eine Lagerhäuse 17 ist einstückig ausgebildet, während das andere Lagergehäuse, das im rechten Teil von Fig.2 ' zu erkennen ist, längs einer diametralen Ebene in zwei Hälften unterteilt ist. Die beiden Lagergehäuseabschnitte 17 ragen in Form runder Ansätze in das Hauptgehäuse 28 hinein, sie sind mit dem Hauptgehäuse durch Schrauben verbunden, und sie sind gegenüber dem H_aUptgehäuse jeweils durch einen Dichtungsring 32 abgedichtet.

Der Läufer

Der Läufer I3 dreht sieh in dem Gehäuse I²I- um eine Achse 33, die gegenüber der Achse 34 der Welle I5 versetzt ist, und er umschließt die Welle 15 mit einem Spielraum. Die Drehbewegung des Läufers wird durch diese Versetzung der beiden Achsen sowie dadurch herbeigeführt, daß die durch den Arbeitskolben 11 aufgebrachte Kraft über den Exzenter Ϊ8 auf die Welle 15 übertragen wird.

Der Läufer I3 hat allgemein die Form eines symmetrischen, sich diametral erstreckenden Teils einer Kugel, der gemäß Fig.4,5 und durch zwei parallele ebene Brächen 35 abgegrenzt ist. Der Zylinder 12 für den Arbeitskolben 11 erstreckt sich längs der Achse 20, die parallel zu den beschriebenen Flächen 35 verläuft, und er endet an Teile von Kugelflächen bildenden Abschnitten 36 des Läufers.

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Luftpumpen
Der Zylinder 37 für den XexjstsKfcÄXkoroen 21 erstreckt sich längs der Achse 22, die im rechten Winkel zu der Achse 20 des Arbeitszylinders, jedoch ebenfalls parallel zu den ebenen Flächen 35 verläuft.'Tatsächlich hat der Zylinder 37 längs der Abschnitte, mit denen die Teile des doppelseitigen Luftpumpenkolbens 21 zusammenarbeiten, eine rechteckige Quersehnittsforrn, und der Zylinder 37 erstreckt sich von der Umfangsfläche des Läufers 13 aus nur längs einer begrenzten. Strecke entlang der Achse 22 nach innen.

Gemäß Fig.l bilden die Wände des Arbeitszylinders 12, die Wände des Luftpumpenzylinders 37 und ein großer Teil der einen Teil einer Kugelfläche bildenden umfangsfläche 36 des Läufers einen zusammenhängenden Hauteil. Die am- Umfang liegenden äußeren Enden des Luftpumpenzylinders 37 werden vor der endgültigen Bearbeitung des Läufers I3 durch Einschweißen gekrümmter Platten oder Stirnwände 39 verschlossen.

Gemäß Fig.2 und 4 gehören zu dem Läufer I3 außerdem zwei ringförmige Platten 40, die an den. parallelen ebenen Flächen 35 des Läufers anliegen und an dem Läufer befestigt sind. Die äußeren Ränder der Platten 40 haben eine zylindrische Form und bewirken eine Abdichtung gegenüber dem Hauptgehäuse 28. Die Bohrungen der Flanschabschnitte 41 arbeiten mit ringförmigen Lagerflächen zusammen, die an den nach innen vorspringenden. Abschnitten der Lagergehäuse 17 ausgebildet sind, um so den Läufer I3 gegenüber dem Gehäuse 14 in seiner Lage zu halten. Die Platten 40 sind mit dem eigentlichen Läufer I3. jeweils durch sechs Senkschrauben 42 verbunden, und die Lage der Platten wird durch Paßstifte 43 bestimmt.

Die Umfangsfläche 36 des Läufers 13 ist an den Enden des Arbeitszylinders 12 mit ,kreisrunden Dichtungsringen 44 versehen, und gemäß Fig.5 ist es möglich, zusätzlich einen Dichtungsring 45 oder Dichtungsstreifen 46 vorzusehen.

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Der Luftpumpenkolben -

Gemäß Fig. 1,2,7, 8 und 9 hat der Luftpumpenkolben 21 die Form eines rechteckigen Rahmens, wie es insbesondere aus Fig.7 ersichtlich ist; die beiden Endabschnitte 47" dieses Rahmens bilden die eigentlichen Kolbenteile, und die beiden seitlichen Abschnitte 48 verbinden die stirnseitigen'Auschnitte oder Kolbenboden 47 mit in der Mitte angeordneten Augen 49. Die Endabschnitte 47 sind gernäß Fig.l, 7 und 9 durch Teile von Kugelflächen bildende Flächen abgegrenzt, und sie haben gemäß Fig.8 einen rechteckigen Querschnitt, um mit dem LuftpumpenxBxiuMa 37 zusammenarbeiten zu können. Der Verdichtungsraum liegt jeweils zwischen dem betreffenden Endabschnitt 47- und dem in der Durchmesserrichtung weiter außen liegenden Ende des Zylinders yj. Analog zu Kolbenringen kann man Abdichtungen vorsehen; gemäß Fig.9 sind die Dichtungen 50 an der kürzeren Seite des rechteckigen Querschnitts gerade, während die Dichtungen 51 auf der längeren Seite gekrümmt sind, um sie der teilweise kugelförmigen Gestalt des Kobens anzupassen.

