DE2921291A1

DE2921291A1 - Kolben-zylinder-maschine

Info

Publication number: DE2921291A1
Application number: DE19792921291
Authority: DE
Inventors: Russell John Searle
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-05-25
Filing date: 1979-05-25
Publication date: 1979-11-29
Also published as: US4363294A; FR2426800B3; FR2426800A1; IT7922989A0

Description

25. Mai 1979

-6-RUSSELL JOHN SEARLE

1, Thames Corner, Thames Street
Sunbury-on-Thames, Middlesex/England

KoIben-Zylinder-Maschine

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Zylinder-Maschine, beispielsweise einen Motor oder eine Pumpe.

Nach der Erfindung ist eine solche Maschine gekennzeichnet durch einen Zylinder mit einer Zylinderbohrung, die eine geradlinige Seitenfläche aufweist und im Abstand zu einer ersten Achse liegt; durch eine KoIbenanordnung mit einem Kolben, der in der Zylinderbohrung sitzt, um darin eine Kammer zu bilden, und mit einem an den Kolben angeschlossenen Verbindungsabschnitt sowie mit Haltemitteln, um jede Tendenz des Kolbens zu verhindern, sich relativ zum Zylinder um die erste Achse zu bewegen; durch ein geneigtes Element, zwischen welchem und dem Zylinder eine Relativdrehung um die erste Achse möglich ist, wobei das geneigte Element gegenüber dieser ersten Achse entsprechend einer zweiten Achse geneigt liegt und wobei der Verbindungsabschnitt an dem geneigten Element angreift, derart , daß die Relativdrehung zwischen dem Zy-

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linder und dem geneigten Element von einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders begleitet wird; und durch ein drehbares Ventil, das mit der Kammer in Verbindung steht, wobei zwischen dem Ventil und dem Zylinder eine Relativdrehung um eine Achse auftritt, die parallel zur ersten Achse liegt oder mit letzterer zusammenfällt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine schematische, teils geschnittene Seitenansicht der Maschine;

Figur 2 und 3 jeweils geschnittene Seiten- und Stirnansichten eines in der Maschine nach Figur 1 verwendeten Kolbens;

Figur 4. eine geschnittene Seitenansicht von einem Teil eines abgewandelten Kolbens;

Figur 5a eine perspektivische Ansicht eines in der Maschine nach Figur 1 verwendeten Ventils;

Figur 5b bis 5d erläuternde Diagramme für das Ventil nach Figur 5a;

die Figur 6 eine Reihe von Diagrammen, die Arbeitsfolge eines

in der Maschine nach Figur 1 verwendeten Ventils erläutern.

Die Maschine nach Figur 1 umfaßt eine Zylinderanordnung mit einem Zylinderblock I₃ der einen sich axial erstreckenden, hohlen Wellenabschnitt la aufweist. Der Wellenabschnitt la

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sitzt in Lagern 2 und 3₃ so daß sich die gesamte Zylinderanordnung um eine Achse X drehen kann. Der Zylinderblock 1 wird von einem stationären Gehäuse 4 umschlossen, welches einen hohlen, vorspringenden Abschnitt 5 aufweist, der sich von einem Ende des Gehäuses aus nach innen erstreckt und ein Lagergehäuse für die Lager 2 und 3 bildet. Ein Teil des Abschnitts 5 definiert eine zylindrische Fläche 5a, deren Achse Y gegenüber der Achse X geneigt liegt. Eine Kolbenanordnung 6 wird auf dieser zylindrischen Fläche gehalten, und zwar durch ein Lager 7₃ so daß sich die Kolbenanordnung um die Achse Y drehen kann. Die Kolbenanordnung umfaßt einen Verbindungsabschnitt 6a, der mit seinem Zentrum auf dem Lager 7 sitzt und der drei radial verlaufende Abschnitte aufweist, wobei an jedem Abschnitt ein Kolben 8 befestigt ist und wobei jeder Kolben innerhalb einer zugehörigen Zylinderbohrung 9 im Zylinderblock 1 liegt. Eine Drehung der Zylinderanordnung um die Achse X wird begleitet von einer Drehung der Kolbenanordnung um die Achse Y, und da die Achsen X und Y gegeneinander geneigt sind, wird eine solche Drehung außerdem begleitet von einer hin- und hergehenden Bewegung jedes Kolbens relativ zur zugehörigen Zylinderbohrung.

