DE2432984C3 - Radialkolbenmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs.

Eine derartige Brennkraftmaschine ist beispielsweise aus der US-PS 28 94 496 bekannt. 4Jei dieser besitzt die Steuerkurve eine elliptische Form, so daß die Auf- und Abbewegung der Kolben den Bewegungen in einer normalen Brennkraftmaschine mit Pleuelstange und Kurbelwelle entspricht.

Die Kühlung der bekannten Maschine macht außerordentliche Schwierigkeiten.

Demgegenüber lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Kühlung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit umlaufenden Zylindern gemäß Oberbegriff des vorstehenden Hauptanspruchs mit einfachen Mitteln möglichst ohne Beeinträchtigung der Energieausbeute zu gestatten.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs.

Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßeii Hubkolben-Brennkraftmaschine wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch die Brennkraftmaschine;

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Steuerkurvenplatte;

Fig.3 einen Axialschnitt durch die Brennkraftmaschine;

F i g. 4 ein Explosionsbild der stationären Achse;

Fig.5 einen Schnitt durch die stationäre Achse, wobei der Schnitt so gelegt ist, daß die Ölzufuhr angeschnitten ist;

F i g. 6 ein Detail von F i g. 5; und

F i g. 7 einen Schnitt durch die stationäre Achse, wobei die Frischluftzufuhr angeschnitten ist.

Die in den Figuren dargestellte Brennkraftmaschine besitzt einen Mantel aus zwei Halbschalen 12 und 14 (Fig.3),die mit Schrauben 16(Fig. 1)zusammengehallen sind. Zwischen den Hälbsehalen 12 und 14 befindet sich eine kreisförmige Kurvenplalte 18, die in entsprechenden ringförmigen Ausnehmungen 20 und 22 der Halbschiilen eingelassen ist (fig. 3). Ein Fuß 24 dient zum Aufstellen der Maschine.

Die Motorwelle 26 ist in der Halbschale 12 mittels eines Hauptligers 28 gelagert. Von der Halbschale 14 erstreckt sich eine stationäre Achse 30 (Fig. 3) in die Maschine, so daß dessen inneres Ende 32 dem in.ieren Ende der Welle 26 unmittelbar gegenübersteht. Die stationäre Achse 30 besteht aus den Teilen 34 und 36, die mit Schrauben 38 und 40 zusammengehalten sind (vgl.

F i g. 4). Der Teil 34 ist auf seiner Außenseite mit zwei ringförmigen ölnuten 42 und 44 verschen. Ferner weist dieser Teil zwei diametral gegenüberliegende Ausschnitte 46 und 48 auf.
Der Teil 36 der stationären Achse 30 weis, einen

ίο Gewindeanschluß 50 auf, an den eine Ölleitung 52 angeschlossen ist Von dort führt eine radiale Bohrung 54 (F i g. 5) zu einem axialen Kanal 56, der in Verbindung mit einem axialen Kanal 58 des Teils 34 steht Von dem Kanal 58 führen Stichkariäle 60 und 62 zu den Ölnuten 44 und 42. Durch die Ölleitung 52 wird Drucköl zugeführt, so daß die Ölnuten 42 und 44 den um die stationäre Achse 30 umlaufenden Rotor schmieren und Abdichten können.

Der Teil 36 der stationären Achse 30 weist ferner einen Gewindeanschluß 64 (Fig.7) auf, an den eine Druckluftleitung 66 angeschlossen ist Der Anschluß 64 führt zu einer Luftkammer 68, von der zwei axiale Luftkanäle 70 und 72 ausgehen. Der Teil 34 der stationären Achse besitzt zwei entsprechende axiale Luftkanäle 76 und 78, die in den Aussparungen 48 und 46 enden. Wie F i g. 4 zeigt, sind in der Außenfläche des Teils 36 am inneren £nde desselben vier Aussparungen 80—86 vorgesehen, um die Köpfe von Schrauben 88—94 aufzunehmen, die durch Löcher 96 in einem Flansch 98 des Teils 34 gehen.