Der Luftpumpenkolben 21 wird durch zwei Exzenter angetrieben, bei denen es sich gemäß Fig.2 um zylindrische Abschnitte 52 der Welle 15 handelt, auf denen die beiden zentralen Augen 49 des Luftpumpenkolbens gelagert sind. Die Mittelachsen der beiden Exzenter 52 zum Antreiben des Luftpumpenkolbens 21 sind um I80 ■um die Achse 3^ der Welle 15 gegenüber der Achse des Exzenters 18 versetzt, welcher durch den Arbeitskolben 11 angetrieben wird. Der Luftpumpenkolben 21 umschließt somit praktisch den Arbeitskolben 11 und dessen Zylinder 12, und die Achse 20 des Arbeitskolbens 11 schneidet die Achse 22 des Luftpumpenkolbens 21 an der Drehachse 33 des Läufers im rechten Winkel. Wie im folgenden erläutert, üben die Innenflächen 53 der Endabschnitte 47 des Luftpumpenkolbens 21 zusätzlich eine Kühlwirkung aus.

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Ansaug- und Überströmkanäle

Gemäß Fig. 1,5,10 und 11 kann Luft· aus der Umgebung über zwei Einlasse 54 angesaugt werden, von denen auf jeder Seite der Mittelebene des Hauptgehäuses 28 einer vorhanden ist, wenn der betreffende Endabschnitt 47 des Luftpumpenkolbens 21 einen Ansaughub ausführt, d.h. sieh radial nach innen bewegt. Aus Fig. 10 und 11 ist ersichtlich, daß die Einlasse an ihren inneren Enden 55 Öffnungen bilden, die sich in Beziehung zur Achse des Läufers jeweils über einen Winkelbereich von etwa Ij55° erstrecken. Die ,Luft tritt in seitlicher Richtung in den Luftpumpenzylinder j57 über öffnungen 80 (Fig.5 und 6) ein. Sobald der betreffende Endabschnitt 47 des Verdichterkolbens 21 seinen unteren Totpunkt durchläuft und sich danach wieder radial nach außen bewegt, wird die angesaugte Luft verdichtet, um dann über die öffnungen 80 in Überströmkanäle 56 einzutreten, die sich um die Läuferachse herum über einen Winkelbereich von etwa 100 erstrecken. Von- den beiden Überströrnkanälen 56 aus strömt die Luft gemäß Fig. 1 durch zwei Kanäle 57 zu einem gemeinsamen Kanal 58, um dann in den Verbrennungsraum-59 einzuströmen, sobald der Kanal 58 durch den Läufer Ij5 freigegeben wird. Gemäß Pig. 1 dreht sich der Läufer 13 im Uhrzeigersinne. Die dem Arbeitszylinder zugeführte Ladung wird während einer Drehung des Läufers um l80° verdichtet, dann wird Brennstoff mit Hilfe der Einspritzeinrichtung 30 eingespritzt,,, und die Zündkerze Jl wird gezündet; diese Vorgänge werden jeweils bei dem erforderlichen Drehwinkel des Läufers durchgeführt, bevor der betreffende Boden 27> des Kolbens 11 seinen oberen Totpunkt erreicht. Bei der Verbrennung der zugeführten Ladung wird auf diesen Kolbenboden 2J des Arbeitskolbens 11 eine Kraft ausgeübt, während sich der Läufer 13 weiter um etwa l80° dreht, woraufhin die Abgase über einen Auslaß 60 (Fig.l) entweichen können.

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Um die Menge atmosphärischer Verunreinigungen in den Motorabgasen zu vermindern, ist es zweckmäßig, einen Luftstrom in das Abgassystem einzuführen, das an der Abgasöffnung 60 beginnt. Die zugeführte Luft verbindet sich dann mit einem Teil der Verunreinigungen mittels einer katalytischen Einrichtung od.dgl..

