DE2500878C2 - Hubkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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

Eine Hubkolben-Brennkraftmaschine dieser Art ist aus der FR-PS 20 79 555 bekannt.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Brennkraftmaschine so weiterzubilden, daß die Energieausbeute verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs enthalten.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann wahlweise nach dem Otto-Verfahren, dem Diesel-Verfahren oder in einer Mischform betrieben werden.

Bei der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine erstreckt sich die Brennkammer über zwei oder mehr benachbarte Zylinder. Bei Vergasermaschinen hat dies zur Folge, daß in einen Zylinder bei der Annäherung an die Brennkammer heiße Gase aus der Verbrennung in dem vorangehenden Zylinder einströmen können, so daß es zu einer Zündung kommt. Nach dem Anfahren der Maschine ist deshalb eine Zündung durch eine Zündkerze nicht mehr nötig. Der Zündzeitpunkt läßt sich ohne weiteres durch Verdrehen der Steuerkurve in bezug auf den Stator einstellen. Bei Einspritzmaschinen kann stetig Brennstoff eingespritzt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Brennkammer läßt sich eine optimale Verbrennung erzielen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Steuerkurve wird ein längerer Krafthub erreicht, d.h. also, daß die den verbrannten Gasen innewohnende Energie besser ausgenutzt wird. Durch die längere Expansion werden die Gase stärker abgekühlt, und es steht entsprechend mehr mechanische Energie für die Bewegung der Kolben zur Verfügung.

Es ist schon mehrfach versucht worden (siehe beispielsweise DE-OS 20 51 818 und "Motor-Kritik", Mai 1935, Seiten 325 bis 334) die Wirtschaftlichkeit zu verbessern und die Schadstoffabgabe zu verringern, indem man bei üblichen Motoren die Strecke verlängerte, die der Kolben beim Kraft- und Auspuffhub zurücklegt. Dabei waren aber stets sehr komplizierte Mechanismen erforderlich, so daß Motoren dieser Art sich nicht in die Technik einführen konnten.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist darüber hinaus auch noch darin zu sehen, daß es durch eine einfache Abänderung der Steuerkurve auch möglich ist, nicht nur die Wegstrecke des Kolbens bei einem Takt, sondern auch die zeitliche Länge eines Takts zu verändern. Bei schnellaufenden Maschinen ist es sogar angeraten, den Kraft- und Auspuffhub zeitlich länger zu machen als die anderen beiden Hübe, um dadurch allzu hohe Beschleunigungswerte der Kolben zu vermeiden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt

Fig. 1 eine schematische isometrische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,

Fig. 2 eine Stirnansicht der Fig. 1 nach Abnahme eines Zylinderkopfes,

Fig. 3 einen schematischen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine Teilansicht im Bereich der Linie 4-4 in Fig. 3,

Fig. 5 die schematische Darstellung einer Verbindungsart eines Kolbens mit der Steuerkurve, die von derjenigen von Fig. 3 verschieden ist und

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Arbeitsablaufs der Maschine.

Gemäß den Fig. 1 bis 4 besitzt die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine einen zylindrischen Stator 10. Dieser enthält durchgehend eine zylindrische Kammer 11, deren Stirnseiten durch Zylinderköpfe 12 geschlossen sind. Diese sind mit Schrauben 13 unter Zwischenlage von Dichtungen 14 an dem Stator 10 befestigt.

In der Kammer 11 sind zwei umlaufende Zylindertrommeln 15 untergebracht und an einer gemeinsamen Welle 16 befestigt, die ihrerseits in Lagern 17 zentral in den Zylinderköpfen 12 gelagert ist. Jede Trommel 15 ist mit einer Mehrzahl achsenparalleler Zylinderbohrungen 18 versehen, die ringförmig um die Trommelachse gleichmäßig verteilt sind, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht. In jedem Zylinder ist ein Kolben 19, der Kolbenringe 20 trägt, hin- und hergehend gelagert.

Die Trommeln 15 sind an den Enden des Stators 10 derart angeordnet, daß ihre äußeren Enden 21 an den Zylinderköpfen anliegen und gegen diese mittels ringförmiger Zylinderdichtungen 22 (Fig. 3) abgedichtet sind. Zusätzlich können noch radiale Dichtungen 22A zwischen den einzelnen Zylindern vorgesehen sein (Fig. 2).

In den Zylindertrommeln sind vorzugsweise ringförmige Kühlkanäle 23 vorgesehen, die mit einer Kühlmittelquelle verbunden werden können.

In der Mitte des Stators 10 sind in der Kammer 11 zwei ringförmige Steuerkurven 24 angeordnet und an der Statorwand mit Hilfe von Schrauben 25 befestigt, welche durch Langlöcher 26 hindurchgehen. Auf diese Weise können die Steuerkurvenringe etwas verdreht werden. Zur Verstellung des Drehwinkels tragen die Steuerkurven 24 auf einem Teil ihres äußeren Umfangs Zähne 27, die in ein Zahnrad 28 eingreifen. Das Zahnrad 28 sitzt auf einer zur Trommelachse parallelen Welle 29, die ihrerseits über ein Ritzel 30 von einer entfernten Stelle aus gedreht werden kann. Durch Verdrehen der Steuerkurven mit Hilfe des Zahnrades 28 läßt sich der Zündzeitpunkt verstellen. Ferner kann durch axiale Verschiebung der beiden Steuerkurven, beispielsweise durch Einführen von Zwischenscheiben 50 (Fig. 3) das Kompressionsverhältnis verändert werden. Jeder Steuerkurvenring hat einen U-förmigen Achsenschnitt, wie Fig. 3 zeigt. Er besteht aus einer Basis 31 mit zwei senkrecht dazu abstehenden Schenkeln 32. Jeder Schenkel hat auf seiner Innenseite eine ringförmig verlaufende Führungsrinne 33, die in Axialrichtung über 360° wellenförmig steigt und fällt. Das Profil dieser Rinnen ist in Fig. 6 gezeigt. Die Profile der beiden Steuerkurvenringe verlaufen spiegelbildlich zueinander.

