DE4039372A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents
BrennkraftmaschineInfo
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- DE4039372A1 DE4039372A1 DE19904039372 DE4039372A DE4039372A1 DE 4039372 A1 DE4039372 A1 DE 4039372A1 DE 19904039372 DE19904039372 DE 19904039372 DE 4039372 A DE4039372 A DE 4039372A DE 4039372 A1 DE4039372 A1 DE 4039372A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehzylindermaschine mit
einem drehbaren Zylinder, dessen Kolben seine Schubkraft
auf eine außerhalb des Zylinders befindlichen Kurbel
überträgt.
Bereits seit Anfang dieses Jahrhunderts sind Brennkraft
maschinen bekannt, die erstmals bewegliche, umlaufende
Zylinder aufwiesen und die deshalb Umlaufmotoren
genannt wurden.
Bei den bekannten Umlaufmotoren laufen im Gegensatz zu
den klassischen Hubkolbenmotoren (Standmotoren), bei
denen das Kurbelgehäuse und die Zylinder feststehen, die
Zylinder auf einer Bahn um eine feststehende, außerhalb
der Zylinder befindlichen Achse, die in der Regel die
Kurbelwelle darstellt, um (s. Giger: Kolben-Flugmotoren,
Motorbuch-Verlag, Stuttgart 1986).
Die Drehkraft an den umlaufenden Zylindern, hervorgerufen
durch den Seitendruck der Kolben oder zusätzlich mit
einer Kurbelwelle, deren Zahnradübersetzung den Zylinder
umlauf unterstützt, fiel jedoch gering aus.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraft
maschine zu entwickeln, die einen besseren Wirkungsgrad
erzielt, bei einem relativ einfachen konstruktiven
Aufbau.
Dieses Ziel wird erreicht, indem die Kolbenkraft auf
einen Kurbelarm übertragen wird, der größer ist als dies
normalerweise einem Kurbelarm eines stehenden gleich
hubigen Hubkolbenmotores entspricht, und bei dem gleich
zeitig im Bereich des oberen Verbrennungsdruckes ein
größerer Kurbeldrehwinkel zustande kommt, mit dem ein
größeres Drehmoment erreicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
ein Zylinder durch beidseitig an dem Zylinder angeord
neten Zylinderwellen, drehbar um eine Achse, gelagert
ist, daß der im Zylinder bewegbare Kolben auf einem
querstehenden Kolbenträger verankert ist, der durch einen
oder mehrere Schlitze, in der unteren Zylinderhälfte, an
dem Zylinder herausragt und in einer Gleitschiene geführt
an einem Kurbelarm angelenkt ist, daß der Kurbelarm
drehbar um eine Achse mit einem Kurbellager gelagert ist,
das versetzt zu der Zylinderwelle auf einem Zylinder
lagerbock angeordnet ist, daß ein Abtriebsrad fest auf
dem Kurbellager aufsitzt und ein Vorgelegewellenrad
mittreibt.
Eine andere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß
an dem Kolben eine Kolbenstange befestigt ist, die durch
ein verschlossenes Zylinderende geführt ist, aus diesem
herausragt und daran der Kolbenträger verankert ist, der
beidseitig am Zylinder hochgezogen, in verlängerten
Gleitschienen am Zylinder geführt ist, und beidseitig
mit einem Überbrückungsarm verbunden an dem Kurbelarm
angelenkt ist.
Einzelne Zylindereinheiten sind in Reihe und/oder
umfangsverteilt an einer Vorgelegewelle angeordnet und
bilden somit eine mehrzylindrische Drehzylindermaschine.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Zufuhr des
Kraftstoffes oder des Kraftstoff-Luftgemisches zu dem
Zylinder und die Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem
Zylinder durch die sich drehenden hohlen Zylinderwellen
erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß die Abfuhr
der Verbrennungsgase aus dem Zylinder über Leitschaufeln
erfolgt, die dadurch die Zylinderdrehung unterstützt.
Eine wirkungsvolle Versorgung des Zylinders mit
Frischluft wird durch einen, mit dem Zylinderkopf
mitschwenkenden, Lufttrichter erreicht.
Der Ventilsteuermechanismus und eine Kraftstoffpumpe
kann, bei der Zylinderdrehung, durch Auflaufen an
kreisbogenförmigen Laufschienen getätigt werden, dabei
kann durch eine Verschiebung und Streckung der Lauf
schienen eine Betriebsanpassung erfolgen, deren Ablauf
durch eine Zwangssteuerung sichergestellt werden kann.
Durch die Art der Erfindung ist auch eine Ventil
steuerung durch Auflaufen des Ventilsteuermechanismus
auf einem stehenden Nocken größeren Durchmessers
zu erreichen.
In einfacher Weise steuert eine Nockenwelle am Zylinder
kopf die Ventile, indem deren Nockenwellenrad an einem
Standrad abläuft.