Wie erwähnt, sind drei Kolben vorgesehen, und der Zylinderblock weist dementsprechend drei Zylinderbohrungen auf, die in gleichem Abstand um die Achse X angeordnet sind. Figur 1 zeigt zur besseren Darstellung der Konstruktion lediglich zwei Kolben und zwei Zylinderbohrungen mit einem Winkelabstand von l80°, jedoch handelt es sich tatsächlich um drei Anordnungen, deren Winkelabstand jeweils 120° beträgt.

Gemäß Figur 2 und 3 umfaßt jeder Kolben 8 einen Teil, der einen geneigten Kolbenboden 10 bildet, sowie einen Schaft 11, der sich vom Kolbenboden 10 nach hinten erstreckt und durch Schrauben 12 am Verbindungselement 6a befestigt ist. Rund um

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den Schaft 11 ist zwischen dem Verbindungselement 6a und dem Kolbenboden 10 ein zylindrisches Element 13 angeordnet, dessen dem Kolbenboden 10 benachbartes Ende im Durchmesser vermindert ist, um auf diese Weise eine Schulter zu bilden, die gemeinsam mit der Hinterfläche des Kolbenbodens 10 eine kreisförmige Ausnehmung l4 definiert. Ein kurzes Stück hinter diesem Ende des Elements 13 befindet sich ein ringförmiger Plansch 13a. Ferner wird das Element 13 von einem weiteren zylindrischen Element 13b umgeben, welches den gleichen Außendurchmesser wie der Plansch 13a besitzt und welches sich vom anderen Ende des Elements 13 bis kurz vor den Plansch 13a erstreckt, so daß eine Rinne oder Nut 15 zwischen dem Plansch 13a und dem Element 13b definiert wird. In dieser Nut 15 sitzt ein ringförmiges Element 16, und zwar mit freiem Abstand zwischen seiner Innenfläche und dem Boden der Nut 15, so daß es sich insgesamt seitlich bezüglich des Elements 13 bewegen kann. In einem und zwar nur in einem einzigen der Kolben 8 wird für die Nut 15 und das Element 16 die Konstruktion nach Figur 3 verwendet, nämlich mit zwei einander gegenüberliegenden Abflachungen und lediglich so viel freiem Abstand zwischen den abgeflachten Bereichen der Innenfläche des Elements 16 und den abgeflachten Bereichen des Bodens der Nut 15, daß eine Gleitbewegung möglich ist. Für diesen Kolben 8 beschränkt sich also die Bewegungsfähigkeit des Elements 16 bezüglich des Elements 13 auf hin- und hergehende Bewegungen in Richtung auf die Achse Y nach Figur 1. Eng auf das Element 16 ist ein Bund 17 derart aufgepaßt, daß ein freier Abstand zwischen ihm und dem Element 13 besteht. Der Bund 17 besitzt eine Ausnehmung l8, um einen kontinuierlichen Kolbenring 19 aufzunehmen, nämlich einen Kolbenring, der über seinem gesamten Umfang durchgehend ausgebildet ist und keinen Schlitz aufweist, wie es bei konventionellen Kolbenringen der Fall ist. Ferner trägt der Bund 17 einen einwärts gerichteten Flansch 20, der in die Ausnehmung 14 eingreift. Zwischen dem Flansch

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und derjenigen Wand der Ausnehmung 14, die von der Schulter des Elements 13 gebildet wird, ist ein Ring 21 angeordnet, der als Drucklager und Abstandsstück wirkt, um den Druck aufzunehmen, der vom Kolbenring 19 über den Bund 17 übertragen wird. Der Kolbenring 19 ist auf seinem Außenumfang so geformt, daß er dem Äquatorialbereich einer Kugel entspricht, deren Durchmesser gleich dem der Zylinderbohrung ist. In eine Gewindebohrung des Kolbenbodens 10 ist eine Zündkerze 22 eingeschraubt, so daß sie ein Kraftstoff-Luft-Gemisch innerhalb des Zylinders zünden kann. Aus einer Betrachtung von Figur 1 geht hervor, daß jeder Kolben 8 bei seiner hin- und hergehenden Bewegung bezüglich seines Zylinders sich entlang einer bogenförmigen Bahn bewegt, und zwar derart, daß sich sein Abstand von der Achse X während der hin- und hergehenden Bewegung ändert. Diese Abstandsänderung wird aufgefangen durch die seitliche Bewegbarkeit der aus dem ringförmigen Element 16, dem Bund 17 und dem Kolbenring 19 bestehenden Gecamtanordnung bezogen auf das Element 13· Die Begrenzung dieser Bewegung für einen der Kolben auf eine hin- und hergehenden Bewegung in Richtung auf die Achse X stellt sicher, daß die Kolbenanordnung an einer Drehbewegung relativ zum Zylinderblock gehindert wird und daß die Kolben im wesentlichen zentral innerhalb der Zylinderbohrungen verbleiben.

