DE3874145T2

DE3874145T2 - Verbrennungskraftmaschine mit drehschieber.

Info

Publication number: DE3874145T2
Application number: DE8888909542T
Authority: DE
Inventors: Jacques Paul Marie Pellerin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-10-16
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2008-10-13
Also published as: WO1989003474A1; ATE79923T1; US5076219A; EP0377672A1; DE3874145D1; FR2621956A1; EP0377672B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor mit interner Verbrennung mit durch einen drehbaren Verschluß bewirkter Einlaß-/Auslaßsteuerung.
In den Motoren mit interner Verbrennung mit einem Kolben, der zu einer hin- und hergehenden Bewegung angetrieben wird, wird die Einlaß-/Auslaßsteuerung gewöhnlich durch nockengesteuerte verschiebbare Ventile gewährleistet.
Diese Vorrichtung ist laut, dem Verschleiß unterworfen und ein Energieverbraucher und bietet dem Gas nur einen begrenzten Strömungsquerschnitt. Um den Strömungsquerschnitt zu vergrößern, muß der Hub der Ventile vergrößert werden, was zu einer Vergrößerung der Kraft der Rückstellfedern und folglich zu einer Verstärkung der Steuerelemente zwingt, was deren Trägheit erhöht und folglich eine weitere Vergrößerung der Kraft der Rückstellfedern erforderlich macht. Man gelangt daher schnell an eine Grenze, oberhalb derer Systeme mit mehr als zwei Ventilen pro Zylinder in Betracht gezogen werden müssen, was eine teuere Lösung ist, die von einem Zuwachs des Lärms und der Reibungen begleitet wird. In all diesen Fällen zwingt diese bekannte Art der Einlaß-/Auslaßsteuerung dazu, für die Verbrennungskammer ausreichend abgeflachte, nicht ideale Formen zu wählen, die durch die Notwendigkeit bedingt sind, den Ventilen den größtmöglichen Durchmesser zu verleihen und zwischen den Ventilen und dem Kolben einen Abstand vorzusehen, der für ihre Relativbewegung notwendig ist, wenn sich der Kolben in der Umgebung seines oberen Totpunktes befindet.
Die Dokumente DE-A-33 27 810, FR-A-1 571 711 und US-A-4 359 981 schlagen vor, am Zylinderkopf und am Kolben Flächen vorzusehen, die sich einander stark annähern und das zwischen ihnen vorhandene Gas austreiben, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht, derart, daß im Zeitpunkt der Zündung in der Verbrennungskammer Turbulenzen erzeugt werden. Von diesen Turbulenzen wird angenommen, daß sie die Ausbreitung der Verbrennung trotz der weiter oben genannten mehr oder weniger vorteilhaften Formen der Kammer beschleunigen. Gemäß der DE-A-33 27810 bleibt die Form der Kammer sehr flach. Gemäß der FR-A-1 571-711 und der US-A-4 359 981 ist die Kammer kompakter, andererseits definieren ihre Wände mit wenigstens einem der in der geöffneten Position befindlichen Ventile Verengungen, die für die Gasaustausch des Motors nachteilig sind. Außerdem scheint die Lehre der drei Dokumente mit dem Vorhandensein von vier Ventilen pro Zylinder unverträglich zu sein. Die Lehre dieser drei Dokumente steht daher insgesamt einer guten Zirkulation des Gases im Motor entgegen.
Andererseits hat das Vorhandensein dieser Kolbenfläche, die sich einer entsprechenden Fläche des Zylinderkopfes stark annähert, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, Folgen für die Druckverteilung auf dem Kolben. Während des Anstiegs des Kolbens ist der Druck auf dieser Fläche des Kolbens stärker als auf dem restlichen Kolben. Während der Verbrennung ist es umgekehrt, weil diese Fläche bei Beginn der Verbrennung teilweise abgedeckt ist. Daraus ergeben sich auf den Kolben wirkende Kippmomente.
Weiterhin ist gemäß der WO-A-87 01415 ein Motor bekannt, dessen Einlaß/Auslaßsteuerung durch eine an die Innenfläche des Zylinderkopfes angrenzende Glocke gewährleistet ist, wobei die Glocke in Drehrichtung angetrieben wird, derart, daß ein Fenster der Glocke die Einlaß- und die Auslaßöffnung selektiv freigibt. Daher sind die Nachteile beseitigt, die sich aus der hin- und hergehenden Bewegung der Ventile ergeben. Der Gasaustausch des Motors ist ausgezeichnet. Dennoch besitzt diese bekannte Struktur weiterhin Nachteile. Es ist schwierig, das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, wenn gleichzeitig eine für die Verbrennung vorteilhafte Form der Verbrennungskammer erhalten bleiben soll. Andererseits muß die Glocke bei jedem Beginn der Entspannung einen großen Stoß aufnehmen. Es ist außerdem festgestellt worden, daß das in dieser Glocke ausgesparte Fenster einen Nachteil besitzt: Die Glocke ist um ihre Drehachse nicht ausgewuchtet, woraus sich Vibrationen und sehr ungünstige Reibungen zwischen der Außenfläche der Glocke und der festen Wand des Zylinderkopfes ergeben können. Die WO-A-87 01415 gibt in ihrer Fig. 1 einen Stand der Technik an, der die Verwirklichung einer verhältnismäßig kompakten Verbrennungskammer und die Begrenzung des Drucks auf den Kolben und auf die Glocke bei Beginn der Druckentlastung erlaubt, weil eine Fläche der Glocke an eine entsprechende Fläche des Kolbens angrenzt, wenn sich dieser im oberen Totpunkt befindet. Dies hat jedoch auf den Kolben und auf die Glocke wirkende Kippmomente zur Folge, außerdem weist die Glocke um ihre Drehachse eine besondere Unwucht auf.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Motor mit einer durch eine drehbare Glocke bewirkten Einlaß-/Auslaßsteuerung vorzuschlagen, bei dem das Verdichtungsverhältnis nach Belieben relativ hoch gewählt werden kann, ohne daß der Kolben erhöhten Belastungsspitzen oder großen Kippmomenten unterliegt und ohne daß die Glocke Stößen unterworfen ist oder eine um ihre Drehachse bedeutsame Unwucht aufweist.