Eine Isolierbuchse als Wärmebrücke auf der hohlen
Auslaß-Zylinderwelle schützt das Lager vor Überhitzung.
Zur Stabilisierung der aufgeschlitzten Zylinderwände und
als Zylinderausgleichgewicht trägt eine Zylindermutter
bei.
Das einseitige Gewicht von Kolben und Kurbelarm am
Kurbellager gleicht ein Gegengewicht aus.
Zur Verhinderung von Ölansammlung und Überhitzung im
Kolbeninnenraum ist es zweckmäßig eine Trennwand mit
Kühlrippen einzufügen.
Mit einer Labyrinthabdichtung wird die reibungsfreie
Trennung der Schmierstellen von den Kühlflächen des
Zylinders und der Auspuffableitung vollzogen.
Zu einer besseren Zylinderfüllung trägt ein steuerbarer
Auspuff-Rückstau bei.
Durch eine Abstandsverstellung des Kurbellagers zur
Zylinder-Achse, mit einem exzentrischen Lagerring,
wird der Hub des Kolbens geändert.
Mit einer gesonderten Lagerung des Abtriebsrades und
deren flexiblen Antrieb durch die Kurbel ist das
Abtriebsrad unabhängig von einer gleichachsigen
Lagerung mit dem Kurbellager.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß eine größere Wirtschaftlichkeit
und ein ruhiger Lauf gegenüber einem klassischen
Hubkolbenmotor gegeben ist.
In den folgenden Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele
von Drehzylindermaschinen dargestellt, die näher
beschrieben werden.
Es zeigen
Fig. 1 und 2 verschiedene schematische Schnitte durch
eine erfindungsgemäße
Drehzylindermaschine,
Fig. 3 bis 8 schematische Schnittdarstellungen durch
eine Drehzylindermaschine in unterschied
lichen Zylinderstellungen während einer
Zylinderdrehung,
Fig. 9 bis 14 Kräfteparallelogramme eines klassischen
Hubkolbenmotors und einer Drehzylinder
maschine in vergleichender Darstellung,
Fig. 15 und 16 schematische Schnitte durch ein
Ausführungsbeispiel für eine
Zweitaktmaschine mit Kolbenstange,
Fig. 17 und 18 die schematische Anordnung von mehreren
Zylindereinheiten, die umfangsverteilt
und in Reihe an einer Vorgelegewelle
angeordnet sind,
Fig. 19 und 20 schematische Schnitte durch ein
Ausführungsbeispiel für eine
Zweitaktmaschine,
Fig. 21 einen schematischen Schnitt nach der
Linie A-A der Fig. 19,
Fig. 22 die Seitenansicht einer Ventilsteuerung
an einem Laufschienenende mit
Zwangssteuerung,
Fig. 23 einen schematischen Schnitt nach der
Linie B-B der Fig. 22,
Fig. 24 die Draufsicht auf eine, in einem
Schienenbett geführte, streckbare
Laufschiene,
Fig. 25 und 26 schematische Schnitte durch ein
Ausführungsbeispiel für eine
Viertaktmaschine,
Fig. 27 einen schematischen Schnitt durch ein
Ausführungsbeispiel einer
Zweitaktmaschine mit Auslaßschlitzen
und einer Kolbenhub-Stelleinrichtung
nach der Linie A-A der Fig. 28,
Fig. 28 einen schematischen Schnitt nach der
Linie B-B der Fig. 27,
Fig. 29 die Auspuffrückstau-Vorrichtung nach der
Linie C-C der Fig. 27 bei einer
Zylinderdrehung von 139°,
Fig. 30 ein Ausführungsbeispiel eines flexiblen
Antriebs für das Abtriebsrad nach der
Linie D-D der Fig. 27,
Fig. 31 das Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung für die Kolbenhubveränderung
nach der Linie E-E der Fig. 27,
Fig. 32 das Ausführungsbeispiel der Fig. 31
bei einer Drehung des exzentrischen
Lagerringes um 90°.
Die schematischen Schnittdarstellungen der Fig. 1 und 2
zeigen eine Drehzylindermaschine gemäß der Erfindung in
der Stellung des Zylinders 1, bei der der Kolben 3 sich
im oberen Totpunkt befindet.
Der Zylinder 1 ist beidseitig mit den Zylinderwellen 2a,
2b drehbar um die Achse 2, in dem Zylinderlager a und
dem Zylinderlagerbock b, gelagert.
Der Kolben 3 ist auf einem Kolbenträger 5 verankert, der
die Schubkraft des Kolbens 3, durch einen Schlitz in der
unteren Zylinderhälfte, an den Kurbelarm 8 überträgt.
Der Kolbenträger 5 ist mit Gleitflächen versehen und
damit in den Gleitschienen 7 geführt, die längsseitig an
der äußeren Zylinderwand angebracht sind, die auch als
Rollenbahnen ausgebildet sein können. Die Gleitschienen 7
übernehmen den Druck für die Drehung des Zylinders 1 um
seine Achse 2 sowie die Führung des Kolbens 3.