Jeder Kolbenboden 10 und/oder die Stirnfläche jedes Zylinders kann mit keramischem Material beschichtet sein, um den Wärmeverlust aus der Verbrennungskammer zu vermindern.

Die Konstruktion des Kolbens kann in vielfältiger Weise variiert werden. Beispielsweise kann der Kolben anstelle des relativ komplizierten Innenaufbaus nach Figur 2 und 3 einen einfachen Hauptkörper 4l und einen abnehmbaren Kolbenboden aufweisen, wie es in Figur 4 dargestellt ist. Der Hauptkörper ist so geformt, daß er zwischen sich und dem Kolbenboden 42 eine Nut 43 für einen Kolbenring 44 bildet. Der Boden der

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Nut ist kreisförmig, besitzt jedoch zwei einander gegenüberliegende Abflachungen, also die gleiche Form wie die Nut 15 in Figur 3- Dabei ist. dann für einen der Kolben ein ringförmiges Zwischenelement 44 vorgesehen, welches ebenfalls zwei einander gegenüberliegende Abflachungen auf der Innenfläche trägt, wobei diese Abflachungen mit den Abflachungen am Boden der Nut 43 zusammenpassen und die Relativbewegung des Kolbenrings 44 dieser bestimmten Kolbens auf eine hin- und hergehende Bewegung in Richtung auf die Achse X gemäß Figur 1 begrenzen. Das ringförmige Zwischenelement 44 ist an den anderen Kolben nicht vorhanden, so daß dort der Kolbenring sich frei in allen Richtungen seitlich bezüglich des Kolbens bewegen kann.

Der Kolbenring muß nicht durchgehend ausgebildet sein, sondern er kann an einer Stelle auf seinem Umfang geschlitzt sein, wie es bei gebräuchlichen Kolbenringen der Fall ist. Dabei ist.es dann vorteilhaft, daß der Schlitz einer diagonalen, abgekröpften oder in anderer Weise gewundenen Bahn über der Breite des Ringes folgt, um die Möglichkeit eines Durchgangs von Leckgasen durch den·Schlitz zu vermindern. Der Kolbenring 19 kann aus synthetischem Kunststoffmaterial oder aus Metall bestehen, bzw. aus Metall, das mit synthetischem Kunststoffmaterial überzogen oder mit einem anderen Metall plattiert ist. Das Hauptkriterium für das Material, welches die den Zylinder berührende Fläche bildet, besteht darin, daß eine Verträglichkeit mit dem Zylindermaterial bzw. mit demjenigen Material vorhanden ist, welches die Zylinder-Laufbüchse bildet, sofern letztere Verwendung findet. Wenn das gewählte Ringmaterial derart ist, daß es sich bei den jeweiligen Dehnungskoeffizienten dieses Materials und der Zylindermaterials sowie bei den unterschiedlichen Temperaturanstiegen, denen diese Teile beim Betrieb der Maschine unterworfen werden, stärker dehnt als der Zylinder, so kann es erforderlich werden, dem Kolbenring eine zusammengesetzte Konstruktion zu geben. Beispielsweise kann jeder Kolbenring 19

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aus zwei konzentrischen Ringen bestehen, die ineinanderliegen und miteinander verbunden oder verschrumpft sind, wobei der äußere Ring derart profiliert ist, daß er die äquatoriale Zone einer Kugel mit einem Durchmesser gleich dem der Zylinderbohrung bildet. Um dann einen konstanten Dichtungsabstand zwischen dem profilierten Ring und dem Zylinder aufrechtzuerhalten, werden die Dehnungskoeffizienten der beiden Ringe und des Zylinders so gewählt j daß folgende Bedingung gegeben ist:

^Dl ^Xl ^tl ~ ^D2 ^X2 ^fc2 ^{+ 2 w}

Dabei bedeuten t., t~ und t, die jeweiligen Temperaturanstiege des Zylinders und der inneren und äußeren Ringe während des Betriebs der Maschine, während D. und D„ den Durchmesser der Zylinderbohrung bzw. den Durchmesser des Innenrings wiedergeben. X₁ ist der Dehnungskoeffizient des Zylinders, x_? der des inneren Rings und x., der des äußeren Rings, w gibt die radiale Dicke des inneren Rings an.