Die Erfindung zielt somit auf einen Motor mit interner Verbrennung und wenigstens einem Zylinder, worin zwischen einem Kolben, der zwischen einem sogenannten oberen und einem sogenannten unteren Totpunkt hin und her beweglich ist und über einen Bewegungsumformungsmechanismus mit einer Ausgangswelle verbunden ist, und einem Zylinderkopf eine Arbeitskammer enthalten ist, wobei der Zylinderkopf mit einer Einlaßöffnung, einer Auslaßöffnung und einer Verschlußglocke versehen ist, wovon eine Außenfläche an eine dem Zylinderkopf zugehörige komplementäre Innenfläche angrenzt, wobei die Arbeitskammer auf eine Verbrennungskammer reduziert ist, die zwischen einer Innenfläche der Glocke und dem Kolben definiert ist, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, wobei der Motor außerdem versehen ist mit Verbrennungserzeugungsmitteln und Mitteln zum Antreiben der Glocke zu einer zur Drehung der Welle synchronen Drehung um eine Achse, in bezug auf die die Form der Außenfläche der Glocke rotationssymmetrisch ist, derart, daß die Arbeitskammer über ein Fenster der Glocke mit der Einlaß- und der Auslaßöffnung selektiv verbunden wird, wobei die Arbeitskammer entlang der Begrenzungslinie der Innenfläche der Glocke durch eine Fläche progressiver Druckentlastung begrenzt ist, die zum Kolben weist und an den Kolben angrenzt, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, derart, daß die Oberfläche des Kolbens, die dem Gasdruck ausgesetzt ist, eingeschränkt ist, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet.
Gemäß der Erfindung ist der Motor dadurch gekennzeichnet, daß der Flächeninhalt der Progressivitätsfläche um die Zylinderachse so aufgeteilt ist, daß jegliches Kippmoment, daß auf den Kolben um jede zur Achse des Zylinders senkrechte Achse wirkt, im wesentlichen beseitigt wird, wenn sich der Kolben im Totpunkt befindet, daß die Glocke um ihre Rotationsachse Massenausgleichsmittel aufweist und daß die Innenfläche der Glocke einen Bereich mit der allgemeinen Form einer sphärischen Zone aufweist.
Daher besitzt die Verbrennungskammer für ein gegebenes Volumen eine deutlich kompaktere Form, die nahezu vollständig halbkugelförmig sein kann. Wie bekannt, sind die halbkugelförmigen Verbrennungskammern für einen guten Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren von Vorteil. Im Stand der Technik werden Verbrennungskammern in Form einer von einer perfekten Halbkugel ziemlich weit entfernten Kuppel oft als "halbkugelförmig" bezeichnet. Die Erfindung erlaubt eine viel bessere Annäherung an die ideale Halbkugelform. Die erhaltene Verbrennung ist daher von ausgezeichneter Qualität. Darüber hinaus wird, wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, bei Beginn der Entspannung ein Teil seiner Oberfläche vor dem Gasdruck geschützt. Dadurch wird eine progressivere Wirkung des Gasdrucks auf den Kolben und auf die Glocke und folglich ein geringerer Verschleiß der Mechanik während des Betriebs gewährleistet, welcher außerdem weniger laut und gleichmäßiger ist. Außerdem unterdrückt die Aufteilung des Flächeninhaltes der Progressivitätsfläche um die Achse des Zylinders im wesentlichen die Kippmomente auf den Kolben in seinem Totpunkt. Die Glocke, die um ihre Drehachse ausgewuchtet ist, erzeugt keine Vibrationen mehr, außerdem besteht nicht die Gefahr eines Verschleißes bei Berührung mit dem Zylinderkopf. Dieses Gleichgewicht ist aufgrund der nahezu symmetrischen Anordnung, die sich bereits aus der Verteilung der Progressivitätsfläche um die Zylinderachse ergibt, leicht zu verwirklichen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.