An der äußeren Stirnfläche 102 (F i g. 5) des Teils 36 befindet sich ein Gewindeanschluß 100. Von dort führt eine axiale Bohrung 104 zu einer entsprechenden Bohrung 106 des Teils 34. In den Bohrungen 104, 106 befindet sich ein Metallrohr 108 (F i g. 5). Das Rohr 108 besitzt einen ebenen Kopfteil HO, der an das innere Ende eines in den Anschluß 100 eingeschraubten Stutzens 112 anliegt In dem Teil 36 ist am inneren Ende der Bohrung 106 ein Ventilsitz 114 (F i g. 6) ausgebildet,

■40 der in eine Querbohrung 116 mündet. Die Querbohrung 116 verläuft radial bis zum Umfang des Teils 34 und ist dort mit auswechselbar eingesetzten Brennstoffdüsen 118 und 120 (F i g. 5) ausgerüstet.

Ein von Hand einstellbares Nadelventil 122 ist in einer Mutter 124, die ihrerseits auf das äußere Ende des Stutzens 112 aufgeschraubt ist, mit Schraubengewinde geführt. Das Nadelventil 122 geht durch eine Bohrung 126 in dem Stutzen 112, weiter durch einen Kanal 128 in diesem Stutzen und das anschließende Rohr 106. Eine

se Abdichtung 130 ist für die Durchführung des Nadelventils durch den Stutzen 112 vorgesehen. Am vorderen Ende des Nadelventils 122 befindet sich ein konischer Kopf 132, der mit dem Ventilsitz 114 zusammenpaßt, so daß die Durchtrittsfläche durch Drehen des Ventils 122 mehr oder weniger geöffnet werden kann. An den Kanal 128 ist in dem Stutzen 112 eine Brennstoffleitung 134, die von einer Druckpumpe herkommt, angeschlossen.

Auf dem Zentralkörper 34 (Fig. 1) ist ein Rotor 136 drehbar gelagert. Er besteht aus einem Hauptteil 138 und einer Nabe 144, die durch nicht dargestellte Speiehen miteinander veFbrnden sind. Die Nabe 144 ist mittels eines Keils 152 mit der Welle 26 verbunden (Fig. 3). In entsprechenden öffnungen des Hauptteils 138 des Rotors 136 ist je ein Zylinder 168 eingesetzt, der

*>■"· mit einem Flansch 170 in Anlage am Hauptteil 138 liegt (Fig. 3). Die Zylinder 168 sind an diesem Retorteil mit Schrauben oder dgl. befestigt, die durch Löcher in dem Flansch 170 durchgestreckt sind.

Jeder Zylinder 168 besitzt einen inneren Endteil 174 und einen Fußteil 176. Der Fußteil ist mit einander gegenüberliegenden Schlitzen 178 (F i g. 3) und auf dem ganzen Umfang des Zylinders verteilten Auslaßöffnungen 182 versehen. In jedem Zylinder 168 ist ein Kolben 184 verschiebbar, der einen Kopfteil 186 und einen Fußteil 188 aufweist Im Fußteil 188 ist eine Querachse 192 (F i g. 1) befestigt, auf der eine Rolle 190 gelagert ist. Die Rolle 190 rollt auf einer Steuerkurvenfläche 194 der Steuerkurvenplatte 18, um so bei der Drehung des Rotors dem Kolben einen bestimmten Bewegungsrhythmus aufzuzwingen. In seinem Fußteil ist der Kolben ringsum mit Löchern 196 versehen.

Eine den Teil 34 des Zentralkörpers umschließende Buchse 198 dient zur Stützung eines Lagers 200. Die Schrauben 88—94 sind in der Buchse 198 verankert, wie F i g. 3 zeigt Durch die Schalenhälfte 14 erstrecken sich Schrauben 202, die zur Befestigung der Buchse 198 dienen. Die Schrauben 38 und 40 gehen durch Löcher 204 und 206 des Teils 36 und sind in Gewindelöchern 208 (Fig.4) im Flansch 98 des Teils 34 des Zentralkörpers verankert.

