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Drehkolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung bezieht sich auf Drehkolbenbrennkraftmaschinen
mit mindestens zwei zwangsläufig miteinander verbundenen Drehkolben, deren Zähne
und Zahnlücken miteinander kämmen, und von denen der erste den Kompressions- oder
Ladekolben und der zweite den Expansions- oder Treibkolben bildet. Bei den bekannten
Maschinen dieser Art erfolgt der Übertritt der Ladung aus dem ersten in den zweiten
Zylinder in umständlicher Weise über im Gehäuse angeordnete Kanäle. Demgegenüber
besteht die Erfindung darin, daß im Treibkolben ein Überströmkanal vorgesehen ist,
durch den die verdichtete Ladung aus dem Ladezylinder in den Treibzylinder übertritt.
Hierdurch ergibt sich eine Bauart, bei der die Ladung auf dem kürzesten Wege aus
dem Ladezylinder in den Treibzylinder übertreten kann.
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Es sei bemerkt, daß Treibkolben mit Überströmkanälen bei Brennkraftmaschinen
an sich bekannt sind. Bei der bekannten Bauart tritt aber das Ladegemisch wieder
in denselben Raum (Aussparung im Drehkolben) zurück, also in einen Raum, der in
der Hauptsache, d. h. wenn man von der Wandung des den Drehkolben aufnehmenden Zylinders
absieht, zugleich, Kompressions- und Verbrennungsraum ist. Dieser Umstand ist insofern
nachteilig, als die angesaugten Gase durch Wärmeaufnahme erhitzt werden, wodurch
der Lieferungsgrad und die Kompressionsmöglichkeit sinken. Ein weiterer Nachteil
dieser Bauart liegt' darin, daß sie Rückschfagventile in den Überströmkanälen erfordert.
Weiter sind Brennkraftmaschinen mit hintereinanderliegendem Kompressions- und Treibzylinder
bekannt. Bei dieser bekannten Bauart erfolgt der Übertritt über je einen Kanal in
beiden Kolben unter Vermittlung eines in einem Gehäuseteil liegenden Verbindungskanals
auf verhältnismäßig langem Wege.
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Die Zeichnung bringt zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes;
es zeigt-Abb. i einen abgewickelten Schnitt nach einer gebrochenen Linie, die sich
durch die Achsen der Drehkolben der Maschine des ersten Ausführungsbeispiels bestimmt;
die Abb. 2, q., 5 und 6 sind Schnitte nach der Linie I-I der Abb. i bei verschiedenen
Winkelstellungen der Kolben in Linksansicht, und Abb. 3 ist ein Schnitt nach der
Linie II-TI der Abb. i bei einer von Abb. i abweichenden Kolbenstellung ebenfalls
in Linksansicht; es zeigt weiter Abb. 7 einen Schnitt nach der Linie III-III der
Abb. 3, der Stelle A der Abb. i und 3 in vergrößertem Maßstabe, Abb. 8 die Stelle
A der Abb. 3 in vergrößertem Maßstabe.
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Abb. 9 bis ii sind Schnitte in Linksansicht nach der Linie I-I der
Abb. i bei verschiedenen Winkelstellungen der Kolben, wobei zwei später erwähnte
Maschinenteile eine andere Stellung einnehmen als in den Abb. z bis 6.
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Abb. 12 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i in Linksansicht,
für den im übrigen dasselbe gilt wie für die eben erwähnten Schnitte; es zeigt weiter
Abb.
13 eine der Abb. i des ersten Ausführungsbeispiels entsprechende Darstellung
des zweiten Ausführungsbeispiels in vergrößertem Maßstab, wobei einzelne Teile,
die vor der Zeichenebene liegen, strichpunktiert gezeichnet sind, ' Abb. 14 einen
zusammengesetzten Schnitt nach den Linien IV-IV, VI-VI und VII-VII der Abb.13 in
stärker vergrößertem Maßstab, Abb.15 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Abb.