Von den mittels eines nicht beschränkenden Beispiels gegeben Zeichnungen:
Fig. 1 eine allgemeine Ansicht eines Motors gemäß der Erfindung im Axialschnitt, wobei sich der Kolben im unteren Totpunkt befindet;
Fig. 2 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab einer Einzelheit der Fig. 1, wobei sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet;
Fig. 3 eine Unteransicht des Zylinderkopfes;
Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV der Fig. 3;
Fig. 5 eine Teilansicht entlang des Pfeils V der Fig. 3;
Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Ebene VI-VI der Fig. 2 während eines Ansaugtaktes;
Fig. 7 und 8 perspektivische Ansichten der Verschlußglocke, die entlang den Ebenen VII-VII bzw. VIII-VIII der Fig. 10 geschnitten sind;
Fig. 9 eine Draufsicht der Glocke;
Fig. 10 eine Unteransicht der Glocke;
Fig. 11 ein Aufriß und eine Schnittansicht entlang der Ebene VIII-VIII der Fig. 10;
Fig. 12,13, 15, 18 und 19 Ansichten analog zu Fig. 11, sich jedoch auf fünf Varianten der Ausführung der Erfindung beziehen;
Fig. 14 eine Halbansicht, die entlang der Ebene XIV-XIV der Fig. 15 geschnitten ist;
Fig. 16 eine Ansicht analog zu Fig. 8, jedoch bezogen auf die Variante der Fig. 14 und 15; und
Fig. 17 eine schematische Unteransicht der Glocke der Fig. 14 bis 16.
Die Erfindung wird im folgenden bei ihrer Anwendung auf einen sogenannten "Trommel-Motor" beschrieben.
Ein solcher Motor umfaßt einen Kolben 1, der in einer zylindrischen Bohrung 2, die im folgenden in Übereinstimmung mit der für Verbrennungsmotoren üblichen Terminologie "Zylinder" genannt wird, hin und her beweglich ist. Der Zylinder 2 ist in einem Mantel 3 ausgebildet, der an seiner Innenseite mit einem wärmedämmenden Überzug 4, beispielsweise einem Material vom Keramiktyp, insbesondere dem unter dem Markenzeichen "THERMOX" verkauften Typ, ausgekleidet ist.
Der Kolben bewegt sich entlang der Achse XX' des Zylinders zwischen der in Fig. 1 dargestellten Position, die als unterer Totpunkt bezeichnet wird, und der in Fig. 2 dargestellten Position, die als oberer Totpunkt bezeichnet wird, hin und her. Der Kolben 1 ist über einen Bewegungsumformungsmechanismus 7 mit einer Ausgangswelle 6 der Maschine verbunden. Der Bewegungsumformungsmechanismus 7 umfaßt einen schrägen Kurbelzapfen 8 der Ausgangswelle 6. Eine Haube 9, wovon sich eine sphärische Fläche 11 mit einem am Motorrahmen um die Welle 6 befestigten sphärischen Träger 12 in einer Kugelgelenkverbindung befindet, ist um den Kurbelzapfen 8 mittels eines Lagers 13 frei drehbar angebracht. Ein Kranz mit Außenzahnung 14, der mit der Haube 9 verbunden ist und dessen Mittelachse mit der Achse des Kurbelzapfens 8 koinzidiert, ist in zwei einander diametral gegenüberliegenden Positionen ständig mit einem Kranz mit Innenzahnung 16 in Eingriff, der mit dem Motorrahmen verbunden ist und dessen Mittelachse mit der Drehachse der Welle 6 koinzidiert. Dieser Eingriff legt die Winkelposition der Haube 9 um den Kurbelzapfen 8 fest. Eine Pleuelstange besitzt eine Ende 18, das mittels eines Kugelgelenks an einem dem Kolben gegenüberliegenden Ende einer Stange 19 angelenkt ist, die entlang der Achse XX' mit dem Kolben 1 starr verbunden ist. Das andere Ende der Pleuelstange 17 ist mittels eines Kugelgelenks in einem Auge 21 angelenkt, das von der Haube 9 seitlich getragen wird. Das Kugelgelenk- Schwenkzentrum des Auges 21 befindet sich in der Mittelebene des Zahnkranzes 14. Der Mechanismus 7 formt die Druckentlastungsbewegung des Kolbens 1 auf bekannte Weise in eine Teilumdrehung der Welle 6 und die Weiterdrehung der Welle 6, die durch die Trägheit eines Motor-Schwungrades und/oder durch die Entspannungsenergie, die in anderen Zylinder-Kolben-Baueinheiten entwickelt wird, in Auslaß-, Ansaug- und Kompressionsbewegungen des Kolbens 1 um. Tatsächlich ist in Fig. 1 nur eine einzige Zylinder-Kolben-Baueinheit dargestellt, es können jedoch mehrere solcher Baueinheiten um die Achse der Welle 6 verteilt sein. In einem solchen Fall trägt die Haube 9 für jede Zylinder-Kolben-Baueinheit ein Auge wie etwa 21.
Im Zylinder 2 wird zwischen einem Zylinderkopf 23 und einer der Stange 19 gegenüberliegenden Fläche 24 des Kolbens 1 eine Arbeitskammer 22 begrenzt, die mit einem wärmedämmenden Überzug wie etwa THERMOX versehen ist. Klassischerweise befindet sich der Kolben 1 in einem relativen Abstand vom Zylinderkopf, wenn er sich im unteren Totpunkt befindet (Fig. 1), wobei die Arbeitskammer 22 dann ihr maximales Volumen besitzt, während er an den Zylinderkopf relativ angenähert ist, wenn er sich im oberen Totpunkt befindet (Fig. 2), wobei die Arbeitskammer dann zu einer Verbrennungskammer 26 reduziert ist, die weiter unten im einzelnen beschrieben wird.