Der Kolbenträger 5 ist, in der Achse 6a, an dem
Kurbelarm 8 angelenkt, der in einem Kurbellager 9 auf
dem Zylinderlagerbock b drehbar, um die Achse 9a,
gelagert ist, die exzentrisch oder versetzt zu der
Achse 2 angeordnet ist, wie aus dem Schnitt A-A
von Fig. 1 in Fig. 2 hervorgeht.
In der oberen Totpunktstellung liegen die Achsen 9a, 2
und 6a auf einer gemeinsamen Senkrechten (Fig. 2).
Der Abstand der Achse 9a bis zur Achse 2 ist mit r
angegeben und entspricht dem Aktionsradius des Kolbens 3
(ist gleich dem halben Kolbenweg).
Der Abstand der Achsen 9a bis 6a ist mit h bezeichnet
und entspricht der Länge des Kurbelarmes 8.
Mit dr ist der sich, bei der Drehung des Zylinders 1 und
des Kurbelarmes 8, fortlaufend verändernde Abstand der
Achsen 2 und 6a bezeichnet; dr ist am kleinsten, wenn
der Kolben 3 sich im oberen Totpunkt befindet; dr ist am
größten, wenn der Kolben 3 sich im unteren Totpunkt
befindet, wie beispielsweise in Fig. 6 und 7 dargestellt
ist und später noch besprochen wird.
Wie weiter aus Fig. 1 hervorgeht ist auf dem Kurbellager 9
ein Abtriebsrad 12 befestigt, das von dem Kurbelarm 8
mitgetrieben wird und beispielsweise als Zahn-oder
Kettenrad ausgebildet ist. Das Abtriebsrad 12 überträgt
die erzeugte Drehkraft auf ein Vorgelegewellenrad 13.
Eine feststehende Kraftstoffleitung 1 ist abgedichtet
in der sich drehenden Zylinderwelle 2b eingelagert und
führt, wie in Fig. 1 gezeigt, den Kraftstoff dem Zylinder
1 zu. Eine Kraftstoffpumpe versorgt zum Beispiel, eine
Einspritzdüse mit dem nötigen Betriebsdruck (in der
Zeichnung nicht dargestellt).
Ein am Zylinderkopf mitdrehender Lufttrichter t versorgt
den Zylinder 1 mit Frischluft.
Durch die Drehung des Kurbelarmes 8, der Kolbenbrücke 5
und des Kolbens 3 um die Achse 9a wird eine Unwucht an
dieser hervorgerufen, die von einem Gegengewicht gw
ausgeglichen wird.
Damit sich kein Motoröl, bei der Drehung des Kolbens 3
um die Achse 9a, im Kolbeninnenraum unter dem Kolbenboden
ansammelt und dadurch eine zusätzliche Unwucht verursacht,
ist der Kolbeninnenraum mit einer Trennwand tw, unterhalb
der Achse 9a, versehen, so daß das Motoröl abgeschleudert
wird. Zur Vermeidung von Überhitzung des Kolbenbodens
ist dieser mit Kühlrippen versehen, die bis über die
Trennwand tw reichen können.
Eine Unwucht des Zylinders 1 wird mit einer Zylinder
mutter m als Ausgleichgewicht, die gleichzeitig zur
Stabilisierung der aufgeschlitzten Zylinderwand dient,
aufgehoben.
Die Steuerung der Ventile 10 sowie die Betätigung einer
Kraftstoffpumpe wird durch Auflaufen an kreisbogen
förmigen Laufschienen 11 erreicht.
Der Auslaß der Verbrennungsgase aus dem Zylinder 1
erfolgt, nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1, durch
die als Hohlwelle ausgebildete Zylinderwelle 2a, auf ihr
ist eine Isolierbuchse als Wärmebrücke wb aufgesetzt, die
das Zylinderlager a vor Überhitzung schützt.
Der Arbeitsvorgang kann der gleiche sein wie bei allen
klassischen Hubkolbenmotoren; lediglich die Kraftüber
tragung zwischen Kolben 3 und Kurbel 8 und deren
Weitergabe ist anders.
Wird der Kurbelarm 8 gedreht, dann drückt dieser den
Zylinder 1 mit einer Hebelwirkung, der dem Abstand dr
entspricht, an der Gleitbahn 7 um die Achse 2.
Die bei der Drehung der Zylindermasse aufgewendete
Energie wird, nach Beendigung der Expansionsarbeit zur
weiteren Drehung des Kurbelarmes 8 zurückgegeben, der
über die Kolbenbrücke 5 den Kolben 3 zur Verdichtungs
arbeit drückt.
Während der Drehung des Zylinders 1 kommt dieser in
unterschiedliche Winkelstellungen zum Kurbelarm 8, die
auch von der Länge des Kurbelarmes 8 abhängig ist.