13 in Linksansicht, wobei einige vor der Schnittebene liegende Teile strichpunktiert
sind, Abb.16 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Abb. 13 in Linksansicht bei
derselben Kolbenstellung, Abb. 17 einen Schnitt nach der Linie V-V der Abb. 13 in
Linksansicht, wobei einige vor der Schnittebene liegende Teile bei einer anderen
Kolbenstellung strichpunktiert gezeichnet sind, Abb.18 einen Schnitt nach der Linie
VIII-VIII der Abb. 13 in Linksansicht, wobei einige vor der Schnittebene liegende
Teile strichpunktiert gezeichnet sind bei der Abb. 17 entsprechenden Kolbenstellung,
Abb. i g einen der Abb. 17 entsprechenden Schnitt bei einer anderen Winkelstellung
der Drehkolben, Abb. 2o einen der Abb, 18 entsprechenden Schnitt, jedoch bei einer
Winkelstellung der Drehkolben, die entsprechend der in Abb. ig dargestellten Winkelstellung
gewählt ist, und Abb.2i einen Teil der Abb. 13 in abermals vergrößertem Maßstab.
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,Bei dem in den Abb. i bis 12 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
ist ein Gehäuse vorgesehen, das im wesentlichen aus drei teilweise ineinander übergehenden
Zylindern 1, 2 und 3 besteht, in denen Drehkolben io, 2o und 30 gelagert
sind, die außerhalb des Gehäuses durch Zahnräder 11, 21 und 31 derartig zwangsläufig
verbunden sind, daß das mittlere Zahnrad 21 des mittleren Drehkolbens 2o mit den
beiden anderen Zahnrädern kämmt. Die durch die Achse des Zylinders 2 einerseits
und durch die Achsen der Zviinder i und 3 andererseits bestimmten Ebenen bilden
einen Winkel#von etwa go°. Die wirksame Kolbenlänge ist in Abb. i mit dem Maß a
bezeichnet. Außerhalb derselben schließt sich an die Kolben io und 30 je
ein zapfenartiger Teil und an diesen der Lagerzapfen an, während der Kolben 2o seinen
Durchmesser beibehält und außerhalb der wirksamen - Länge an beiden Enden von j
e einer Leiste 4 umfaßt wird. Wie aus Abb. i und 2 ersichtlich ist, sind die Kolben
io, 2o und 3o auf ihrem Umfang mit je einer Lücke 12, 22 oder 32 von in der Umfangrichtung
gleichbleibender Tiefe versehen; die hierdurch entsprechend gebildeten Zähne sind
mit 13, 23 und 33, die in der durch Pfeile angedeuteten Umlaufrichtung vorn liegenden
Seitenflächen oder Flanken ,der Zähne sind mit 14, 24 oder 34 und die hinten liegenden
Seitenflächen mit 15, 25 oder 35 bezeichnet. Der Abstand der Achsen der Kolben,
ihr Durchmesser, die Tiefe und die Länge der Zahnlücke und ihre gegenseitige Winkelstellung
sind so gewählt, daß ,die Mantelfläche des Zahnes des einen Kolbens sich gegen die
Mantelfläche (Grund) der Zahnlücke des benachbarten Kolbens legt und umgekehrt.
An dem Gehäuse 1, 2, 3 ist am Zylinder i eine Ansaugeöffnung 5 vorgesehen, die an
eine nicht dargestellte, vom Vergaser kommende Leitung angeschlossen ist. Am Zylinder.2
befindet sich ein nach diesem offener Zündraum 6, der sich mit Aussparungen 7 bis
in die Leisten 4 hinein erstreckt. Mit 8 ist die Zündung bezeichnet. Im Kolben 20
sind zwei Kanäle26 vorgesehen, deren Ausgangsstelle 27 innerhalb der wirksamen Kolbenlänge
und auf dem in der Drehrichtung hinten liegenden Teil der Mantelfläche des Zahnes
23, also in der Nähe der Seitenfläche 25 des Zahnes 23, liegt, während die Mündung
28 außerhalb der wirksamen Kolbenlänge, also unter den entsprechenden Leisten 4,
liegt. Die Anordnung ist ferner so getroffen, daß, wie aus Abb.6 hervorgeht, eben
bevor die hintere Seitenfläche 25 des Zahnes 23 des Kolbens 2o mit der vorderen
Seitenfläche 14 des Zahnes 13 des Kolbens io zum Kämmen kommt, die Mündung 28 vor
der zugehörigen Aussparung 7 des Zündraumes 6 liegt. Am unteren Ende des Zylinders
