DE366652C - Verbrennungskraftmaschine mit ringfoermigem Zylinder und Kolben - Google Patents

Verbrennungskraftmaschine mit ringfoermigem Zylinder und Kolben

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DE366652C
DE366652C DEH82084D DEH0082084D DE366652C DE 366652 C DE366652 C DE 366652C DE H82084 D DEH82084 D DE H82084D DE H0082084 D DEH0082084 D DE H0082084D DE 366652 C DE366652 C DE 366652C
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/28Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/282Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders the pistons having equal strokes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/04Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces
    • F01B3/045Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis the piston motion being transmitted by curved surfaces by two or more curved surfaces, e.g. for two or more pistons in one cylinder

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Description

  • Verbrennungskraftmaschine mit ringförmigem Zylinder und Kolben. Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungskraftmaschinen mit ringförmigem Zylinder und zwei gegenläufigen Kolben. Zur Übertragung Ader Bewegung sind bei derartigen Maschinen Hubscheiben angewendet worden, die mit von den Kolben getragenen Rollen zusammenarbeiten, deren Druck auf die Hubscheiben eine gegenseitige Verdrehung zwischen Hubscheiben und Zylinder hervorruft. Bei diesen 'Maschinen wurde bisher für jeden Kolben eine besondere Verbrennungskammer am zugehörigen äußeren Ende des Zylinders vorgesehen, in die die Gemischladung aus dem mittleren hohlen Teil der Maschine unter Zuhilfenahme geeigneter Steuerorgane eingeführt wurde.
  • Es wurden auch Verbrennungskraftmaschinen in Vorschlag gebracht, bei denen eine Anzahl von gewöhnlichen Zvlindern um eine mittlere Welle angeordnet war, in denen sich gegenläufige Kolben bewegten, wobei in jedem Zylinder eine gemeinsame Verbrennungshammer vorgesehen war. Bei diesen Maschinen ließ sich teils die Einführung der Gemischladung und Abführung der verbrannten Gase schlecht verwirklichen, teil mußte in jedem Zylinder und somit in der gesamten Maschine ein erheblicher schädlicher Raum in Kauf genommen «-erden, in welchem große 'Wengen verbrannter Gase zurückblieben, die den Wirkungsgrad der Maschine beeinträchtigten.
  • Diese Nachteile werden nach der Erfindung vermieden, indem die für die gegenläufigen Kolben gemeinsame Explosions- oder Verbrennungskammer, in welcher sich die Kolben bis auf einen geringen Zwischenraum nähern, mit einem ringsum laufenden Kanal in der inneren Zylinderwand in Verbindung steht, welcher bei Verschiebung der ge:vöhnlich sehr einfachen Steuerorgane abwechselnd als A.uslaß für die verbrannten Gase und als Eimaß für das Brennstoff-Luft-Gemisch dient.
  • Da die verbrannten Gase durch die sich .bis auf einen geringen Zwischenraum nähernden Kolben fast völlig ausgetrieben werden, arbeitet die neue Maschine stets mit reinem Gemisch und :daher mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad. Die Hubscheiben können zudem noch so angeordnet werden, .daß sie eine möglichst ;große Maschinenleistung ergeben.
  • :Auf der Zeichnung ist die Erfindung in Form eines A.usführ@ungsboispieles veranschaulicht.
  • Abb. i ist ein achsialer Längsschnitt durch eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung.
  • Abb. z_ ist ein Ouerschnitt nach Linie 2-2 der Abb. i.
  • A.bb. 3 ist eine Seitenansicht in verkleinertem Maßstabe.
  • Abb. 4 ist ein Längsschnitt durch den mittleren Teil der Maschine, die Steuerung in vergrößertem Maßstabe zeigend.
  • Abb.5 ist gleichfalls ein Längsschnitt des mittleren Teiles der Maschine, jedoch mit einem Absperrschieber an Stelle :der Ventileinrichtung.
  • Abb. 6 veranschaulicht eine Hälfte einer der beiden Kurvenbahnen der Maschine aufgerollt.