Die Kolben 19 sind mit den Steuerkurven 24 über Pleuelstangen 35 verbunden, und zwar ist das innere Ende 34 jeder Pleuelstange 35 mit einem Querzapfen 36 versehen, der in bekannter Weise in entsprechende Vorsprünge auf der Innenseite des Kolbens 19 eingreift. Das äußere Ende 37 der Pleuelstange 35 ist breiter als das innere Ende 34 und auf beiden Seiten mit Rollen versehen, die in die Führungsrinnen 33 eingreifen. In der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist beiderseits eine verhältnismäßig große Rolle 38 auf einem Zapfen 39 drehbar, der von der Pleuelstange 37 ausgeht; diese verhältnismäßig großen Rollen befinden sich in Rollberührung mit einer Seitenwand 40 der Führungsrinne 33. Auf dem Zapfen 39 sitzt ferner eine kleinere Rolle 41, die in Berührung mit der anderen Wand 42 der Rinne 33 treten kann, so daß diese beiden Rollen die Pleuelstange 35 innerhalb der durch die ringförmige Rinne 33 gegebenen Steuerkurve verankern.

Statt dessen könnte gemäß Fig. 5 eine einzige verhältnismäßig breite Rolle 43 auf dem Ende des Zapfens 39 gelagert sein und in eine entsprechend abgeänderte Rinne eingreifen.

In beiden Ausführungen bewirkt eine Drehung der Trommel innerhalb des Stators, daß die an den Pleuelstangen befestigten Rollen das Kurvenprofil durchlaufen und die Gestalt dieses Profils bewirkt, daß die Kolben innerhalb der Zylinderbohrungen 18 in genau festgelegter Weise hin- und hergehen.

Eine verhältnismäßig kleine gekrümmte Brennkammer 44 ist in jedem Zylinderkopf vorgesehen. An dieser Stelle ist je nach der Betriebsweise entweder eine Zündkerze 45 (Fig. 3) oder eine Einspritzdüse 46 (Fig. 1) vorhanden.

Ein Einlaßstutzen 47 und ein Auslaßstutzen 48 sind ebenfalls in jedem Zylinderkopf vorgesehen (Fig. 1 und 2).

Fig. 6 zeigt einen Zyklus von zwei gegenüberliegenden Kolben 19A. Der Zyklus erstreckt sich über 360°, d.h. einen Umlauf der beiden Zylindertrommeln 15.

In der Ausgangsstellung (0°) befinden sich die Kolben ungefähr im oberen Totpunkt und bewegen sich gegeneinander nach innen, während sie am Einlaßstutzen 47 vorbeigehen. Wenn es sich um eine Vergasermaschine handelt, saugen die Kolben also im Ansaugtakt ein Gemisch von Benzin und Luft an.

Wenn die Kolben 19A am Einlaßstutzen 47 vorbeigegangen sind, so daß dieser verschlossen ist, beginnen sie mit dem Kompressionshub nach außen, d.h. das Gemisch wird zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf zusammengepreßt. Der Kompressionstakt hat die gleiche Länge wie der Ansaugtakt. Wenn die Kolben das eine Ende der kleinen Brennkammer 44 erreichen, wird die Zündkerze durch einen Spannungsstoß gezündet und leitet so die Verbrennung des Gemisches ein. Die Kolben durchlaufen infolgedessen den Expansionstakt. Die Steuerkurvenprofile sind aber so ausgebildet, daß dieser Expansionshub um eine Strecke länger als der Kompressionshub ist, wie dies in Fig. 6 mit dem Doppelpfeil 49 bezeichnet ist. Wenn die Kolben ihre innerste Lage erreicht haben, befinden sie sich am Anfang des Auslaßstutzens 48, und die verbrannten Gase werden im Auspuffhub, der die gleiche Länge wie der Expansionshub hat, durch den Auslaßstutzen ausgestoßen. Die beiden letzteren Hübe umfassen außerdem mehr als 90° eines Umlaufs der Zylindertrommel; für den Ansaug- und den Kompressionshub verbleiben demgemäß weniger als 90°. Die Takte sind also auch zeitlich verschieden lang. Die Brennkammer 44 besitzt eine solche Länge, daß sie zwei Kolben überdeckt. Wenn der nachlaufende Kolben die Verbrennungskammer 44 erreicht, dann kann heißes Verbrennungsgas durch die Brennkammer 44 das oberhalb des nachlaufenden Kolbens verdichtete Gemisch erreichen und dieses zünden.

Claims (1)

1. Hubkolben-Brennkraftmaschine, deren Zylinder in einer rotierenden Zylindertrommel parallel zur Abtriebswelle innerhalb eines stationären Gehäuses, das den Zylinderkopf mit einem Einlaß und einem Auslaß sowie einer Brennkammer aufweist, angeordnet sind und jeweils einen Kolben aufnehmen, der sich über Verbindungsmittel auf eine mit dem Gehäuse verbundene ringförmige Steuerkurve abstützt, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   a) die Brennkammer (44) erstreckt sich über zwei oder mehr benachbarte Zylinder (18) und

   b) die Steuerkurve (24) ist dergestalt, daß der Arbeitshub und der Ausstoßhub länger ist als der Ansaughub und der Verdichtungshub.