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Drehkolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine
mit Schieberkolben in der Kolbentrommel und mit Innenkühlung. Sie ist dadurch gekennzeichnet,
. daß in einer der durch die Schieberkolben begrenzten Verdichtungs- und Verbrennungskammern
oder in mehreren dieser Kammern nach je einer Arbeitsperiode einmal oder mehrmals
hintereinander Luft angesaugt und darauf wieder ausgestoßen -wird.
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Durch die Erfindung wird die Schaffung einer einfachen und zuverlässig
arbeitenden Drehkolbenbrennkraftmaschine bezweckt, bei der infolge eines besonderen
Kühlverfahrens die Temperatur innerhalb zulässiger Grenzen gehalten und infolgedessen
auch die Lebensdauer erheblich gesteigert wird.
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Die Ladung der Kammern und die Zündung werden so geregelt, daß nur
jedesmal nach einer Drehung der Kolbentrommel über einen bestimmten Winkel oder
über ein Vielfaches dieses Winkels hinaus eine Explosion bzw. die Verbrennung des
eingeführten Gasgemisches erfolgen kann.
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Vorteilhafterweise wird dabei jede Kammer, in welcher bei der Drehung
der Kolbentrommel um ihre Achse sich eine Arbeitsperiode vollzieht, zu beiden Seiten
durch eine gekühlte Kammer begrenzt, d. h. durch eine Kammer, in welcher Luft angesaugt
und anschließend wieder ausgestoßen wird.
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Falls erwünscht, kann je nach Bedarf in einer oder in mehreren der
Kammern, welche unter normalen Verhältnissen für die Kühlung durch angesaugte Luft
dienen, während einer regelbaren Anzahl Umdrehungen der Kolbentrommel ein Brennstoffgemisch
angesaugt und gezündet werden.
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Es sind Drehkolbenbrennkraftmaschinen bekannt, bei welchen der Raum,
in welchem die Explosion des Brennstoffgemisches stattfindet, durch einen hohlen
Widerlagerschieber gebildet wird. Die Verbrennungsgase strömen hierbei nach ihrer
Entzündung durch eine Öffnung in der Wand des Hohlschiebers in den eigentlichen
Zylinderraum, wo sie sich ausdehnen und die Drehung des Kolbens bewirken. Eine Kühlung
des eigentlichen Verbrennungsraumes, welcher der Kühlung am meisten bedarf, kommt
dort jedoch nicht in Frage; nur der sog. Arbeitsraum wird hierbei gekühlt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, teilweise
in schematischer Darstellung, veranschaulicht.
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Fig. r zeigt in schematischer Weise eine Maschine nach der Erfindung
in Seitenansicht unter Fortlassung von Einzelheiten.
Die in den
Fig. 2 und 3 dargestellten Schaubilder beziehen sich auf zwei verschiedene Betriebsweisen,
bei welchen jedesmal die Zündung in einer Arbeitskammer nach der Drehung der Kolbentrommel
über einen bestimn-t-_ ten Winkel (27o° in Fig. 2 bzw. q.50° iii. Fig. 3) hinaus
erfolgt.
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Fig. q. zeigt einen axialen Schnitt durch die Maschine und gibt außerdem
die Zahnradübertragung zur Bewegung der Ventile deutlich wieder.
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Fig. 5 und 6 sind Schaubilder, welche die Anordnung der Ein- und Auslaßöffnungen
sowie der Schlitze in den Verteilungsscheiben der Maschine betreffen.