Je kürzer dieser ist, aber immer länger als der Achsen
abstand r, um so eher wird ein größerer Kurbeldrehwinkel
nach dem oberen Totpunkt erreicht, bei einem kürzeren
Expansionsweg, und somit höherem Verbrennungsdruck, mit
dem der Kurbelarm 8 gedreht wird.
In den schematischen Schnittdarstellungen von Fig. 3 bis
8 sind Momentaufnahmen von Zylinder und Kurbelarm
stellungen während einer vollständigen Drehung des
Zylinders 1 um 360° gezeigt.
In Fig. 3 hat sich der Zylinder 1 aus der Ausgangsstellung
um ca. 45°, der Kurbelarm 8 nur um 17° gedreht. Nach
einer Drehung des Zylinders 1 um 90° (Fig. 4) beträgt der
Drehwinkel des Kurbelarmes 8 ca. 48; bei 140° Zylinder
drehung hat sich der Kurbelarm 8 um ca. 115° weiter
gedreht (Fig. 5). Nach Erreichen des unteren Totpunktes
gemäß Fig. 6 und 7 beträgt der Drehwinkel für Zylinder 1
und Kurbelarm 8 gleichermaßen 180°, die drei Achsen 6a,
2 und 9a befinden sich auf einer gemeinsamen Senkrechten
und der Achsenabstand dr ist am größten. Außerdem ist in
Fig. 6 und 7 zu erkennen, daß im unteren Totpunkt die
Ventile 10, durch Auflaufen auf der Laufschiene 11,
geöffnet sind, daß das Kraftstoff-Luftgemisch in den
Zylinder 1 strömt und daß die Öffnung der Zylinderaus
laßwelle 2a von dem Kolben 3 freigegeben ist.
Wie schließlich aus Fig. 8 hervorgeht, ist der Kurbelarm 8
bei einer Drehung des Zylinders 1 um 280°, bereits auf
ca. 327° vorgeeilt. Zylinder 1 und Kurbelarm 8 erreichen
nach 360° gemeinsam wieder ihre Ausgangsstellung.
Auf dem Weg zum unteren Umkehrpunkt eilt der Zylinder 1
dem Kurbelarm 8 voraus. Nach Überschreiten des unteren
Umkehrpunktes kehren sich die Verhältnisse um.
Aus den Fig. 3 bis 8 läßt sich auch die Längenänderung des
Hebelarmes dr, der durch den Abstand der Achsen 2 bis 6a
bestimmt ist, mit fortschreitender Zylinderdrehung gut
erkennen. Sein Abstand vergrößert sich von einem konstruk
tiv vorgegebenen Minimalwert im oberen Totpunkt des
Kolbens 3 bis auf einen Maximalwert im unteren Totpunkt
des Kolbens 3 und geht dann mit weiterer Zylinderdrehung
wieder auf seinen minimalen Ausgangswert zurück.
Infolge der sich ständig ändernden Winkelstellung des
Kurbelarmes 8 gegen die schwerere Masse des Zylinders 1
führt das Kurbellager 9 bzw. Abtriebsrad 12, bei einer
Zylindereinheit, eine ungleichmäßige Drehbewegung aus,
die durch das Anbringen eines Übergewichtes auf der
Abtriebsseite sich ins Gegenteil überführen läßt.
Bei dem Eingriff von mehreren Zylindereinheiten an einer
Vorgelegewelle 14 paßt sich ein Gleichlauf an.
In den Fig. 9 bis 14 sind in vergleichender Darstellung
Kräfteparallelogramme eines klassischen Hubkolbenmotors
mit einem Kurbel-Pleuelstangenverhältnis von 1 : 3 (Fig. 9
und 12) sowie einer erfindungsgemäßen Drehzylinder
maschine mit einem kurzen Kurbelarm 8 (Fig. 10 und 13) und
einer Drehzylindermaschine mit einem langen Kurbelarm 8
(Fig. 11 und 14) aufgeführt.
Der Kolbenweg ist in den Darstellungen Fig. 8, 10 und 11
der gleiche, und zeigt, daß in Fig. 10 ein größeres
Kräfteparallelogramm, multipliziert mit dem etwas
größeren Kurbelarm 8, ein um ca. 45% höheres Drehmoment
als in Fig. 9 aufweist. In Fig. 11 entsteht ein viel
kleineres Kräfteparallelogramm, jedoch multipliziert mit
dem langen Kurbelarm 8 wird ein um ca. 10% höheres
Drehmoment als in Fig. 8 erreicht.
In der Fig. 12 erreicht der klassische Hubkolbenmotor sein
größtes Kräfteparallelogramm, und bei gleichen Kolben
wegen fällt das Drehmoment in Fig. 13 schon etwas geringer
aus als in Fig. 12, während in Fig. 14 das Drehmoment
annähernd gleich dem in Fig. 12 ist.