Wie in den Fig. 3 bis 6 gezeigt, umfaßt der Zylinderkopf 23 an geeigneten Positionen um die Achse XX' eine Einlaßöffnung 27 und eine Auslaßöffnung 28. Die Öffnungen 27 und 28 sind auf nicht gezeigte Weise mit Vergasermitteln bzw. mit einem Auspuffsammler verbunden. Der Zylinderkopf 23 ist mit Schrauben 29 an einer dem Motorrahmen zugehörigen Platte 31 befestigt. Der Mantel 3 wird in einer Bohrung 32 der Platte 31 aufgenommen. Ein oberer Bund 33 des Mantels 3 wird durch den Zylinderkopf 23 in einer Gegenbohrung 34 festgehalten, die die Bohrung 32 auf der Seite des Zylinderkopfes 23 erweitert.
Der Gasaustausch durch die Öffnungen 27 und 28 des Zylinderkopfes 23 wird durch eine Verschlußglocke 36 gesteuert, wovon eine konvexe sphärische Außenfläche 37, die mit einem wärmedämmenden Überzug 38 wie etwa THERMOX versehen ist, an eine dem Zylinderkopf 23 zugehörige komplementäre Innenfläche angrenzt. Eine Innenfläche 41 der Glocke 36 begrenzt die Verbrennungskammer 26. Die sphärischen Oberflächen 37 und 39 sind um die Achse XX' zentriert, derart, daß sie um die Achse XX' rotationssymmetrisch sind.
In die Glocke 36 ist eine Hohlwelle 42 mit Mittelachse XX' eingesteckt, die in einem Lager 43 in einer mit dem Motorrahmen verbundenen Platte 44 um die Achse XX' drehbar gelagert ist. Die Glocke 36 ist mit der Welle 42 insbesondere drehfest in bezug auf die Achse XX' verbunden. Oberhalb der Platte 44 ist die Welle selbst mit einem Ritzel 46 drehfest verbunden, das in ein Ritzel 47 eingreift, welches mit einer Zentralwelle 48 zum Antrieb von Motorzubehörteilen drehfest verbunden ist. Die Welle 48 ist zur Welle 6 koaxial und mit der letzteren drehfest verbunden. Hierzu ist die Welle 48 über einen Arm 49 mit dem Kurbelzapfen 8 starr verbunden. Die Anzahl der Zähne des Ritzels 46 ist doppelt so groß wie diejenige des Ritzels 47, so daß die Rotationsgeschwindigkeit der Glocke 36 im Zylinderkopf 23 halb so groß wie die Rotationsgeschwindigkeit der Welle 6 ist.
Aufgrund dieser Rotation stellt ein in der Glocke 36 ausgespartes Fenster 51 selektiv zwischen der Verbrennungskammer 26 (Fig. 6) und der Einlaßöffnung 27 und der Auslaßöffnung 28 eine Verbindung her. In der in Fig. 6 mittels durchgezogener Linien dargestellten Situation ist die Verbrennungskammer 26 mit der Einlaßöffnung 27 verbunden. In einer anderen, durch Strichpunktlinien dargestellten Situation stellt das Fenster 51 zwischen der Verbrennungskammer 26 und der Auslaßöffnung 28 eine Verbindung her. In einer durch Kreuzlinien dargestellten dritten Situation befindet sich das Fenster 51 von den Öffnungen 27 und 28 in einem Abstand, derart, daß die Glocke 36 die Kammer 26 gegenüber den zwei Öffnungen 27 und 28 isoliert. Die Drehrichtung der Glocke 36 ist durch den Pfeil 52 angezeigt.
Um die Glocke 36 gegenüber Verschiebungen entlang der Achse XX' in der zum Kolben l entgegengesetzten Richtung trotz der auf sie wirkenden Drücke bei der Entspannung festzuhalten, trägt die Hohlwelle 42 oberhalb des Zylinderkopfs 23 einen ringförmigen Käfig 53, in dem ein Axialrollenlager angebracht ist. Die feste Abstützung des axialen Widerlagers 54 wird von einem Ring 56 gebildet, der sich selbst auf der Platte 44 abstützt. Der Ring 56 ist mit inneren und äußeren Dichtungsringen 57 versehen, die es ermöglichen, daß der Käfig 53 Schmieröl für das Widerlager 54 enthalten kann. Der Käfig 53 weist eine ebene Innenfläche 55 auf, der an eine ebene Oberseite des Zylinderkopfes 23 angrenzt.
In die Hohlwelle 42 ist eine Zündkerze 58 eingeschraubt, die sich entlang der Achse XX' erstreckt. Die Kerze 58 dreht sich daher mit der Glocke 36. Die Kerze 58 ist außerdem durch einen Schuh 61 mit Drehkontakt mit einer Zündschaltung 59 verbunden.
Der Aufbau des Motorrahmens wird nicht im einzelnen beschrieben, weil er im wesentlichen dem Beispiel entspricht, das in der französischen Patentanmeldung 85 18826 vom 19. Dezember 1985 und in der Patentanmeldung US 063 865 vom 19. Juni 1987 auf den Namen des Anmelders angegeben ist. Insbesondere kann die Welle 48 eine oder mehrere Kühlturbinen tragen.