Die Punktion des inneren Rings kann von dem Bund 17 übernommen werden, d.h., daß der Ring selbst in einem Stück aus einem Material mit einem Dehnungskoeffizienten x., besteht, während das Material des Bundes 17 einen Dehnungskoeffizienten X₂ aufweist. Ein kombiniertes Einlaß- und Auslaß-Ventil 30 ist in einem Ventilgehäuse angeordnet, welches vom Zylinderblock 1 gebildet wird. Das Ventil trägt eine hohle Verlängerung die durch den hohlen Wellenabschnitt la des Zylinderblocks hindurchgeht und in diesem drehbar ist.

Aus Figur 5a im Zusammenhang mit Figur 1 ergibt sich, daß das

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Ventil selbst ein zylindrisches Element mit Öffnungen 32 und 33 umfaßt. Die Öffnung 32 führt vom Inneren der rohrförmigen Verlängerung 31 bis zu einer Stelle auf der zylindrischen Fläche des Ventils, während die Öffnung 33 von einer anderen Stelle dieser Fläche bis zu demjenigen Ende des Ventils reicht, welches von der Verlängerung 31 am weitesten entfernt ist. Eine Zylinderöffnung 34 in der Wand jedes Zylinders führt zu dem Ventil j so daß jede Zylinderöffnung 34 periodisch mit jeder der Öffnungen 32 und 33 in Verbindung tritt. Kraftstoff-Luft-Gemisch wird der Öffnung 32 aus dem Inneren der Verlängerung 31 zugeführt, während Auspuffgase aus der Öffnung 33 ausgestoßen werden. Dasjenige Ende der Verlängerung 31, welches aus dem Ende des Wellenabschnitts la des Zylinderblocks herausragt, trägt ein Zahnrad 32a, welches über zwei Zahnriemen 32b und zwei Zwischenräder 32c mit einem Zahnrad 32d in Verbindung steht, welches auf dem Wellenabschnitt la sitzt. Die Zwischenräder 32c besitzen eine solche Relativgröße, daß das Ventil 30 mit der 1 1/2-fachen Drehzahl des Zylinderblocks umläuft. Um die Zahnriemen in ihrer Stellung auf den Rädern 32a> 32c und 32d zu halten und um sie daran zu hindern, Zähne auf den Rädern zu überspringen und auf diese Weise die Relativstellungen der verschiedenen Räder zu verändern, sind nicht gezeigte, federnd gelagerte freilaufende Räder so angeordnet, daß sie an geeigneten Stellen nahe der anderen Räder Druck auf die Außenflächen ^er Zahnriemen ausüben.

Aufgrund der Relativgeschwindigkeiten des Zylinderblocks und des Ventils wird in jedem Zylinder einmal pro zwei Umdrehungen des Systems Gas eingebracht, komprimiert und gezündet, ausgedehnt und ausgestoßen. Die Positionen auf der Fläche des Ventils, an denen die Öffnungen 32 und 33 münden, sind derart, daß diesen Funktionen die korrekte Zeitsteuerung gegeben wird, Fi'gur 6 zeigt die Relativstellungen des umlaufenden Ventils, wenn sich jeder Zylinder in die obere Totpunktlage bewegt.

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Es bedarf zweier Umdrehungen im Anschluß an die erste Stellung, nämlich die Zündung im Zylinder I₃ bevor das Ventil wiederum in die korrekte Position für die Zündung im Zylinder 1 gelangt.