Gemäß Pig.l ist ein Nebenstromkanal 75 vorgesehen, in dem eine Bohrung durch das Hauptgehäuse 28 zwischen die Überströmöffnung' 58 und die Ausströmöffnung 60 geführt ist. Der durch die Außenwand der Überströmöffnung 58 geführte Teil der Bohrung ist mit einem Stopfen 76 abgeschlossen. Auf diese Weise wird ein Teil der verdichteten Luft im Überströmkanal 58 nach der Abgasöffnung 60 mittels des Nebenstromkanals 75 überführt. Infolge der Wirkung des Luftpumpenkolbens 21 pulsiert der Luftdruck in der Überströmöffnung 58 so,daß die Luftströmung im Nebenstromkanal 75 nach dem Abgaskanal 60 pulsiert. Die Luftströmungsgeschwindigkeit kann durch die tatsächliche Bemessung des Nebenstromkanals 75 oder durch eine Drosselstelle in diesem Kanal eingestellt werden.

Unter gewissen Umständen kann eine entsprechende Luftzuführung zur Vermeidung der Luftverschmutzung durch einen Nebenstromkanal 77 vorgesehen werden, der von einer Bohrung gebildet wird, welche sich von der Abgasöffnung 60 durch die teilkugelförmige Oberfläche 29 des Gehäuses 28 erstreckt. In diesem Falle gibt der sich drehende Läufer I3 zunächst die Abgasöffnung 6O, wie aus Pig.l ersichtlich, frei. Bei seiner weiteren Drehung gibt er sowohl die Abgasöffnung 60 als auch die Übersisrömöffnung 58 frei, so daß Luft, die aus letzterer in den Brennraum 59 einströmt, eine Spülung äer austretenden Abgase bewirkt. Dann gibt der Läufer Ij5 die Abgasöffnung 60 frei, so daß der Druck im Brennraum 59 auf jenen Druck in der Überströmöffnung 58 ansteigt. Zwischenzeitlich strömt eine kleine Luftmenge durch den Nebenstromkanal 77 nach der Abgasöffnung 60, bis der Kanal 77 durch den Läufer IJ> abgeschlossen wird. Natürlich kann der Nebenstromkanal 77 auch zusätzlich oder anstelle des Nebenstromkanals 75 vorgesehen werden*

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Der Motor wurde vorstehend in Verbindung mit einer Brennstoffeinspritzung durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 50 beschrieben. Jedoch könnte der Brennstoff auch durch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung in den Überströmkanal 58 oder einem geeigneten Punkt stromoberseitig hiervon zugeführt werden. Stattdessen könnte der Brennstoff der Luft auch durch einen herkömmlichen Vergaser zugeführt werden. In jedem Fall enthält die Luft in der tiberströmöffnung 58 schon Brennstoff in einer brennbaren Mischung und diese Mischung strömt durch die Nebenstromkanäle 75 oder 77 und die Verbrennung setzt sich fort.

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Patentansprüche;

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Claims (4)

1. Patentansprüche :

   Vl.)Verbrennungskraftmaschine mit einem Läufer, der in einem Gehäuse um eine erste Achse umläuft und eine Außenfläche aufweist, die von einer entsprechenden Innenfläche des Gehäuses umschlossen ist, mit mehreren unter einem Winkel zueinander verlaufenden Bohrungen, die sich allgemein diametral durch · den Läufer erstrecken, mit doppelseitigen Kolben, von denen in jeder der Bohrungen jeweils einer hin- und herbewegbar ist, mit einer Welle, die um eine zu der ersten Achse parallele zweite Achse drehbar ist, und mit einer Drehmomentvorrichtung, die die Welle mit dem Kolben so verbindet, daß ein Drehmoment zwischen dem Kolben und der Welle übertragen wird, sowie mit einer Dichtung, die zwischen den Flächen des Läufers und des Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse einen ersten Kanal aufweist, der das von einer der Bohrungen abgegebene Arbeitsmittel aufnimmt und ein zweiter Kanal das ihm über den ersten Kanal zugeführte Arbeitsmittel 'einer anderen der Bohrungen zuführt,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein Auslaßkanal mit einem entsprechenden Endabschnitt einer der Bohrungen verbunden ist und daß ein Nebenstromkanal den zweiten Kanal (56) mit dem Auslaßkanal verbindet.
2. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kanal (58) und der zweite Kanal (56) durch einen in dem Gehäuse (14) ausgebildeten Überströmkanal (57) verbunden sind.
3. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstromkanal einstückig mit dem Gehäuse hergestellt ist.

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4. 4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch I^ dadurch gekennzeichnet, daß ein-Nebenstromkanal den Auslaßkanal mit einer anderen der Bohrungen verbindet»

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