  • Der Arbeitszylinder der Maschine ist ringförmig. Bei idem veranschaulichten Ausführungsbeispielbildet das Gestell die äußere Wand i :des Arbeitszylinders. Seine Innenwand wind von einem Zylinder 2 gebildet, ider an den Zylinderdeckeln 3 befestigt isst, die ihrerseits mit ,dem Außenzylinder verbunden sind. In den auf :diese Weise gebildeten Arbeitsräumen befinden sich zwei ringförmige Kolben 4 und 5, :die je zwei Kolbenstangen 6 und 7 btzw. 8 .und 9 tragen, welche diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet sind. Je zwei - einem Kolben angehörende Kolbenstangen sind mit ihren äußeren Enden an einen Querträger io bzw. ii angeschlossen. Diese Querträger besitzen Laufrollen 13, die auf Kugellager 12 aufgesetzt sind, und auf Kurvenbahnen 14 bzw. 15 laufen, welche an den auf der Maschinenwehe 18 aufgesetzten Stirnscheiben 16 bzw. 17 befestigt sind. Die Maschinenwelle durchzieht die Maschine -in der Achse -des ringförmmigen Arbeitsraumes und wird von in den Zylinderdeckeln 3 vorgesehenen Kugellagern ig getragen. Auf Verlängerungen der Querstücke io und i i sitzen auf Kugellagern angeordnete Führungsrollen 2o, die in Führungen ai gleiten, welche am Gestell oder am Außenzylinder befestigt sind. An dem Gestell ist ferner ein zylindrisches Gehäuse 22 für eine Druckfeder 2,3 vorgesehen, die die Querstücke io und ii beeinflußt. Entgegengesetzt zu dieser Federeinrichtung ist ein zylindrisches Gehäuse 24 vorgesehen, das zwei Plungerkolben 25 und 26 enthält, die an,die Querstücke io und i i beziehungsweise angeschlossen sind. Diese Einrichtung wirkt für idie letzteren als Luftpuffer oder Dämpfer.
  • In der Wand :des inneren Zylinders :2 ist ein transversaler Durchgang 27 vorgesehen (Abib. i und 4), der über den ganzen Umfang dieses Zylinders sich erstreckt mit Ausnahme ,der Stellen von Zwischenstücken 28 (Abt. 2), die idie beiden nebeneinanderliegenden Teile ,des Zylinders verbinden. Im Innern des Zylinders 2 ;befindet sich ein gleichachsig angeordneter, hülsenförmiger Körper 29, der in achsialer Richtung verschiebebar gelagert und mit einem Mittelflansch 3o ausgestattet ist, -der in seiner Mittelstellung den Ringkanal 27 im Zylinder 2 absperrt. Der genannte Flansch 3o besitzt zwei konische Flächen 3 i und 32, mit denen er .sich gegen die Stirnflächen von zwei Gleithülsen 33 und 34 anlegt. Diese Hülsen gleiten in dem Zylinder .2 und :bilden eine Führung für das hülsenförmige Ventil29.
  • Zwischen den Hülsen 2g und 33 befindet sich ein ringförmiger Raum 35, der mit Hilfe von Öffnungen 36 in der Hülse 33 mit einem Ringkanal 37 im Zylinder 2 in Verbindung steht, -der mit einer Kammer 38 im linken Zylinderdeckel 3 verbunden ist. Zu :dieser Kammer führt ein Einlaßkanal 39 (Abt. 3) für idie Zuführung ides Brennstoff-Luft-Gemisches. Zwischen ;den Hülsen 29 :und 34 ist ein ringförmiger Raum 4o gebildet, der vermittels Öffnungen 4i in der Hülse 34, eines weiteren ringförmigen Kanals 42 in der Wand des Zylinders 2 und einer Kammer 43 in dem Zylinderdeckel 3 mit einem Auslaß 44 (Abb.3) für das Entweichen ;der Verbrennungsgase in Verbindung steht. Die Hülsen 33 und 3q. bilden zusammen mit idem Flansch 30 auf der Hülse 29 die Steuerung für den Einlaß .des Gemisches in den Arbeitszylinder und für das Entweichen -der Verbrennungsgase. Das linke Ende der Hülse 29 .besitzt eine Nase 45 (Abt. 4), die, wenn :das Ansaugen des Gemisches vor sich gehen soll, von einer Rolle oder einem Daumen 46 beeinflußt wird; diese Rolle wird von einem Ring 47 getragen, der auf der Maschinenwelle 18 .befestigt ist. An ihrem rechten Ende besitzt idie Hülse einen ähnlichen vorspringenden Anschlag 48, der, wenn das Entweichender verbrannten Gase vor sich gehen soll, von :einer Rolle (oder Daumen) 49 beeinflußt wird, die auf einem auf der Maschinenwelle 18 sitzenden Ring 5o befestigt ist. Zwischen der Stirnseite der Hülse 33 und idem Deckel: 3 ist eine Druckfeder 5 1 eingeschaltet und ferner auch eine solche 52 zwischen der Hülse 34 und dem anderen (rechten) Deckel 3 des Zylinders. Der äußere Zylinder i wie der innere 2 sind mit einem Hohlmantel 53 bzw. 54 versehen. Die Außenflächen fder Kolben 4 und 5 sind durch eingesetzte Kolbenringe 55 und ihre Innenflächen :durch in :der Außenwand .des inneren Zylinders :2 eingesetzte'Diehtungsringe 56 abgedichtet.