Gemäß der Erfindung ist die Arbeitskammer 22 entlang der Begrenzungslinie der Verbrennungskammer 26 durch eine Fläche 62 progressiver Entspannung begrenzt, die zum Kolben 1 weist und an die Arbeitsfläche 24 des Kolbens 1 angrenzt, wenn sich dieser in seinem oberen Totpunkt befindet (Fig. 2). Daher ist in dieser Position, die diejenige des Entspannungsbeginns ist und den größten Druckschwankungen entspricht, nur ein Teil des Flächeninhalts der Fläche 24 des Kolbens dem Druck ausgesetzt. Der Kolben wird erst nach Durchlaufen eines kleinen Teils seines Entspannungshubes vollständig dem Druck ausgesetzt. Auf diese Weise wird eine bestimmte Progressivität bei der Einwirkung der aus der Verbrennung sich ergebenden Kräfte auf den Kolben erhalten, wodurch der Verschleiß verringert und der Betriebskomfort vergrößert werden.
Ebenso entspricht bei Beginn der Entspannung der äquivalente Flächeninhalt, über den der Druck auf die Glocke 26 wirkt und bestrebt ist, diese in der zum Kolben entgegengesetzten Richtung zurückzustoßen, nur einem Teil des Flächeninhalts des Querschnitts des Zylinders 2. Daher zieht das axiale Widerlager 54 ebenso wie der Kolben aus der Progressivität bei der Einwirkung der Motorbelastung Nutzen.
Darüber hinaus ist der Flächeninhalt der Grundfläche der Verbrennungskammer 26 in bezug auf den Flächeninhalt des Querschnitts des Zylinders 2 um den Flächeninhalt der Fläche 62 verringert. Wie in den Fig. l und 2 dargestellt, besitzt daher die Verbrennungskammer 26 eine verhältnismäßige große axiale Abmessung, die ihr eine nahezu perfekte Halbkugelform verleihen kann, die deutlich kompakter und homogener als diejenigen bekannter Motoren ist, sogar dann, wenn das Verdichtungsverhältnis 16 oder 17 erreicht, ein Wert, der für den Betrieb einer Halbdieselmaschine angestrebt wird.
Nun wird mit Bezug auf die Fig. 7 bis 11 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Glocke im einzelnen beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird die Progressivitätsfläche 62 von der Glocke selbst getragen. Sie erstreckt sich in radialer Richtung zwischen einer Fasenfläche 63 mit konischer Form, die die Verbindung mit der die Verbrennungskammer 26 begrenzenden Innenfläche 41 gewährleistet, und einem zylindrischen Rand 64, dessen Außendurchmesser dem um den Überzug 4 verringerten Innendurchmesser einer Gegenbohrung 65 des Mantels 3 an seinem oberen Ende entspricht. Im Betrieb ist der zylindrische Rand 64 in das Ende der Bohrung des Mantels 3 frei drehbar eingesetzt. Der Rand 64 besitzt eine ebene Endfläche 36, der in der Umgebung der Oberkante des Überzugs 4 umläuft, welcher eine Dicke von ungefähr 1 mm besitzen kann. Der Innendurchmesser des Randes 64 entspricht dem Innendurchmesser des überzogenen Bereichs des Zylinders 2. Somit umgibt der Rand 64 das an die Fläche 24 angrenzende Ende des Kolbens 1, wenn sich der Kolben 1 im oberen Totpunkt befindet (Fig. 2). Der Rand 64 gewährleistet eine zusätzliche Führung der Glocke 36 relativ zur Oberkante der Bohrung des Zylinders 2 und die Gasdichtigkeit zwischen der Arbeitskammer 22 einerseits und den Öffnungen 27 und 28 und dem Spalt zwischen den Flächen 37 und 39 andererseits.
Um die Vibrationen während des Betriebs und die Biegungen der Welle 42 zu vermeiden, die einen schnellen Verschleiß der Flächen 37 und 39 und der Flächen des Randes 64 zur Folge haben könnten, ist erfindungsgemäß ein Massenausgleich der um die Achse XX' rotierenden Glocke 36 vorgesehen. Insbesondere wird das Ungleichgewicht beseitigt, das sich durch das Fenster 51 ergeben könnte. Hierzu weist die Fläche 41 eine über 180º sich erstreckende und auf beide Seiten der axialen Mittelebene des Fensters 51 (Schnittebene der Fig. 8) gleichmäßig aufgeteilte Aussparung 67 auf. Diese Aussparung erstreckt sich bis zur Unterseite der Glocke 36, derart, daß der mittlere Durchmesser der Fasenfläche 63 entlang dieser Aussparung anwächst und daß die Progressivitätsfläche 62 entlang der gesamten Aussparung 67 in radialer Richtung verengt ist.
Um zu vermeiden, daß die Glocke 36 Kippmomenten um die zur Achse XX' senkrechten Achsen erfährt, ist ein Massenausgleich vorgesehen, der nicht nur auf allgemeine Weise, sondern gleichermaßen in jeder zur Achse XX' senkrechten Ebene ausgeführt ist. Die radiale Tiefe der Aussparung 67 wird hierzu in jeder Ebene festgelegt.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist das Fenster 51 ein sowohl in der Progressivitätsfläche 62 als auch im Rand 64 und in der Fasenfläche 63 ausgebildeter bogenförmiger Ausschnitt. Dadurch wird die Herstellung erleichtert, außerdem wird ein maximaler Strömungsquerschnitt für das Gas gewährleistet. Wenn indessen keine Vorkehrung getroffen wird, erzeugt das Fehlen eines Teils der Fläche 62 entlang des Ausschnitts 51 ein Ungleichgewicht der Belastungen auf den Kolben und auf die Glocke 36, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, was in Kippmomente umgewandelt wird, die um die zur Achse XX' senkrechten Achsen auf diese Elemente wirken.