Ein Ausführungsbeispiel für eine Zweitaktmaschine mit
Vorverdichtung im unteren Kolbenraum ist in Fig. 15 und
16 dargestellt. Darin ist der Kolben 3 mit einer
Kolbenstange 4 versehen, die geführt und abgedichtet aus
dem verschlossenen Zylinderende herausführt. Hier ist an
der Kolbenstange 4 der Kolbenträger 5 befestigt, der
beidseitig am Zylinder 1 hochgezogen, in verlängerten
Gleitschienen 7 geführt ist und beidseitig mit einem
Überbrückungsarm 5a verbunden an dem Kurbelarm 8
angelenkt ist. Der Kurbelarm 8 ist durch das Kurbellager
8 auf dem Zylinderlagerbock b, seitlich versetzt zur
Zylinderwelle 2b, gelagert.
Durch die hohle Zylinderwelle 2a wird über selbst
steuernde Lamellen la im unteren Zylinderraum das Kraft
stoff-Luftgemisch angesaugt und im bekanntem Zweitakt
verfahren dem Arbeitsprozeß zugeführt.
In relativ einfacher Weise kann dabei der Kolben 3 als
Stufenkolben ausgebildet werden, der ein größeres Volumen
vorverdichtet.
Einzelne Zylindereinheiten können umfangsverteilt, wie in
Fig. 17 als Beispiel mit drei Zylindereinheiten gezeigt,
angeordnet sein, die auch nebeneinander an einer
Vorgelegewelle 14, im Baukastenverfahren, vermehrt
einsetzbar sind. Die Fig. 18 zeigt die Anordnung
einzelner Zylindereinheiten in Reihe an einer
Vorgelegewelle 14.
In den Fig. 19 bis 21 ist als Ausführungsbeispiel eine
erfindungsgemäße Drehzylindermaschine als Zweitakter
dargestellt.
Der Kolben 3 ist mit einem zweiarmigen Kolbenträger 5
versehen (Fig. 20), der durch Schlitze zur Zylinderaußen
wand führt und hier jeweils mit einer Führungsstange fs
versehen ist, die in Gleitschienen 7 geführt sind, und
die den Druck für die Drehung des Zylinders 1 übernehmen
und dem Kolben 3 eine gradlinige Führung geben.
Einen Vorteil zeigt die Abführung der Verbrennungsgase
aus dem Zylinderkopf, wo nach dem Öffnen der Ventile 10
die Verbrennungsgase beim Durchströmen von Leitschaufeln
ls, zusätzlich begünstigt durch die Fliehkraft, die
Zylinderdrehung unterstützt wie Fig. 21, nach der Linie
A-A der Fig. 19, während des Auspuffvorganges veran
schaulicht. An den Leitschaufeln ls sind beidseitig
kreisrunde Scheiben da angebracht, die auch den Zylinder
1 seitlich einschließen und die mit Luftdurchlässen für
die Zylinderkühlluft versehen sind. Eine Ummantelung
zwischen den ersten beidseitigen Scheiben da ist an den
Leitschaufeln ls, für den Auspuff durchbrochen.
Zwischen mehrschichtigen Scheiben da sind Scheibenringe
db eingesetzt, die an der Gehäuseummantelung befestigt
sind und so, während der Drehung, eine berührungsfreie
Labyrinthabdichtung d bewirken. Bei Stillstand schließt
eine Rückfallklappe rk (Fig. 21) das Auspuffrohr ar, damit
ein Zurückströmen der Auspuffgase durch die Labyrinth
abdichtung d verhindert wird.
Wie weiter aus Fig. 18 und 20 ersichtlich, ist die
Kurbelseite der Drehzylindermaschine ebenfalls mit einer
Labyrinthabdichtung d versehen. Sie soll verhindern, daß
Spritzöl von den Kurbelteilen, des Kolbens 3 und des
Ventilmechanismus an die auspuffseitige Labyrinthabdich
tung d gelangt bzw. in den Kühlluftstrom des mit Kühl
rippen kr versehenen Zylinders 1, der durch seine Drehung
die Kühlluft ansaugt und zwischen den Kühlrippen kr nach
außen schleudert, wie durch Pfeile kl angedeutet ist.
Durch eine schnelle Entleerung des Zylinders 1 über Nur-
Auslaßventile 10 ist auch ein schnelles Einströmen durch
Zylindereinlaßschlitze es, mit Spülluft und z. B. nachfol
gendem Kraftstoff-Luftgemisch mit Gebläse-Unterstützung,
durch die hohle Zylinderwelle 2a gewährleistet.
Die Betätigung des Ventilsteuermechanismus erfolgt in dem
Ausführungsbeispiel dieses Zweitakters durch Auflaufen
einer mit dem Zylinderkopf mitdrehenden Rolle ro oder
einem Gleitstück an der Laufschiene 11. Dabei kann mit
einer verhältnismäßig einfachen, automatisch abzustim
menden Betriebsanpassung der Ventilsteuerzeiten eine
verlängerte Zylinderspülung zur Zylinderinnenkühlung
genutzt und gesteuert werden.