2 befindet sich eine Auspufföffnung 40, die mit einer Öffnung 4.1 am Zylinder 3
verbunden ist. Die Öffnung 41 ist, wie aus den Abb. g bis ii hervorgeht, durch einen
Drehschieber 42 absperrbar. Der Drehschieber kann durch einen in seiner Wirkungsweise
gleichwertigen, irgendwie gestalteten Schieber ersetzt werden. Der Zylinder 3 hat
ferner eine mit der Außenluft in Verbindung stehende Einlaßöffnung -.3. In den Leisten
4 befindet sich ferner je eine Aussparung 45 (Abb. 3, 7 und 8), in der ein Drehschieber
46 beweglich ist, und die an einem Ende über eine Aussparung 47 mit dem Zylinder
i in Verbindung steht. Die Ausnehmung 45 geht nicht bis an den die wirksame Länge
des Kolbens 2o bildenden Teil heran. Sie ist nur so breit, daß die Mündung 28 des
Kanals 26 mit ihr in Verbindung kommt. Das durch die Aussparung 47 bestimmte Ende
der Aussparung 45 liegt so, daß vor ihm die Mündung 28 des Zugehörigen Kanals 26
liegt, eben bevor (Abb. 3, 7, 8 und i2) die hintere Seitenfläche 25 des Zaunes 23
des Kolbens 2o mit der vorderen Seitenfläche 34 des Zahnes
33 des
Kolbens 30 zum Kämmen kommt. L\?immt der Schieber die aus ebb. 3, 7 und 8
ersichtliche Stellung ein, so ist die Verbindung zwischen der Aussparung 47 und
der Aussparung 45 unterbrochen. Es kann somit die im Zylinder r enthaltene Ladung
nicht in die Aussparung 45 oder den Zylinder 2 oder den Kana126 übertreten und umgekehrt.
Daß bei dieser Stellung des Schiebers 46 der Kanal 26 während der Drehung. des Kolbens
2o kurze Zeit mit dem von der Aussparung 47 abgekehrten Teile der Aussparung 45,
in Verbindung steht, ist unbedenklich, und zwar schon deshalb, -weil dieser Raum
sehr klein und allseitig abgeschlossen ist. Auch hierbei kann der Schieber 46 durch
einen in seiner Wirkungsweise gleichwertigen, irgendwie gestalteten - Schieber ersetzt
werden. Die Ansaugeöffnung 5, liegt so zur Aussparung 47, daß die Zahnlücke 12 allseitig
abgeschlossen ist, wenn sie mit der Aussparung 47 in Verbindung steht.
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Es soll zunächst die Wirkungsweise der Maschine bei :der aus Abb.
2 bis 6, ersichtlichen Stellung der Schieber 42 und 46 beschrieben werden. Bei der
aus Abb. 2 ersichtlichen Stellung hat der im folgenden als Lade- oder Kompressionskolben
bezeichnete Kolben io mit der Zahnlücke 12 aus dem Vergaser durch die Einlaß- oder
Ansaugeöffnung 5 Gasgemisch angesaugt und kommt in die Stellung nach Abb.4 vor die
Aussparung 47, die durch den Schieber 46 von der Aussparung 45 abgeschlossen ist,
also für die Wirkungsweise außer Betracht bleibt. Sobald nun die Seitenfläche 15
des Zahnes 13 mit der Seitenfläche 24 des Zahnes 23 zum Kämmen kommt, verkleinert
sich der Räum, den das Gasgemisch einnimmt (Abb. 5), und dieses wird verdichtet;
überschneiden nun die Kanäle 26 mit ihrer Ausgangsstelle 27 die Kante des Zylinders
i, so strömt das verdichtete Gemisch durch die Aussparung '7 in den Zündraum 6.
Inzwischen hat die Zahnlücke 12 schon wieder begonnen, durch die Öffnung 5 Gemisch
anzusaugen. Sobald die hintere Kante 25 des Zahnes 23 des im folgenden als Treib-
oder Expansionskolben bezeichneten zweiten Kolbens 2o die hintere oder obere Kante
des Zündraums 6 überschneidet, wird mittels der Zündung 8 gezündet und der Kolben
2o- vorwärts getrieben, während die Verbrennungsgase expandieren. Sobald die Kante
25 des Zahnes 23 die vordere, in der Zeichnung (Abb. 2, 4, 5 und 6) rechts liegende
Kante der Auslaß- oder Auspufföffnung 40 überschneidet, beginnt das Ausströmen der
Verbrennungsgase, die sodann bei der Weiterdrehung (Abb.5) ausgestoßen werden, wenn
die Fläche 25 des Kolbens 2o mit der Fläche 34 des. Kolbens 30 zu kämmen beginnt.