An jedem Ende des Ventils 30 ist eine Nut mit einem Federring 35 vorgesehen. Zwischen den Pederringen 35 erstrecken sich längslaufende Nut en, und zwar eine auf derjenigen Seite jeder öffnung 32 und 33, die von der anderen öffnung am weitesten entfernt ist, sowie eine zwischen den beiden öffnungen. Diese längslaufenden Nuten enthalten Dichtstreifen 36, von denen jederinit jedem Ende am benachbarten Federring 35 angreift, so daß eine unterschiedliche Dehnung der Federringe und der Streifen zugelassen wird, während die Streifen durch die Federringe 35 in ihrer Position gehalten und nach außen gegen die Fläche des vom Zylinderblock gebildeten Ventilgehäuses gespreizt werden. Beispielsweise können die Dichtstreifen mit den Federringen über solche Anordnungen im Eingriff stehen, wie sie in den Figuren 5b und 5c dargestellt sind. Jeder Federring ist geschlitzt, wobei die Enden am Schlitz Stufen gemäß Figur 5d aufweisen. Die Federringe und die Dichtstreifen schaffen eine kolbenringartige Dichtung zwischen dem Ventil und dem Ventilgehäuse. Alternativ zu der dargestellten Anordnung können die Federringe und die Dichtstreifen in Nuten innerhalb der Innenfläche des Ventilgehäuses sitzen und derart angeordnet sein, daß sie nach innen gegen das Ventil spreizen, wobei dann lediglich zwei Dichtstreifen erforderlich sind.

Ein Vergaser 37 ist stationär angeordnet und steht mit dem Einlaßkanal über die rohrförmige Verlängerung 31 des umlaufenden Ventils in Verbindung, und zwar über eine umlaufende Dichtung, wobei die Einlaßgase durch den Einlaßkanal in das Ventil und in die Zylinderöffnung 34 gelangen. Das Ventil

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bleibt während des Ansaughubes geöffnet und wird während des Kompressions- und Arbeitshubes verschlossen. Die Auslaßöffnung 33 des Ventils steht mit der Zylinderöffnung 3*1 während des Auslaßhubes in Verbindung.

Die Antriebswelle 38 des Motors weist ein hohles, vergrößertes Ende 39 auf, welches mittels eines Flansches 40 an dem Zylinderblock rund um das in diesem enthaltene· Ventilgehäuse herum befestigt ist. Innerhalb des Gehäuses 4 sitzt eine das vergrößerte Ende 39 umgebende Trennplatte 4l, die eine Seite einer Kammer 42 begrenzt, welche Schallschluckmaterial 43, beispielsweise Glas- oder Drahtwolle, enthält. Die andere Seite der Kammer wird von einer Platte 44 begrenzt, die an der Antriebswelle 38 befestigt ist. Der Durchmesser der Platte 44 ist derart gewählt, daß ein Spalt rings um den Umfang der Kammer verbleibt. Auspuffgase gehen durch die öffnung 33 in das hohle Ende 39 der Antriebswelle 38 hinein und von dort durch radiale öffnungen 45 des vergrößerten Endes in die Kammer 42, wo sie über das Schallschluckmaterial 43 strömen und sodann durch den offenen Umfang der Kammer nach außen gelangen. Das Schallschluckmaterial 4-3 wird von einem sehalenförmigen Element 46, beispielsweise aus perforiertem Metall, an seinem Platz festgehalten.

Verschiedene abgewandelte Auspuffsysteme können anstatt der speziellen Konstruktion der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Beispielsweise kann eine stationäre Auspuff-Sammelleitung mit der öffnung 33 in Verbindung stehen, und zwar über eine Gleit- oder Labyrinthdichtung. Es wird sodann ein stationärer Schalldämpfer verwendet, der im Abstand zu der Maschine angeordnet sein kann. Auch besteht die Möglichkeit, die Platte 4l der dargestellten Anordnung durch eine flache zylindrische Schale zu ersetzen, die nicht am Gehäuse 4, sondern vielmehr am Ende 39 der Antriebswelle ange-

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ordnet ist, so daß das gesamte Schalldämpfersystem mit der Welle umläuft.

Die Zündkerzen 22 stehen zyklisch mit einem elektrischen Kontakt 22a in Verbindung, der am Gehäuse befestigt ist. Der nicht dargestellte Unterbrecher wird von einer Nocke mit einer einzigen Steuererhöhung betätigt, und zwar über eine Verlängerung derjenigen WeIIe₃ die die zur Zeitsteuerung dienenden Rollen oder Zahnräder 32 trägt. Wenn diese Welle so ausgelegt ist₃ daß sie mit Ventildrehzahl₃ also mit der 1 1/2-fachen Motordrehzahl umläuft, wird bei jeder Umdrehung des Ventils ein Zündfunke erzeugt, was folglich zu einer Zündung der Zylinder 1,2 und 3 gemäß Figur 6 führt.