Um diese reibungs- und verschleißerzeugende Wirkung zu vermeiden, weist die Glocke 36 an der dem Fenster 51 diametral gegenüberliegenden Position einen Freiraum 72 auf, der in der Progressivitätsfläche 62 ausgebildet ist, derart, daß der Druck an dieser Stelle auf den Kolben und auf die Glocke 36 wirken kann, wenn sich der Kolben 1 im oberen Totpunkt befindet. Die Abmessungen des Freiraums 72 sind so festgelegt, daß sie im wesentlichen jedes auf den Kolben um jede zur Achse XX' des Zylinders 2 senkrechte Achse wirkende Kippmoment aufleben, wenn sich der Kolben 1 im oberen Totpunkt befindet. Im Prinzip wird dieses Resultat erreicht, wenn die Gesamtheit der Momente der elementaren Flächeninhalte um die zur Achse XX' senkrechten Achsen, welche wegen der Aussparung 72 und der Verengung der Fläche 62 in der Verlängerung der Aussparung 67 fehlen, gleich der Gesamtheit der Momente der elementaren Flächeninhalte um dieselben Achsen ist, die wegen dem Ausschnitt 51 in der Fläche 62 fehlen.
Wie weiter in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist, besitzt die Stirnfläche der Welle 42, die zur Kammer 26 weist, eine konkave sphärische Form 68, die die Kontinuität mit der konkaven, sphärischen Form der Fläche 41 gewährleistet. Um gleichwohl den Strömungsquerschnitt für das Gas zu vergrößern, ist in den Ausschnitt 51 auch das Ende der Welle 42 einbezogen, derart, daß die sphärische Fläche 68 des Endes der Welle 42 durch einen Einschnitt 69 unterbrochen ist. Damit das Massengleichgewicht in jeder Ebene gewährleistet ist, wie weiter oben erwähnt worden ist, ist in die Aussparung 67 ebenfalls ein mit 71 bezeichneter Bereich des Endes der Welle 42 einbezogen, der eine weitere Unterbrechung der sphärischen Fläche 68 bildet.
In dem in den Fig. 7 bis 11 dargestellten Beispiel ist die Ebene der Kante 73, die außerhalb der Aussparung 67 die Fläche 41 mit der Fasenfläche 63 verbindet, eine diametrale Ebene der Kugel, zu der die Fläche 41 gehört.
In dem Beispiel der Fig. 12, das übrigens mit demjenigen der Fig. 8 bis 11 identisch ist, ist zur Vergrößerung des Volumens der Verbrennungskammer 26 zwischen die Kante 73 und den sphärischen Teil der Fläche 41 eine zylindrische Zone 74 eingefügt worden. In dem in die Aussparung 67 einbezogenen Bereich besitzt der Bereich 74 einen vergrößerten Durchmesser und ist in Abhängigkeit von den Anforderungen des Massenausgleichs von einer Ebene zur nächsten nicht mehr notwendigerweise exakt zylindrisch.
In dem Beispiel der Fig. 13 ist im Hinblick auf die entgegengesetzte Verwirklichung einer Verbrennungskammer 26 mit verringertem Volumen die Fläche 41 nur noch eine spährische Kappe, deren größter Durchmesser um die Achse XX', nämlich der Durchmesser der Kante 73, geringer als der Durchmesser der Kugel ist, der sie zugehört. Selbstverständlich ist diese Teilkugel wie in den vorhergehenden Beispielen außerdem durch das Fenster 51 und durch die Aussparung 67 unterbrochen.
Das in den Fig. 14 bis 17 dargestellte Beispiel ist mit demjenigen der Fig. 7 bis 11 identisch, mit der Ausnahme der Elemente, die im folgenden beschrieben werden.
Um die Anzahl der Kanten zu begrenzen, die im Betrieb Spitzenlastpunkte bilden können, besitzt die Fasenfläche 63 ein gekrümmtes Profil. Darüber hinaus ist der zum Kolben 1 gerichtete Rand 64 weggelassen. Er ist durch zwei Teilbunde 76 (Fig. 17) ersetzt, wovon jedes ein Ende 77 in der Verlängerung einer der Seitenflächen des Ausschnittes 51 besitzt. Wegen des Massenausgleichs um die Achse XX' weisen die zwei anderen Enden 78 der Bunde 76 zwischen sich den gleichen Abstand wie die Enden 77 auf.
Wie in den Fig. 14 bis 16 gezeigt, weist jeder Teilbund 76 an seinen drei Außenflächen einen wärmedämmenden Überzug 79 auf. Die Innenfläche der Halbbunde 76 ist mit der Fläche 37 der Glocke 36 an einer an die Progressivitätsfläche 62 angrenzenden Position verschweißt. Wie in Fig. 14 gezeigt, werden im Betrieb die Teilbunde 76 in einem ringförmigen Aufnahmesitz 80 mit entsprechendem Profil aufgenommen, der zwischen dem Zylinderkopf 23 und dem Bund 33 des Mantels 3 vorgesehen ist.