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Die Maschine besitzt ein Gehäuse io (Fig. i) von övalem Ouerschnitt,
in welchem eine Kolbentromme1 i i von kreisförmigem Querschnitt um die gemeinsame
Achse für das Gehäuse und die Kolbentrommel drehbar gelagert ist. Bei der dargestellten
Ausführungsform enthält diese Trommel ii vier radial bewegliche Schieber 12, die
gegebenenfalls durch Federn mit ihren äußeren Enden gegen die Innenwand des Gehäuses
,io gedrückt werden, so daß sie bei der Drehung der Trommel i i mit dieser Wand
in Berührung .bleiben. Es werden so vier Kammern gebildet, wobei stets zwei sich
diametral gegenüberliegende Kammern gleich sind (vgl. in der Fig. i die Kammern
i, 2, 3 und q.). In Fig. z sind die Geraden A-C und B-D unter Winkeln von ungefähr
45' zu der Waagerechten und Senkrechten eingetragen, und ungefähr an dieser Stelle
bei A und D sind in Fig. i Einlaß und Auslaß zu erkennen. Bei Drehung
der Trommel im Sinne des Uhrzeigers kommt die Kammer i' zunächst in die Lage, welche
vorher von der Kammer q. eingenommen wurde, und während dieser Drehung ist sie mit
dem durch den Einlaß zuströmenden Betriebsmittel gefüllt. Bei weiterer Drehung kommt
dieselbe Kammer i in die Lage, die anfangs durch die Kammer 3 eingenommen würde;
bei dieser Drehung findet Verdichtung statt. Ist demnach dieser Raum mit einem brennbaren-oder
explosiven Gasgemisch gefüllt, dann würde bei Zündung in dieser Kammer ein Überdruck
entstehen, welcher, sobald die Kammer mit ihrer Symmetrielinie die senkrechte Mittelebene
durch die Drehachse überschritten hat, eine Rechtsdrehung unter Einfluß des Überdruckes
in diesem Sinne herbeiführt. Die Kammer dreht sich dann, bis sie in die Lage kommt,
welche anfänglich die Kammer '2 innehatte, wobei eine Ausdehnung des gezündeten
Gasgerriisches stattfindet. Die Ausströmung der Verbrennungsgase erfolgt daraufhin
durch den Auslaß, sobald der in der Bewegungsrichtung vorn liegende Schieber an
der Linie 0-D vorbeigedreht worden ist. Da sämtliche vier Kammern je den gleichen
Drehwinkel zurücklegen, würde demnach in allen Kammern sich der gleiche Vorgang
abspielen. Die Maschine würde dann bei jeder -Umdrehung der Trommel vier Zündungen
und vier Arbeitsimpulse haben; infolgedessen würde bald Überhitzung der Einrichtung
eintreten. Erfindungsgemäß wird nun die Ladung der Kammern und die Zündung so geregelt,
dJ eine zweckmäßige Kühlung der Maschine erfolgt. Je nach den Betriebsverhältnissen
findet in je einer Kammer nur nach Drehung über einen bestimmten Winkel hinaus die
Zündung des in ihr enthaltenen Gasgemisches statt, während dagegen die Zeit, in
welcher diese Kammer keine Arbeit leistet bzw. während welcher sie nicht mit Gasgemisch
gefüllt wird, zur Kühlung der Kammer dient. Man hat es durch geeignete Wahl dieses
Drehwinkels in der Hand, die Arbeitsleistung der Maschine zu regeln.
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Eine zweckmäßige Kühlung kann dadurch erhalten werden, daß' z. B.
nur jeweils nach Drehung der Trommel um 27o° eine Arbeitsphase erfolgt. Es kann
dann z. B. Kammer i Arbeit leisten, die Kammern 2 und 3 dagegen nicht. Kammer q.
verrichtet aber nach einer Drehung von 270° Arbeit; nach weiteren 27o° Drehung leistet
die Kammer 3 Arbeit, dann nach weiteren 270° Drehung die Kammer 2 usw. (vg1. Schaubild
Fig.2). Die zeitlich keine Arbeit leistenden Kammern werden durch Luftspülung gekühlt.
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Es kann auch z. B. nur nach Drehung der Trommel um je q.50° eine Arbeitsphase
stattfinden (Fig. 3). In diesem Falle findet Ziindung in der nachstehenden Reihenfolge
statt: in Kammer i, Kammer 2, Kammer 3, Kammer q, i, 2 ... usw.