Das umlaufende Ventil und dessen Gehäuse bestehen aus einem Material mit ähnlichem Dehnungskoeffizienten, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung. Eine der Dichtflächen des Ventils ist mit einem hochtemperaturfest en synthetischen Polymer beschichtet oder mit einem Metall, dem ein synthetisches Polymer, Graphit, Molybdän-Disulphid oder ein anderes schmierendes Material beigemengt ist. Die andere Dichtfläche des Ventils ist durch Eloxieren gehärtet, oder sie trägt eine Beschichtung aus Metall, Keramik oder synthetischem Polymer, wobei Verträglichkeit gegenüber der anderen passenden Fläche herrscht. Die zu beschichtenden Flächen können beispielsweise mittels einer Elasma-Bogen-Pistole mit Partikeln des Beschichtungsmaterials besprüht oder beschossen werden. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, daß die Beschichtung durch Plattieren oder chemisches bzw. mechanisches Ablagern auf die Ventildichtfläche gelangt. Die Beschichtung ist ausreichend dünn, um sicherzustellen, daß über demjenigen Temperaturbereich, dem das Ventil unterworfen wird, der Dichtabstand zwischen dem Ventil und seinem Gehäuse im wesentlichen konstant

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bleibt.

Kühlluftführungen können im Zylinderblock vorgesehen sein. Sie bestehen beispielsweise aus drei parallelen Löchern zwischen den Zylinderbohrungen in der Nähe des umlaufenden Ventils, wobei diese Löcher mit einer Reihe von radialen, zur äußeren Umfangsflache des Zylinderblocks führenden Löchern in Verbindung stehen. Luft wird also unter Zentrifugalwirkung aus den radialen Löchern ausgestoßen und durch die parallelen Löcher angesaugt.

Wie erwähnt j sind beim vorliegenden Ausführungsbeispiel Mittel vorgesehen, um eine Umfangsbewegung der Kolben relativ zu den Zylindern um die Drehachse des Motors zu verhindern, indem die Bewegung des Kolbenrings begrenzt wird, und zwar durch die abgeflachten parallelen Abschnitte des Kolbens und des entsprechend geformten Zwischenelements gemäß Figur Anstelle dessen oder zusätzlich dazu kann man den Kolbenrotor und den Zylinderblock durch eine lineare Lageranordnung aneinander koppeln, wie sie beispielsweise in der GB-PS 1 511 vorgesehen ist, wobei diese Anordnung die Elemente 103 und 104 gemäß Figur 10 der Zeichnungen dieser GB-PS umfaßt.

Anstelle der gezeigten Konstruktion kann der Zylinderblock des Motors um die Achse Y umlaufen, während sich die Kolben um die Achse X drehen.

Ferner besteht abweichend von der gezeigten Konstruktion die Möglichkeit, daß sich nicht die Kolben und die Zylinder drehen, sondern daß der Abschnitt 5 nach Figur 1 umläuft. Dieser Abschnitt 5 bildet dann nicht mehr einen Teil des Motorgehäuses, sondern ist beispielsweise mit der Motorabtriebswelle verbunden, um sich mit dieser zu drehen. Es sei

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darauf hingewiesen, daß das grundsätzliche Arbeitsprinzip der Maschine dann immer noch das gleiche ist, da es die Relativdrehung zwischen dem Abschnitt 5 und der Kolben-Zylinder-Anordnung ist j die die hin- und hergehende Bewegung der Kolben in den Zylindern bewirkt bzw. von letzterer bewirkt wird. Maschinen, bei denen das Tragelement umläuft und die Kolben-Zylinder-Anordnung stillsteht, sind in der GB-PS 1 511 232 beschrieben, und die vorliegende Erfindung umfaßt die Modifikation jeder dieser Maschinen dahingehend, daß letztere ein drehbares Ventil der hier beschriebenen Art erhalten. Dabei kann es notwendig werden, daß die Anordnung des Antriebs für das drehbare Ventil und/oder dessen Drehzahl geändert wird.