  • Diese Verbrennungskraftmaschine, welche als Viertaktmaschine eingerichtet ist, arbeitet in folgender Weise: Wenn beim Anlassen die Kolben auseinanderbewegt werden, so wird: ,das Brennstoff-Luft-Gemisch in .den Zylinderrauen zwischen .den Kolben gesaugt. Beim Beginn des Saughubes wind ,die Rolle 46 den Vorsprung 45 und somit idie Hülse 29 nach rechts bewegen, so ,daß der Flansch 30 die Hülse 33 verläßt uind Gemisch durch die Öffnung 39, Kammer 38, Kanäle 37 und 35 und schließlich durch den Schlitz 27 in (den Zylinder gelangen kann. Während dieser Bewegung der Hülse 29 wird die Hülse 33 durch einen Flansch 57 in Stellung gehalten, ider von einem Flansch 58 am inneren Zylinder gehalten wird. Andererseits wird die Hülse 34 nach rechts gegen die Wirkung der Feder 52 bewegt. Sobald, die Rolle 46 die Nase 45 am linken Ende der Hülse 29 verlassen hat, so bewegt die Feder 52 die Hülsen 29 und 34 nach links, so .daß der Flansch 30 sich wieder an die Hülse 33 anlegt und die Einströmung .des Gen Tisches unterbrochen wird. Während der Bewegung der Kolben gegeneinander wird das zwischen ihnen befindliche Gemisch verdichtet, das nach der Verdichtung mit Hilfe einer elektrischen Zündkerze (nicht gezeigt) oder in anderer Weise entzündet wird. Während der nächsten Bewegung der Kolben nach außen findet die Expansion statt. Beim Ende dieser wirkt die Rolle 49 auf .dem Ring 5o auf die Hülse 29 ein und bewegt diese nach links, wobei sich der Mittelflansch 30 von der Hülse 34 abhebt und eine Verbindung herstellt zwischen dem Raum zwischen den Kolben und dem Auslaß 44 vermittels des Schlitzes 27, Raum q.o, Ringkanal 42 und Kammer d.3, so daß beim nächsten Einwärtshub der Kolben ,die verbrannten Gase nach außen gedrückt werden. Die Hülse 3q. wird in ihrer Stellung durch einen Flansch 59 gehalten, der sich gegen einen Flansch 58 am rechten Ende des inneren Zylinders 2 anlegt.
  • Da der Schlitzkana127 sich hauptsächlich auf dem ganzen Umfang des Zylinders 2 erstreckt und die Räume 35 und 40 sehr geräumig sind, kann das Einsagen des Gemisches in den Zvlinder und das Entfernen der verbrannten Gase mit geringer Geschwindigkeit erfolgen, aus welchem Grunde eine wesentliche Verringerung des Eintrittsdruckes oder eine Erhöhung des Gegendruckes beim Austritt der verbrannten Gase nicht auftreten werden, welcher Umstand für den Wirkungsgrad ,des Motors von Wichtigkeit ist. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Steuerung einfach und verlangt nur einen geringen Raum; auch ist die Länge des Ventilhubes sehr kurz.