Ein Ausführungsbeispiel für die Betätigung des Ventil
steuermechanismus, die den Betriebsbedingungen angepaßt
werden kann, ist in Fig. 22 bis 24 aufgeführt.
Dabei stellt Fig. 22 eine Seitenansicht dar, die Fig. 23
eine schematische Schnittdarstellung nach der Linie B-B
der Fig. 22, die Fig. 24 eine Draufsicht auf die
Laufschiene 11.
In der Fig. 22 ist ein Teil der Laufschiene 11 mit einer
Zwangssteuerschiene 11a in der Stellung dargestellt, die
ungefähr der Drehung des Zylinders 1 entspricht, bei der
die Ventile 10 schließen. An einer am Zylinderkopf
angebrachten Halterung ht ist ein Rollenführungsgelenk rg
angebracht, an dem die Rolle ro und die Rolle rz drehbar
eingesetzt sind. Das Rollenführungsgelenk rg ist in
seiner Schwenkbarkeit durch zwei Anschläge a1 und a2
begrenzt. Anschlag a1 verhindert, daß das oder die
Ventile 10, bei dem schnellen Auflaufen der Rolle ro auf
die Laufschiene 11, zu weit durchschlagen. Anschlag a2
soll Zugkräfte an den Ventilschäften verhindern, die durch
Fliehkräfte und das schnelle Zuschlagen, der mitdrehenden
Ventilsteuermechanismen, entstehen würden. Am Ende der
Ventilerhebungskurve läuft die Laufschiene 11 aus
(Fig. 22). Das Auflaufen der Rolle ro wird unterbrochen,
während die Rolle rz unter der Zwangslaufschiene 11a die
Ventile 10 bzw. den Ventilsteuermechanismus nur bis zum
Anschlag a2 schließt, ein verbleibendes Toleranzspiel an
den Ventilen 10 kann von schwachen Federn geschlossen
werden.
Die Laufschiene 11 ist mit der Zwangssteuerschiene 11a
verbunden (nicht dargestellt) und in einem Schienenbett
11b verschiebbar. Durch die Längsverschiebung der Lauf
schiene 11 ist eine Einstellmöglichkeit zum früheren oder
späteren Betätigen der Ventile 10 gegeben, die bis zu
einer Einstellung für einen Rückwärtslauf reichen kann.
Die Laufschiene 11 kann streckbar ausgeführt werden
(Fig. 23 und 24), indem sie längsseitig in der Mitte
gespalten und versetzt an jeder Seite getrennt wird.
Dadurch ist sie auseinanderziehbar und auch die Länge
der Ventilöffnungszeit kann eingestellt werden.
Mit der Laufschiene 11, die in der Höhe verstellbar sein
kann, lassen sich auch Pumpen und Zündeinrichtungen
betätigen.
Anstelle der Laufschiene 11 kann auch ein übergroßer
Nocken die Steuerung der Ventile 10 übernehmen (nicht
dargestellt). Dabei kann ein oder zwei gegeneinander
verdrehbare Nocken über einem Zylinderlagergehäuse, der
Zylinderwellen 2a oder 2b, aufgesetzt werden.
Ventilstößel, die am Zylinder 1 geführt sind, gleiten dann,
während der Zylinderdrehung, über den Nocken und
betätigen den Ventilmechanismus.
In den schematischen Schnittdarstellungen der Fig. 25
und 26 ist eine Drehzylindermaschine als Viertakter
dargestellt. Die Ausführung liegt darin, daß eine am
Zylinderkopf angebrachte Nockenwelle n von einem
Nockenwellenrad nr gedreht wird, das bei der Drehung
des Zylinders 1 auf einem Standrad sr abläuft.
Das Nockenwellenrad nr ist bei einem Viertakter doppelt
so groß als das Standrad sr (bei einem Zweitakter gleich
groß) und als Zahn- oder Kettenrad ausgebildet.
Das Standrad sr ist auf dem Zylinderlagergehäuse vom
Zylinderlagerbock b aufgesetzt und kann vor- und zurück
gestellt werden. Die Nockenwelle n betätigt nach
bekannter Weise die Aus-und Einlaßventile 10.
Das Abführen der Verbrennungsgase, die Kühlung des
Zylinders 1 und deren Abkapselung mit Labyrinthabdich
tungen d erfolgt wie in Fig. 18 und 20. Lediglich die
Zufuhr des Kraftstoff-Luftgemisches zu dem oder den
Einlaßventilen 10 wird an der Zylinderwand zum
Zylinderkopf hingeleitet.
In Fig. 27 bis 29 ist eine Drehzylindermaschine als
Zweitaktmaschine dargestellt mit der Besonderheit,
daß bei einem Abführen der Verbrennungsgase durch die
hohle Zylinderwelle 2a in dieser ein Abgasrückstau,
nach folgendem Verfahren, gesteuert wird.