Die beschriebene Konstruktion kann so abgewandelt werden, daß sie eine Pumpe bildet. Beispielsweise kann man auf die Zündkerze, den Vergaser und das Auspuff-Schalldämpfungssystem verzichten und einen Antriebsmotor vorsehen, der die Welle 38 antreibt.

Der Motor kann auf Zweitaktbetrieb umgestellt werden, indem man die Relativgeschwindigkeit zwischen dem Ventil 30 und dem Zylinderblock ändert. Sodann kann man das Ventil 30 derart abwandeln, daß es lediglich den Zustrom des Kraftstoff-Luft-Gemisches in den Zylinder steuert, wobei die Auspuffgase durch eine Auslaßöffnung des Zylinders ausgestoßen werden, welche vom Kolben freigelegt wird, wenn dieser in den Totpunkt seiner hin- und hergehenden Bewegung wandert. Auch kann dann mit einer von drei abweichenden Zylinderzahl gearbeitet werden.

Bei Viertakt-Betrieb kann lediglich ein einziger Zylinder -

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vorgesehen werden, ohne daß das Ventil 30 wesentlich verändert werden muß. Andererseits, unter Durchführung solcher Veränderungen, kann die Zylinderzahl von eins oder drei abweichen.

Beispielsweise kann das Ventil mehr als ein Paar von öffnungen aufweisen, oder es kann mehr als ein Ventil versetzt entlang der Achse X angeordnet sein. Insbesondere dann,wenn der Abschnitt 5 umläuft, während der Zylinderblock 1 feststeht, kann die Achse des Ventils gegenüber der Achse X versetzt sein. Beispielsweise kann ein zugehöriges Ventil nahe jedem Zylinder angeordnet sein und dazu dienen, lediglich diesen Zylinder zu versorgen.

Bei einer Dreizylindermaschine wird lediglich einer der Kolbenringe an seitlichen Bewegungen bezüglich des zugehörigen Kolbens gehindert. Die anderen beiden Ringe sind in der Lage, sich seitlich in jeder beliebigen Richtung zu verschieben, um die relativen seitlichen Positionsänderunge aufzufangen, die zwischen zueinander gehörenden Kolben und Zylindern auftreten. Bei einer Maschine mit einer von drei abweichenden Zylinderzahl kann es möglich sein, beispielsweise zwei der Kolbenringe in ihrer Bewegungsrichtung zu beschränken, wobei dies von der Geometrie der Relativbewegung zwischen den Kolben- und Zylinderanordnungen der jeweiligen Maschine abhängt.

Der Kolbenboden 10 kann von der hier dargestellten Form abweichen. Beispielsweise kann er flach sein und senkrecht zur Kolbenachse liegen.

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eerse

ite

Claims

Patentanwälte
■Dlpl.-lng. H. MITSCHERÜCH

DIpL-lng. J. SCHMIDT-EVERS
Steinsdorfstr.10,8000 WiONCHEN 22

RUSSELL JOHN SEARLE

I₃ Thames Corner, Thames Street
Sunbury-on-Thames, Middlesex/England

PATENTANSPRÜCHE

fl.) Kolben-Zylinder-Maschine j
gekennzeichnet durch

einen Zylinder (1) mit einer Zylinderbohrung (9)_s die eine geradlinige Seitenfläche aufweist und im Abstand zu einer ersten Achs_c (X) liegt; durch eine Kolbenanordnung (6) mit einem Kolben (8), der in der Zylinderbohrung (9) sitzt, um darin eine Kammer zu bilden, und mit einem an den Kolben angeschlossenen Verbindungsabschnitt (6a) sowie mit Haltemitteln (Figur 3)3 um jede Tendenz des Kolbens zu verhindern, sich relativ zum Zylinder (1) um die erste Achse (X) zu bewegen; durch ein geneigtes Element (5a), zwischen welchem und dem Zylinder (1) eine Relativdrehung um die erste Achse (X) möglich ist, wobei das geneigte Element gegenüber dieser ersten Achse entsprechend einer zweiten Achse (Y) geneigt liegt und wobei der Verbindungsabschnitt (6a) an dem geneigten Element angreift, derart, daß die Relativdrehung zwischen dem Zylinder und dem geneigten Element von einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens (8) innerhalb des Zylinders