Wie ebenfalls F i g. 3 zeigt ist um jeden Zylinder eine Auslaßkammer 210 gebildet Sie steht in Verbindung mit zwei Auslaßrohren 212 und 214, sowie mit den Auslaßöffnungen 182 in dem Zylinder 168 (F i g. 1).

Die Steuerkurvenfläche 194 besitzt zwei einander gegenüberliegende Vorsprünge 216 und 218. Die Kurventeile rechts und links des Vorsprungs 216 sind mit 220 und 222 bezeichnet und die Kurvenflächen rechts und links des Vorsprungs 218 tragen die Bezugszeichen 224 und 226. Sie begrenzen jeweils einen Ruheabschnitt 234. Die Mittelteile der beiden Kurvenhälften sind mit 228 und 230 bezeichnet (Fig. 2).

Im Betrieb wird dem Inneren des Rohres 106 (F i g. 5) und der Bohrung 116 ständig Brennstoff unter Druck zugeführt Er kann aber aus den Einspritzdüsen 118 und 120 nur austreten, wenn diese über eine Einlaßöffnung 237 (Fig. 1) in dem Rotorhauptteil 138 mit den inneren Enden der Zylinder 168 in Verbindung stehen. Ist dies der Fall, so wird Brennstoff in die Zylinder eingespritzt Die Druckluftkammer 68 (Fig.7) wird ständig mit Druckluft beaufschlagt, so daß die Luft aus den Bohrungen 76 und 78 über Öffnungen 77 und 79 austreten kann, wenn die Aussparungen 46 und 48 nach entsprechender Drehung des Rotors 'im die stationäre Achse 30 durch die Einlaßöffnungen 237 (Fig. 1) mit dem inneren Ende der betreffenden Zylinder in Verbindung kommen. Ferner werden die ölnuten 42 und 44 (Fig.4) mit Öl unter Druck versorgt, so daß Schmieröl zwischen der Innenfläche der ringförmigen Schultern 239 und 241 des Rotorhauptteils 138 (F i g. 3) und der Außenfläche des Teils 34 vorhanden ist.

F i g. 1 zeigt den oberen und unteren Kolben in Zündstellung. Die Rollen der betreffenden Kolben befinden sich im oberen toten Punkt. Es genügt die Beschreibung des oberen Kolbens, da die Arbeitsweise des unteren Kolbens damit übereinstimmt Nach dem Laden des Zylinders mit Brennstoffgemisch und der Kornpresston desselben durch das Abrollen des Kolbens an der Steuerkurve wird bei maximaler Kompression im oberen Totpunkt das Gemisch gezündet. Bevor der Druck im Zylinder allzu stark ansteigt, kann sich der Kolben etwas entspannen und gelangt über den Ruheabschnitt 234, wo er bis zum Brennschlu ß verbleibt. In dieser Rastperiode wird durch die Verbrennung der Druck auf einen Höchstwert gebracht, wobei die gesamte Ladung verbraucht wird. Nach vollständiger Verbrennung kann sich der Kolben nach außen bewegen und mechanische Energie erzeugen.
Wie erwähnt, wird den Aussparungen 46 und 48 ständig Druckluft zugeführt, so daß Luft in die Zylinder gedrückt wird, wenn die Aussparungen 46 und 48 (Fig.4) mit diesen über die Einlasse 237 (Fig. 1) in Verbindung stehen. In diesem Falle bahnt die Druckluft ihren Weg in den Zylinder, wodurch die Abfuhr der