Darüber hinaus ist der Massenausgleich von einer Ebene zur nächsten nicht mehr durch die Veränderung der radialen Tiefe der Aussparung 67 verwirklicht. Statt dessen besitzt die Aussparung 67 eine konstante radiale Tiefe, die im Hinblick auf den geringstmöglichen Widerstand, den die Glocke 36 gegenüber der Explosionswirkung aufgrund des Drucks in der Verbrennungskammer aufweisen soll, maximal ist. Das Gleichgewicht von einer Ebene zur nächsten wird hierbei durch die Veränderung des Winkels verwirklicht, entlang dem sich die Aussparung 67 um die Achse XX' erstreckt. In Fig. 17 ist der theoretische Umriß der Aussparung 67 in der die Verbrennungskammer innen begrenzenden Fläche im ausgesparten Bereich dargestellt. Selbstverständlich ist der Aussparungswinkel in jeder zur Achse XX' senkrechten Ebene, beispielsweise der Winkel A in einer gegebenen Ebene, von der durch die Achse XX' verlaufenden Symmetrieebene XV-XV des Ausschnittes 51 in zwei gleiche Teile unterteilt.
Gemäß einer weiteren Besonderheit dieser Ausführungsform ist der Flächeninhalt, mit dem die Aussparung 67 in die Progressivitätsfläche 62 mündet, so festgelegt, daß das Druckgleichgewicht auf den Kolben 1 und auf die Glocke 36 so gewährleistet ist, daß jegliches Kippmoment auf diese Elemente aufgehoben wird. Für dieses Gleichgewicht muß daher in der Glocke 36 kein spezieller Freiraum mehr ausgebildet werden.
In der Ausführungsform von Fig. 18 besitzt die Innenfläche 41 der Glocke 36 in jedem außerhalb des Fensters 51 befindlichen Punkt eine im wesentlichen sphärische Form. Das Massengleichgewicht wird durch die Versetzung des Zentrums C der Kugel in bezug auf die Achse XX' in der der Aussparung 51 entgegengesetzten Richtung verwirklicht. Wenn ein genauerer Massenausgleich gewünscht ist, kann in jeder Ebene die Position des Mittelpunktes des Kreises, der der Schnittlinie der Fläche 41 mit der betrachteten Ebene entspricht, bestimmt werden.
Kraft dieser allgemeinen oder von einer Ebene zur nächsten festgelegten Versetzung, ist die Achse der konischen Fasenfläche 63 ebenfalls auf entsprechende Weise versetzt, was zum Gleichgewicht der Kippmomente auf den Kolben und auf die Glocke beiträgt. Dieses Gleichgewicht kann verfeinert werden, indem die Achse der Fasenfläche in bezug auf die Achse XX' leicht geneigt wird.
Diese Ausführungsform ermöglicht es, für die Verbrennungskammer 26 ungeachtet der Gleichgewichtsanforderungen eine sehr homogene Form beizubehalten.
In der Ausführungsform der Fig. 19 wird die Fläche 62 von einer Platte 81 gebildet, die zwischen den Mantel 3 und den Zylinderkopf 23 eingefügt ist. Die Platte 81 umfaßt eine kreisförmige Bohrung 82, durch die die Kammer 26 mit der Arbeitskammer 22 in Verbindung steht. Die Bohrung 82 ist auf der Seite der Glocke 36 durch eine Gegenbohrung 83 vergrößert, in der eine Unterkante 84 der Glocke 36 geführt wird, wobei sich der untere Rand um den gesamten Umfang der Glocke erstreckt und insbesondere nicht durch das Fenster 51 unterbrochen ist.
Die Gleichgewichtsaussparung 67 ist von dem mit Bezug auf die Fig. 7 bis 11 beschriebenen Typ, in dem Sinn, daß ihre radiale Tiefe von einer Ebene zur nächsten festgelegt wird und daß ihre Abmessung in Umfangsrichtung in jeder der Ebenen 180º beträgt. In dieser Ausführungsform ist die radiale Dicke der Glocke geringer als in den vorhergehenden Ausführungsformen, derart, daß die wegen des Fensters 51 nicht vorhandene Materialmasse geringer ist, so daß folglich die radiale Tiefe der Aussparung 67 ebenfalls geringer ist. Die Progressivitätsfläche 62 besitzt eine radiale Abmessung, die um die Achse XX' stets gleich ist, derart, daß gegenüber den Kippmomenten keinerlei Kompensation erforderlich ist.
Die im Betrieb von der Glocke aufgenommene axiale Kraft ist geringer als in den vorhergehenden Ausführungsformen, weil der Druck in jedem Zeitpunkt auf die Glocke nur über den um den Flächeninhalt der Progressivitätsfläche 62 verringerten Flächeninhalt des Querschnittes des Zylinders 2 wirkt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen und dargestellten Beispiele beschränkt.
Insbesondere könnte die Kerze im Zylinderkopf an einer Position fest angebracht werden, die vom Fenster 50 in dem für die Zündung günstigen Zeitpunkt freigegeben wird.
Andererseits könnten die Glocke n Fenster und der Zylinderkopf n Einlaßfenster und n Auslaßfenster aufweisen, während die Rotationsgeschwindigkeit der Glocke, etwa 36, im Zylinderkopf, etwa 23, gleich der Rotationsgeschwindigkeit der Welle, etwa 48, dividiert durch 2n ist. Wenn mehr als ein Fenster, etwa 51, vorgesehen sind, sind diese Fenster darüber hinaus identisch und in Umfangsrichtung um die Achse XX' gleichmäßig verteilt. Es ist daher nicht mehr notwendig, um die Achse XX' Massenausgleichsmittel und Mittel zur Aufhebung der Kippmomente um die zur Achse XX' senkrechten Achsen vorzusehen.