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begleitet wird; und durch ein drehbares Ventil (30), das mit der Kammer in Verbindung steht, wobei zwischen dem Ventil und dem Zylinder (1) eine Relativdrehung um eine Achse auftritt, die parallel zur ersten Achse (X) liegt oder mit letzterer zusammenfällt.
2. Maschine nach Anspruch I₃
dadurch gekennzeichnet,

daß das drehbare Ventil (30) ein drehbares Element mit mindestens einer öffnung (32;33) aufweist, wobei das drehbare Element mit einem eine öffnung (3*0 aufweisenden Maschinenteil in Berührung steht und sich gegenüber letzterem derart drehen kann, daß die öffnungen periodisch miteinander in Verbindung treten.
3. Maschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß das drehbare Element des Ventils und der Maschinenteil aus Materialien mit im wesentlichen gleichen Wärmedehnungskoeffizienten bestehen und daß mindestens eines dieser Bauteile auf einer mit dem anderen Bauteil in Berührung stehenden Fläche eine Beschichtung aus nichtmetallischem schmierendem Material trägt.
4. Maschine nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Beschichtung durch Besprühen der Fläche mit Metallpartikeln bei hoher Temperatur hergestellt wird, um eine rauhe Bindeschicht zu erzeugen, woraufhin dann die Fläche mit dem schmierenden Material besprüht wird.
5. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch

langgestreckte federnde Elemente (35,36), die zwischen dem

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drehbaren Element und dem Maschinenteil angeordnet sind, um zwischen ihnen eine Dichtung zu erzeugen.
6. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5j dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Element zylindrisch ist und daß der Maschinenteil ein hohles Element aufweist, in welchem das drehbare Element montiert ist.
7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenteil von einem Zylinderblock gebildet wird, welcher den Zylinder(l)definiert.
8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das geneigte Element (5a) stationär angeordnet ist und

eine der Zylinder (1) sich um erste Achse (x) dreht, wobei die Kolbenanord'iung (6) mit dem geneigten Element gekoppelt ist, um sich um die zweite Achse (Y) zu drehen.
9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenanordnung (6) einen um den Kolben (8) gelegten Kolbenring (19) aufweist, dessen Umfang so geformt ist, daß er den äquatorialen Bereich einer Kugel mit gleichem Radius wie die Zylinderbohrung (9) bildet _} wobei sich der Kolbenring als Ganzes seitlich bezüglich des Kolbens bewegen kann.

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10. Maschine nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Haltemittel eine Einrichtung umfassen, die die seitliche Bewegung des Kolbenrings (19) bezüglich des Kolbens (8) auf eine Richtung beschränkt, die im wesentlichen radial zur zweiten Achse (Y) verläuft.
11. Maschine nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolben (8) eine umlaufende Nut (15) aufweist, deren Boden mit zwei einander gegenüberliegenden abgeflachten Abschnitten versehen ist, und daß die Beschränkungseinrichtung ein ringförmiges Element (16) umfaßt, das in die Nut eingreift und auf seiner Innenfläche zwei abgeflachte Abschnitte entsprechend denen am Boden der Nut trägt.
12. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet,

daß mindestens die Fläche des Kolbenrings (19) aus synthetischem Kunststoffmaterial besteht.
13. Maschine nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kolbenring (19) zusammengesetzt ist und aus zwei konzentrischen, ringförmigen Bauteilen besteht, die zusammengeschrumpft oder miteinander verbunden sind und aus Materialien unterschiedlicher Dehnungskoeffizienten bestehen, um einen effektiven Gesamt-Dehnungskoeffizienten zu erzielen, so daß sich der Kolbenring und der Zylinder (1) während des Betriebs der Maschine im wesentlichen um den gleichen Betrag dehnen.

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l4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1J>₃ dadurch gekennzeichnet,

daß drei Zylinderbohrungen (9) rund um die erste Achse (X) verteilt angeordnet sind und daß die Kolbenanordnung (6) drei jeweils in den zugehörigen Zylinderbohrungen sitzende Kolben (8) aufweist, wobei die Maschine als-Viertakt-Brennkraftmaschine ausgebildet ist und wobei das Ventil derart angeordnet ist, daß es sich mit der 1 1/2-fachen Maschinendrehzahl um die erste Achse (X) dreht und wahlweise mit den drei Zylindern in Verbindung tritt.

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