ίο Auspuffgase aus den Zylindern unterstützt wird, wenn die Stirnfläche des Kolbens die Auslaßlöcher i82 freigegeben hat Der Ruheabschnitt des Kolbens am Ende des Hubes läßt sich durch die Gestalt der Steuerkurve leicht so einstellen, daß die Luftzufuhrperiode mindestens 50% der Gesamtzeit eines normalen Viertaktzyklus umfaßt Während dieses ganzen Zeitabschnitts wird Frischluft in den Zylinder eingeblasen und verläßt diesen wieder durch die Auslaßöffnungen 182. Dadurch wird nicht nur der Zylinder durchgespült, sondern auch die Kühlung unterstützt und der Zylinder für den nächsten Zyklus aufgelade." Das bei dieser inneren Kühlung durch die Ausiauöfnungen 182 hindurchgehende Luftvolumen ist nicht annähernd so groß, wie es zur Kühlung eines Zylinders von außen erforderlich wäre. Die innere Oberflächentemperatur des Zylinders (300—500°) ist nämlich weit höher als die Temperatur an der Außenfläche desselben und deshalb ist der Wärmeübergang zwischen der Zylinderfläche und der Luft weit besser als bei Luftkühlung von außen.

Es wurde gefunden, daß deshalb zur Kühlung mit gleicher Wirkung weit weniger Luft benötigt wird. Da ferner die Kolbenstellung durch die Gestalt einer Kurvenfläche gesteuert wird, ist es eine einfache Sache, den Verdichtungshub und insbesondere den Arbeitshub so in einem kürzeren Zeitabschnitt zusammenzudrängen, daß weniger Wärme in den Wänden des Zylinders verloren geht, so daß auch deshalb eine geringere Kühlung erforderlich ist Schließlich wird durch die Verkürzung der Verdichtungs- und Arbeitshübe mehr Zeit für den Kühlabschnitt erübrigt

Das Einblasen der Luft in die Zylinder bewirkt ferner ein besseres Anliegen der Kolben an der Steuerkurve. Die Berührung der Kolben mit der Steuerkurve wird in den bekannten Maschinen dieser Art durch die Zentrifugalkraft bewirkt. Die Zentrifugalkraft allein reicht aber nicht aus, um die Saugkraft zu überwinden, wenn die Kolben in der bekannten Weise die Verbrennungsluft ansaugen sollen. In der beschriebenen Maschine dient ein Gebläse zur Aufladung der Zylinder,

so wodurch statt eines Unterdrucks, der die Bewegung der Kolben nach vorne verzögert ein Überdruck aufgebaut wird, der die Zentrifugalkraft unterstützt, um die Kolben gegen die Steuerkurve v< drücken. Der auf die Kolben wirkend« Luftdruck gewährleistet, daß die Rollen der Steuerkurve zuverlässig folgen, und ergibt eine zusätzliche Aufladung.

Wenn der Kolben sich dem Abschnitt 224 der Steuerkurve nähert, wird die im Inneren des Zylinders befindliche Luft verdichtet. Durch die Bewegung des

Kolbens nach innen werden die Öffnungen 182 geschlossen, so daß die im Zylinder befindliche Druckluft nunmehr verdichtet werden kann. Wenn die Einspritzdüsen 118 und 120 mit den Einlaßöffnungen 237 fluchten, wird der Brennstoff in die verdichtete Luft

b'i eingespritzt, um in der oben beschriebenen Weise die Zündung einzuleiten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Hubkolben-Brennkraftmaschine mit um eine zentrisch angeordnete stationäre Achse umlaufenden Zylindern, in welchen über Rollen auf einer geschlossenen äußeren Steuerkurvenfläche abgestützte Kolben hin- und herbewegt werden, mit von den Kolben übersteuerten Auslassen in den Zylinderwandungen und Einlassen in einer mit den Zylindern drehfest verbundenen Welle, die mit öffnungen in der Achse periodisch in Verbindung kommen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkurvenfläche (194) derart ausgebildet ist, daß die Kolben (184) während der Ausstoß- und Auffüllphase in ihrer radial äußeren Totpunktlage verbleiben, wobei die Zylinder (168) mindestens über diese Zeitspanne mit einer externen Druckluftquelle in Verbindung stehen.