Selbstverständlich ist die Erfindung auf andere Motortypen als den Trommel-Motor anwendbar, insbesondere auf Motoren mit Pleuel-Kurbel-System.

Claims

1. Motor mit interner Verbrennung und wenigstens einem Zylinder (2), worin zwischen einem Kolben (1), der zwischen einem sogenannten oberen und einem sogenannten unteren Totpunkt hin und her beweglich ist und über einen Bewegungsumformungsmechanismus (7) mit einer Ausgangswelle (6) verbunden ist, und einem Zylinderkopf (23) eine Arbeitskammer (22) enthalten ist, wobei der Zylinderkopf (23) mit einer Einlaßöffnung (27), einer Auslaßöffnung (28) und einer Verschlußglocke (36) versehen ist, wovon eine Außenfläche an eine dem Zylinderkopf (23) zugehörige komplementäre Innenfläche angrenzt, wobei die Arbeitskammer (22) auf eine Verbrennungskammer (26) reduziert ist, die zwischen einer Innenfläche (41) der Glocke (36) und dem Kolben (1) definiert ist, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, wobei der Motor außerdem versehen ist mit Verbrennungserzeugungsmitteln (58) und Mitteln (42, 46 bis 48) zum Antreiben der Glocke (36) um eine Achse (XX'), in bezug auf die die Form der Außenseite (37) der Glocke (36) rotationssymmetrisch ist, derart, daß die Arbeitskammer (22) über ein Fenster (51) der Glocke (36) mit den Öffnungen selektiv verbunden wird, wobei die Arbeitskammer (22) entlang der Begrenzungslinie der Innenfläche (41) der Glocke durch eine Fläche (62) progressiver Druckentlastung begrenzt ist, die zum Kolben (1) weist und an den Kolben angrenzt, wenn sich der Kolben (1) in seinem oberen Totpunkt befindet, derart, daß die Oberfläche des Kolbens, die dem Gasdruck ausgesetzt ist, eingeschränkt ist, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächeninhalt der Progressivitätsfläche (62) um die Zylinderachse (XX') so aufgeteilt ist, daß jegliches Kippmoment, das auf den Kolben (1) um jede zur Achse (XX') des Zylinders (2) senkrechte Achse wirkt, im wesentlichen beseitigt wird, wenn sich der Kolben (1) im oberen Totpunkt befindet, daß die Glocke (36) um ihre Rotationsachse (XX') Massenausgleichsmittel (67) aufweist und daß die Innenfläche der Glocke (36) einen Bereich mit der allgemeinen Form einer sphärischen Zone aufweist.

2. Motors gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Progressivitätsfläche (62) von der Glocke (36) getragen wird.

3. Motor gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke eine Fasenfläche (63) aufweist, die die Progressivitätsfläche (62) mit der die Verbrennungskammer (26) begrenzenden Innenfläche (41) verbindet.

4. Motor gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, das das Fenster (51) ein in der Progressivitätsflache (62) ausgebildeter bogenförmiger Ausschnitt ist und das die Progressivitätsflache (62) wenigstens einen Druckausgleichs- Freiraum (67,72) aufweist, derart, das jegliches Kippmoment, das auf den Kolben (1) um jede zur Achse (XX') des Zylinders (2) senkrechte Achse wirkt, im wesentlichen beseitigt wird, wenn sich der Kolben (1) im oberen Totpunkt befindet.

5. Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, das das Fenster (51) ein in der Progressivitätsfläche (62) ausgebildeter Ausschnitt ist und das die Verbrennungskammer (26) in bezug auf die Achse (XX') des Zylinders (2) in der zum bogenförmigen Ausschnitt (51) entgegengesetzten Richtung versetzt ist.

6. Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, das die Massenausgleichsmittel eine Aussparung (67) umfassen, die in der die Verbrennungskammer (26) begrenzenden Innenwand (41) der Glocke (36) ausgebildet ist.

7. Motor gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das in jeder zur Drehachse der Glocke senkrechten Ebene eine Abmessung (A) der Aussparung (67) so bestimmt ist, das die Massen in dieser Ebene ausgeglichen sind.

8. Motor gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, das das Fenster (51) ein in der Progressivitätsfläche (62) ausgebildeter Ausschnitt ist und das die Aussparung (67) der Innenwand (41) der Glocke (36) in die Erhöhungsfläche (62) mündet, derart, daß jedes Kippmoment, das auf den Kolben (1) um jede zur Achse (XX') des Zylinders (1) senkrechte Achse wirkt, im wesentlichen beseitigt wird, wenn sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet.

9. Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (64,76) zum Führen der Glocke (36), die einen Umfangsrand der Glocke (36) relativ zum Zylinder (2) positionieren.

10. Motor gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das die Mittel (64, 76) zum Führen der Glocke (36) als Dichtungsmittel zwischen der Arbeitskammer (22) einerseits und einem Spalt zwischen dem Zylinderkopf (23) und der Verschlußglocke (36) andererseits ausgebildet sind.