Nachdem der Kolben 3 die Zylinderauslaßschlitze as frei
gibt, strömen die Verbrennungsgase durch den Auspuffkanal
ak und werden seitlich vom Zylinder 1 zu einer Auslaß
öffnung im Auspuffkanal ak umgelenkt, der hier als
Zylinderwelle 2a ausgeführt ist. Über den Auspuffkanal ak
bzw. Zylinderwelle 2a ist ein feststehender,
zylindrischer Auspuffaufsatz z berührungsfrei aufgesetzt
und mit einer Öffnung versehen, an dem ein Auspuffrohr ar
angeschlossen ist. Der Auspuffaufsatz z ist beidseitig
abgedichtet, im Beispiel mit einer Labyrinthabdichtung d.
Während des Auspuffvorganges (Fig. 29, nach der Linie
C-C der Fig. 27) passiert die Auslaßöffnung des
Auspuffkanals ak die Öffnung des Auspuffaufsatzes z und
die Verbrennungsgase können durch das Auspuffrohr ar
entweichen. An dem Auspuffrohr ar ist ein Schieber s
angebracht, der je nach Bedarf mehr oder weniger
geschlossen werden kann und die darunter vorbei drehende
Auslaßöffnung des Auspuffkanals ak früher oder später
abschnürt, so daß es zu einem Rückstau der Verbrennungs
gase bis in den Zylinder 1 kommt.
Der Auslaßöffnung des Auspuffkanals ak ist eine
Entlastungsöffnung nachgeordnet, die erst dann die Öffnung
des Auspuffaufsatzes z passiert, wenn der Kolben 3 die
Auslaßschlitze as geschlossen hat. Der Rückstau kann
sich dann hierdurch entspannen.
In den Fig. 27, 30 bis 32 ist weiterhin aufgeführt, daß sich
die erfindungsgemäße Drehzylindermaschine in seinem
Kolbenhub und damit in seinem Rauminhalt, während des
Betriebes, verändern läßt.
Wie im voraus schon besprochen (Fig. 1 und 2) wird der
Hub des Kolbens 3 von dem Achsenabstand r, ist gleich
dem der Kurbel-Achse 8a bis zur Zylinder-Achse 2,
bestimmt. Dieser Achsenabstand r kann verändert werden,
indem auf dem Sitz des Kurbellagers 8 ein, verstellbarer,
exzentrischer Lagerring x aufgesetzt wird, auf dem dann
das Kurbellager 8 bzw. der Kurbelarm 8 umläuft.
Der Lagerring x ist an seinem äußeren Rand mit einem
Innenzahnkranz versehen, in den ein Zahnrad xz eingreift,
das von einer, im Zylinderlagerbock b, gelagerten Welle
xw gedreht werden kann. Wird das Zahnrad xz gedreht, dann
dreht dieses den exzentrischen Lagerring x (Fig. 32).
Der Mittelpunkt des äußeren Umfanges des Lagerringes x,
auf dem das Kurbellager 8 sitzt, bekommt nun einen anderen
Abstand zur Zylinder-Achse 2 und somit ändert sich auch
der Aktionsradius des Kolbens 3.
Der Kolbenweg kann somit vergrößert oder verkleinert
werden und damit auch das Verdichtungsverhältnis.
Der Vorgang kann während des Betriebes erfolgen und ein
Brennraumdruckindizierer könnte die Steuerung des
Zahnrades xz übernehmen, so daß auch ein mit Kraftstoff-
Luftgemisch beladener Zylinder 1 als selbstzündender
Motor laufen könnte.
Je nach der exzentrischen Stärke und der Stellung des
Lagerringes x verschiebt sich auch der Umkehrpunkt des
Kolbens 3 im Zylinder 1 um ein paar Grad (Fig. 32).
Die Ventilsteuerungseinrichtungen müssen entsprechend
nachgeführt werden.
Dadurch, daß das Kurbellager 9 in seiner Lage verstellt
werden kann, muß ein Abtriebszahnrad 12 einen eigenen
Lagersitz erhalten. Wie in Fig. 30 nach der Linie D-D
der Fig. 27 dargestellt ist, kann das Abtriebszahnrad 12
seitlich der Kurbeleinrichtung, angelehnt, auf dem
Zylinderlagerbock b angeordnet werden. Über eine Klaue ka
wird das Abtriebszahnrad 12 von einem Mitnehmerbolzen bo
mitgedreht. Der ungleiche Lagersitz vom Abtriebszahnrad
12 und Kurbellager 9 kann dadurch überbrückt werden.
Bei einer zu starken Abbremsung oder Blockierung der
Vorgelegewelle 14 kann unter Umständen der Schwung eines
Zylinders 1 einer Überbelastung an der Anbindung des
Kurbelarmes 8 zum Kolbenträger 5 nicht mehr standhalten,
besonders dann, wenn der Kolben 3 sich beim oberen
Umkehrpunkt befindet und die kurze Hebelwirkung dr eine
Abscherung begünstigt. Dieses kann vermieden werden,
wenn an der Vorgelegewelle 14 eine Überlastungskupplung
eingesetzt wird.