  • Die Kurvenbahnen 1.1. und 15, welche von :der 1-laschinenwelle 18 getragen werden, sind in gleicher Weise ausgebildet und angeordnet. In Abb.6 der Zeichnung ist eine Hälfte der Kurvenbahn 1d. entwickelt dargestellt. Jede Kurvenbahn besitzt zwei Gruppen von Kurven, von denen jede eine Kurve für,die Saugperiode, eire für die Kompressionsperiode, eine für die Expansions- und eine für die Ausströmungsperi-ode besitzt, so daß die Maschine bei jeder Umdrehung zwei Antriebe erhält. Infolge dieser Anordnung sind die Antriebe im Vergleich zu einer Viertaktmaschine vervierfacht, wobei noch der Vorteil erzielt wird, -daß das Schwungrad (oder -räder) sehr leicht ausgeführt und die Maschine so eingerichtet werden kann, daß sie nur einen geringen Raum beansprucht, wodurch die Herstellungskosten wesentlich herabgesetzt werden können. Die einzelnen Kurven der Kurvenbahnen sind mit 6o, 61, 62 und 63 bezeichnet; Kurve 6o entspricht der Expansion, Kurve 6r :der Ausströmung, Kurve 62 :dem Ansaugen und Kurve 63 der Kompression. Während der Auswärtsbewegung der Kolben, verursacht durch :den Druck der entzündeten Gase, -#verden die auf den Querstücken to und 2r befestigten Rollen 13 gegen idie Kurven 6o gedrückt, wodurch ein seitlicher Druck auftritt, welcher die Kolben um ihre Achse zu drehen sucht. Dies wird indessen durch :die Rollen 2o verhindert, da diese in feststehenden Führungen 21 laufen und daher den seitlichen Druck aufnehmen. Der Druck :der Kolben wird daher die Kurvenbahren 1q., 15 und somit auch die Maschinenwelle 18 drehen. Durch die Anordnung wird ein Gegendruck zwischen den Kolben und den Wänden des Zylinders mit Energieverlust infolge Reibung vermieden, was in jenen Maschinen der Fall ist, wo die Kraft vom Kolben auf die Maschinenwelle vermittels einer Kurbel und einer Kurbelstange übertragen wird. Infolge :der lebendigen Kraft, welche während des Expansionshubes in den Kurvenbahnen (Scheiben) angesammelt wird, die für diesen Zweck entsprechend groß gemacht werden, werden diese Kurvenbahnen mit der Maschinenwelle fortfahren, während der nächsten Perioden, nämlich der Ausströmung, des Ansaugens und der Kompression sich zu drehen. Während der Expansion laufen die Rollen zu den tiefsten Punkten der Kurven 6o, welche auch die tiefsten Punkte :der ganzen Kurvenbahnen sind. Die Kolben werden dann nach einwärts gedrückt durch die Kurven 61, wobei die Rollen 13 auf :die höchsten Punkte der Kurvenbahnen 1q. und 15 auflaufen und somit die Kolben gegeneinanderbewegt werden, so daß die verbrannten Gase so vollständig als möglich aus dem Zylinder herausgetrieben werden. Bei -der Einwärtsbewegung der Kolben wirken die Feder 23 und die Plunger 25 bzw. 26 den hin und her gehenden Teilen entgegen. Während der Umdrehung der Welle 18 und der Kurvenbahnen i¢ und 15 werden die Kolben durch die Kraft auseinänderbewegt,welche in oder Feder 23 und den Luftpuffern 24, 25, 26 aufgespeichert ist, wobei die Rollen längs der Kurven 62 ablaufen.
  • Die in den Zylinder angesaugte Gemischladung wird: während des Laufes der Rollgin 13 über :die Kurven 63 verdichtet, hierauf entzündet, worauf sich der beschriebene Kreislauf wiederholt.
  • Die Kurvenstücke 6o, 61, 62 und 63 haben verschiedene Höhen und Längen, wie aus _4bb.6 hervorgeht. Die Kurve 62 für das ansaugen des Gemisches wird vorzugsweise so niedrig gehalten, daß nur eine so bemessene Gemischladung angesaugt wird, welche nach der Kompression durch die Kurve 63 vollständig oder beinahe vollständig am Ende des Kolbenhubes auf den atmosphärischen Druck expandiert wird. Da die vrebrannten Gase beinahe vollständig aus dein Zylinder ausgetrieben werden und die nächste Ladung somit so rein als möglich ist ,und schließlich nicht mehr Gemisch angesaugt als bis, auf ,den atmosphärischen Druck hergbexpandiert werden kann, wird die Leistung ,der Maschine die größtmöglichste sein.