Eine weitere Aufgabe hat bei dieser Stellung der Schieber 42 und 46 der dritte Kolben
nicht. Er saugt vielmehr durch die Öffnung 43 Luft an (Abb. 4 bis 6) und gibt sie
durch die Öffnung 41 und die Auslaßöffnung 42 wieder ab (Abb. 4).
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Soll die Maschine nach dem Dieselverfahren arbeiten, so muß der Kolben
io bei der Ansaugeöffnung 5 Frischluft ansaugen und diese nach beendeter Kompression
in den Zündraum drücken, der zur Erzielung einer sicheren Zündung (etwa 2o at) kleiner
gehalten sein muß. An Stelle des Zünders 8 wird dann eine Vorrichtung angebracht,
durch die in die hochverdichtete Luft Brennstoff eingebracht wird.
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Eine Verlängerung der Expansion kann insbesondere bei Ausführung mit
nur zwei Kolben dadurch erreicht werden, daß die Zahnlücke 22 des Kolbens 2o auf
Kosten der Lücke i2 des Kolbens io verlängert wird und -die Auspufföffnung 40 im
Sinne der Drehrichtung des Kolbens 2o in die Nähe der Schnittkante von Zylinder
i und 2 verschoben wird.
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Bei der aus Abb. 9 bis 12 ersichtlichen Stellung der Schieber 42 und
46 wirkt der dritte Kolben 3o ebenso wie der Kolben io als Ladekolben. Die Öffnung
43 bleibt jedoch mit der Außenluft in Verbindung. Der Kolben 30 liefert also nur
Luft. Dafür wird der vor der Öffnung 5 liegende Vergaser auf eine stärkere Beimischung
von Brennstoff eingestellt. Es kann aber auch, falls dieses erwünscht erscheint,
die .Öffnung 43 an einen Vergaser angeschlossen -werden. Die Vorgänge im Treibzylinder
20 sind grundsätzlich dieselben wie vorher beschrieben; dasselbe gilt auch für den
Ladezylinder i, wobei nur zu erwähnen ist, daß die Aussparungen 47 und 45 die Wirkungsweise
nicht beeinflussen, da die Aussparung 45, abgesehen von einer zu erwähnenden Ausnahme,
dauernd- durch den außerhalb der wirksamen Kolbenlänge liegenden Teil des Kolbens
2o abgeschlossen ist, auch wenn der Schieber 46 die aus Abb.12 "ersichtliche Stellung
einnimmt. Da der Schieber 42 die aus den Abb. 9 bis i i ersichtliche Stellung einnimmt,
wird die durch die Öffnung 43 angesaugte Luft im Zylinder 3 komprimiert, wie insbesondere
Abb. 9 zeigt: Sobald nun die Kolben 2o und 30 -die aus Abb. 12 ersichtliche Stellung
einnehmen, bei der die Seitenfläche 25 mit der Seitenfläche 34 zu kämmen beginnt
und die Mündung 28 des Kanals 26 vor der zugehörigen Aussparung 45 liegen, bei der
also der Zylinder 3 mit dem Zylinder i verbunden ist, gelangt die im Zylinder 3
verdichtete Luft auf dem Wege 27, 26, 28, 45, 47 in den Zylinder i und wird mit
dem in der Lücke 12 befindlichen
Gemisch weiter verdichtet und
sodann in den Zündraum 6, 7 gedrückt (Abb. io).
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Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (Abb. 13 bis 2o) liegen in Richtung
der Zylinder zwei Einzelmaschinen in einem Gehäuse vereinigt hintereinander. Die
Zylinder der ersten Einzelmaschine sind mit 59, 69, 79, die entsprechenden Zylinder
der zweiten mit 89, 99, zog bezeichnet, die Kolben entsprechend mit 5o, 6o, 7o und
mit 8o, go, ioo, die nur an einem Ende befindlichen Zahnräder mit 51, 61, 71, die
Zahnlücken der Kolben mit 52, 62, 72 und mit 82, 92, io2, die Zähne der Kolben mit
53, 63, 73 und mit 83, 93, 103. Die Kolben 5o und 8o, 6o und go und 70 und
ioo sitzen je auf einer gemeinsauren Welle; wie insbesondere die Abb. 15 gegenüber
Abb. 16, die Abh. 17 gegenüber Abb. 18 und Abb. ig gegenüber Abb. 2o, ferner Abb.