Claims (16)
1. Brennkraftmaschine mit einem Zylinder und darin
sich bewegenden Kolben, wobei der Zylinder
drehbar angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drehzylindermaschine aus
einem Zylinder (1) besteht, der beidseitig mit den
Zylinderwellen (2a, 2b) drehbar um eine Achse (2)
gelagert ist, daß der im Zylinder (1) bewegbare
Kolben (3) auf einem querstehenden Kolbenträger (5)
verankert ist, der durch einen oder mehrere Schlitze
in der unteren Zylinderwand, außerhalb des Zylinders
(1) mit Führungsstangen (fs) in Gleitschienen (7)
geführt ist und an einem Kurbelarm (8) angelenkt ist
und diesen antreibt, der wiederum über den Kolben
träger (5) an den Gleitschienen (7) den Zylinder (1)
mitdreht und diesen zu einer Winkelstellung zum
Kurbelarm (8) bringt, der auf einem Zylinderlagerbock
(b) mit einem Kurbellager (8) um die Achse (8a)
drehbar gelagert ist, die versetzt zur Achse (2)
angeordnet ist und daß ein mit dem Kurbellager (9)
verbundenes Abtriebsrad (12) ein Vorgelegewellenrad
(13) antreibt.
2. Drehzylindermaschine nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kolben (3) mit einer Kolben
stange (4) versehen ist, die durch ein abgeschlossenes
Zylinderende hinausgeführt mit einem Kolbenträger (5)
verankert ist, der beidseitig am Zylinder (1) hochge
zogen in verlängerten Gleitschienen (7) geführt ist
und mit einem Überbrückungsarm (5a) am Kurbelarm (8)
angelenkt ist.
3. Drehzylindermaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß einzelne Zylindereinheiten in
Reihe und/oder umfangsverteilt an einer Vorgelege
welle (14) angeordnet sind.
4. Drehzylindermaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Kraftstoffes oder
Kraftstoff-Luftgemisches zu dem Zylinder (1) und die
Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem Zylinder (1)
durch die sich drehenden hohlen Zylinderwellen (2a,
2b) erfolgt.
5. Drehzylindermaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Abfuhr der Verbrennungsgase
aus dem Zylinder (1) durch eine als Leitschaufeln
(ls) gestaltete Auspufföffnung in einer mitkreisenden
auspuffseitigen Zylinderummantelung erfolgt.
6. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein am Zylinderkopf mitschwenkender Lufttrichter
(t) den Zylinder (1) mit Frischluft versorgt.
7. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerung der Ventile (10) und der Kraft
stoffpumpe durch Auflaufen an einer Laufschiene (11)
erfolgt, die den Betriebsbedingungen anpaßbar ist.
8. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine am Zylinderkopf angebrachte Nockenwelle (n)
von einem Nockenwellenrad (nr) angetrieben wird, das
auf einem Standrad (sr) abläuft.
9. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Zylinderwelle (2a) eine Isolierbuchse
als Wärmebrücke (wb) das Zylinderlager (a) vor
Überhitzung schützt.
10. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zylindermutter (m) die Unwucht eines
Zylinders (1) ausgleicht.
11. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Gegengewicht (gw) die Unwucht von Kolben (3)
bis Kurbelarm (8) am Kurbellager (9) ausgleicht.
12. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ölansammlung im Kolbeninnenraum durch eine
Trennwand (tw) verhindert wird.
13 Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß Labyrinthabdichtungen (d) die Kühlflächen des
Zylinders (1) von den Schmierstellen und dem
Auspuff trennen.
14. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein verstellbarer Schieber (s) in einem Auspuff
aufsatz (z) die Spülung des Zylinders (1)
unterbricht.
15. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß durch das Verstellen eines exzentrischen
Lagerringes (x) das Kurbellager (9) mit seiner
Achse (9a) zur Achse (2) verändert wird.
16. Drehzylindermaschine nach einem oder mehreren der
vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kurbellager (9) mit einer flexiblen Dreh
kraftübertragung das Abtriebsrad (12) mitdreht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904039372 DE4039372C2 (de) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Brennkraftmaschine mit einem drehbaren Zylinder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904039372 DE4039372C2 (de) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Brennkraftmaschine mit einem drehbaren Zylinder |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE4039372A1 true DE4039372A1 (de) | 1992-06-11 |
DE4039372C2 DE4039372C2 (de) | 1994-01-27 |
Family
ID=6419985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904039372 Expired - Fee Related DE4039372C2 (de) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Brennkraftmaschine mit einem drehbaren Zylinder |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4039372C2 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4243039A1 (en) * | 1992-12-18 | 1993-07-08 | Stefan Ulbrich | Rotary piston engine with rotating cylinder housing - has outer ring to which piston is attached and which rotates about parallel axis |
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-
1990
- 1990-12-10 DE DE19904039372 patent/DE4039372C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4039372C2 (de) | 1994-01-27 |
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