  • Die Ausbildung der Maschine nach A.bb. 5 weicht von der beschriebenen nur dadurch ab, daß ein hülsenförmiges Schieberventil 64 mit Doppelwand .an ,Stelle der Hülsen 29, 33 und 34 vorgesehen ist. Dieses Ventil ,besitzt einen zentralen Teil 65, der in oder :durch Abb. 5 veranschaulichten Stellung `-den Schlitz 27 des inneren Zylinders 2 überdeckt. Zu beiden Seiten des zentralen Teiles 65 sind Öffnungen 66 und 67 vorgesehen, die finit den Räumen zwischen den Wänden,der Hülsen in Verbindung stehen. Am linken Ende ist die Schieberhülse mit einer Seitenöffnung 68 ausgestattet, idurch welche die linke Kammer des Ventils mit dem Raum 37, Kammer 38 und dem Gemischeinlaß in Verbindung steht. Übereinstimmend hiermit ist am anderen Ende eine Seitenöffnung 69 angebracht, so daß die rechte Kammer des Ventils mit dem Raum 4a, Kammer 43 und dem Auslaß für die verbrannten Gast in Verbindung gebracht ist. Die Enden der Schieberhülse 64 werden durch Federn 70 und 71 beeinflußt. Die von der Maschinenwelle 1.8 getragenen Rollen 46 und 49 wirken auf Daumen 72 und 73 ein, die an Aden Enden der Schieberhülse derart angeordnet sind, @daß die Rolle 46 während der Umdrehung ,der Welle 18 zum richtigen Zeitpunkt die Schieberhülse 64 entgegen dem Druck der Feder 71 nach rechts drückt, so daß die Öffnungen 66 über den Kanal 27 zu liegen kommen und das Gemisch in den Zylinder eingesaugt wird. Die Sehieberhülse 64 kehrt dann unter dem Einflusse .der Feder 71 in ihre Schlußstellung zurück. Während des Ausströmungshubes wird die Schieberhülse durch Einwirkung der Rolle 49 auf den Daumen 73 nach links gedrückt, so daß die Öffnungen 67 mit dem Kanal 27 in Verbindung ,kommen, -worauf die Schieberhülse durch die Feder 7o in ihre .normale Stellung gebracht wird. Ein im Zylinder befestigter und in einer Nut 75 der Schie Oberhülse 64 gleitender Keil 74 hindert die Drehung der letzteren. Wie aus den -dargestellten Ausführungsbeispielen -der Erfindung hervorgeht, gleichen sich -die Trägheitskräfte der Kolben durch deren gleichzeitige Bewegung von- und zueinander in einem gemeinschaftlichen Zylinder aus. Durch diese Anordnung werden die Drücke auf die Kolben und infolgedessen auf die Kurvenbahnen oder Daumen einander gleich, und der Achsialdruck auf die letzteren und die Maschinenwelle wird vollkommen ausgeglichen und neutralisiert. Da die Kurven der Kurvenbahnen so geformt sind, daß jede Kurve einer anderen auf der anderen Seite -der Maschinenwelle entspricht, die in .bezug auf die Bewa-ungsrichtung symmetrisch und gleich sind, und obgleich die Kurven für die verschiedenen Perioden untereinander verglichen vQn verschiedener ,Form sein können, wie bereits früher erwähnt und in A:bb.6 gezeigt, werden die von den beiden Rollen 13 :des ,betreffenden Rollenpaares Übertragenden Antriebe gleichmäßig geteilt und auf jeder Seite'- der Maschinenwelle ausgeglichen,, so @daß daher kein seitlicher, radialer Druck auf die letztere auftreten kann.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verbrennungskraftmaschine mit ringförmigem .Zylinder und Kolben, bei welcher die Steuerorgane in dem durch die innere Zylinderwand abgeschlossenen zylindrischen Hohlraum untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Explosions- oder Verbrennungskammer, in welcher sich die gegenläufigen Kolben bis auf einen geringen Zwischenraum nähern, mit eirein ringsum laufenden Kanal in :der inneren Zylinderwand in Verbindung steht, welcher bei Verschiebung der Steuerorgane abwechselnd als Auslaß für die verbrannten Gase und als Einlaß für das Brennstoff-Luft-Gemisch dient.
  2. 2. Venbrennungskraftmasehine nach Anspruch L, .dadurch gekennzeichnet, daß die zum Antrieb,der Kolbendienenden Hubscheiben, die auf .einer in :der Achse des ringförmigen Zylinders angeordneten Welle sitzen, zur Herbeiführung einer Viertaktwirkung so ausgebildet sind, daß sich die Kolben einerseits möglichst nähern, anderseits aber bei der Expansion und beim Ausstoßen größere Hübe ausführen als beim Ansaugen und Verdichten.
DEH82084D Verbrennungskraftmaschine mit ringfoermigem Zylinder und Kolben Expired DE366652C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2457377A1 (fr) * 1979-05-22 1980-12-19 Haakon Henrik Moteur a combustion interne et procede de conversion thermodynamique
EP0161440A1 (de) * 1984-04-01 1985-11-21 Valentino Ribi Kolbenverbrennungsmotor mit Ringquerschnitt

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2457377A1 (fr) * 1979-05-22 1980-12-19 Haakon Henrik Moteur a combustion interne et procede de conversion thermodynamique
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