13 zeigt, sind die Zähne 53, 63 und 73 gegenüber den Zähnen 83, 93 und 103 um i8o°
versetzt. Die Kolben 5o und 8o sind Ladekolben, die übrigen Kolben 6o und 7o bzw.
9o und ioo Treibkolben. Die entsprechenden Zylinder 69 und 79 und 99 und
iog letzterer Kolben sind mit je einem Zündraum 68 oder 78 und 98. oder ioS versehen.
Die Zündräume 68 und io8 sind durch einen Kanal 112 und die Zündräume 78 und 98
durch einen Kanal 113 verbunden (Abb. 13, 14, 15 und 21). Außerhalb der hier ebenfalls
mit a bezeichneten wirksamen Kolbenlänge sind die Kolben 6o und _go mit Endleisten
i 14 und mit einer mittleren -Leiste 115 umgeben. In der mittleren Leiste 115 befindet
sich auf der Innenseite nach dem Kolben 6o zu eine Aussparung 116 (Abb. 14 und 21),
die mit den Zündräumen 78 und 98, und in derselben Leiste, ebenfalls auf der Innenseite,
nach dem Kolben 9o zu eine entsprechende Aussparung 117, die mit den Zündräumen
68 und i o8 verbunden ist. Ferner hat die eine Endleiste 114 eine Aussparung 118,
die mit dem Zylinder 59 verbunden ist, und die andere Endleiste 114 eine Aussparung
iig, die mit dem Zylinder 89 verbunden ist. Sämtliche Aussparungen 116, 117, 118,
iig erstrecken sich nur über einen kleinen Teil des Umfangs. Der Kolben 6o hat einen
Überströmkanal 64 und der Kolben go einen 'CJberströmkanal 9q.; diese beiden Kanäle
sind derart zur Kolbenachse geneigt, daß ihre Ausgangsstellen unter der zugehörigen
Endleiste 114 liegen, und zwar so, daß sie beim Lauf der Maschine über die Aussparung
118 oder iig hinweggleiten; die Mündungen liegen unter der mittleren Leiste 115,
und zwar so, daß die Mündung des Kanals 64 über die Aussparung 116 und die Mündung
des Kanals 94 über die Aussparung 117 hinweggleitet. Die Aussparungen 118 und 116
liegen nun so, daß dieses Überhinweggleiten gleichzeitig stattfindet, daß sie also
durch den Kanal 64 für kurze Zeit verbunden sind; entsprechendes gilt für die Aussparungen
iig und 117 und den Kanal 94. Mit i2o ist die Ansaugeöffnung des Zylinders 59 und
mit 121 die des Zylinders 89 bezeichnet, ferner mit 122, i23, 124 und 125 die Auspufföffnungen
der Zylinder 69, 99, 79 oder iog. Im übrigen entspricht die Anordnung der des ersten
Ausführungsbeispiels.
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Die Wirkungsweise des Ladezylinders 59 ist im wesentlichen dieselbe
wie beim ersten Ausführungsbeispiel die des Ladezylinders i. Das Gemisch wird aus
dem nicht dargestellten Vergaser durch die Öffnung i2o angesaugt, verdichtet und
bei der Abb. 14 entsprechenden Stellung auf dem Wege 118, 64, 116 in die Zündräume
78 und 98 gedrückt, worauf sofort die Zündung erfolgt und die Kolben 70 und
go vorwärts getrieben werden. Der Auspuff erfolgt durch die Öffnungen 124 oder 123.,
In derselben Weise saugt der Ladezylinder 89 durch die Öffnung 121 an, drückt das
Gemisch auf dem Wege 119, 94, 117 in die Zündräume 68 und io8. Nach der Zündung
werden die Kolben ioo und 6o vorwärts gedreht. Der Auspuff erfolgt über die Auspufföffnungen
125 und 122.