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Je nach Bedarf kann der Drehungswinkel a der Trommel zwischen zwei
aufeinanderfolge#nden Arbeitsphasen größer gewählt werden, wenn nur jedesmal nach
einer Drehung über 36o°-
oder über 36o° -f- oder ein-
Vielfaches von diesem Winkel eine Arbeitsphase erfolgt, wobei n die Anzahl der Kammern
der Maschine bzw. des Zylinders darstellt, in welchem die Kolbentrommel sich dreht.
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Man kann auch einen Übergang von dein Betrieb bei einem bestimmten
Winkel (z. B. a-270°) auf einen anderen Winkel (z. B. a=4500) ohne Betriebsunterbrechung
herbeiführen, da die eine Maschinenseite für Steuerung unter Berücksichtigung des
einen Winkels und die andere Maschinenseite für Steuerung unter Berücksichtigung
des anderen Winkels eingerichtet ist. Ein Übersetzungsgetriebe, wie es z. B. bei
den üblichen Kraftwagenmotoren Anwendung findet, ist dabei
nicht
mehr erforderlich. Ebenso kann ein Übergang auf eine andere Drehzahl ohne Entkupplung
von Getriebeteilen erfolgen. Der Umstand, daß das teure Übersetzungsgetriebe hierbei
in Wegfall kommt, ermöglicht es, die Herstellungskosten der Maschine sehr niedrig
zu halten.
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In Fig. i befindet sich bei A der Einlaß für den Brennstoff bzw. für
das Brennstoffluftgemisch, bei B der Auslaß für die Spülluft, bei C ein Einlaß für
die Spülluft und bei D, zweckmäßig ungefähr tangential zum Trom= melumfang, der
Auslaß für die Verbrennungsgase bzw. für die Spülluft.
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Die Steuerung bzw. das Öffnen und Schließen der Einlaß- und Auslaß-
sowie der Spülöffnungen kann mittels Steuerscheiben erfolgen, welche durch.Zahnradübertragung
von der Trommelwelle aus angetrieben werden und die die in den seitlichen Deckeln
(Fig. 5) oder in der äußeren Gehäusewand vorgesehenen Ein- und Auslaßöffnungen zu
den geeigneten Zeitpunkten öffnen oder schließen (Fig. i, 5 und 6).
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Bei der schaubildlichen Darstellung der Fig. i, 5 und 6 liegt der
Einlaß für den Brennstoff auf der Geraden 0-A, und zwar in Fig. 5 zwischen
den beiden konzentrischen Kreisen 5 und 6, während der Einlaß für die Luft auf demselben
Radius bzw. auf derselben Geraden liegt, jedoch zwischen den Kreisen 7 und B. Auf
der Geraden 0-B befindet sich zwischen 6 und 7 eine Auslaßöffnung für die Luft,
während auf der Geraden 0-C zwischen 8 und 9 wieder eine Einlaßöffnung für die Luft
vorgesehen ist. Die Öffnung bei D (auf der Geraden 0-D)
dient zum Abführen
sowohl der Luft als auch der Verbrennungsgase. Zweckmäßig wird diese Auslaßöffnung
nicht in der ebenen Wand eines der seitlichen Deckel wie die obengenannten Öffnungen,
sondern in der gekrümmten Wandung des Gehäuses vorgesehen.
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Bei Verwendung von solchen Steuerscheiben, wie sie in Fig. 5 und 6
versinnbildlicht sind, wird zweckmäßig auf der Trommelwelle ein Zahnrad mit za Zähnen
vorgesehen; dieses Zahnrad arbeitet zusammen mit einer an der Steuerscheibe vorgesehenen
Verzahnung, welche x X 3/4 z2 Zähne hat. Es kann dann in dieser Weise die obenerwähnte
Steuerung mit einem Winkel a. = 27o° stattfinden. Zwtecks guter Ausbalancierung
der Steuerscheibe ist es vorteilhaft, für x wenigstens die Zahl z zu nehmen.
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An Stelle von Steuerscheiben können auch Ventile, Schieber, Hähne
usw. in Betracht kommen. Die Fig. q. bezieht sich auf eine Maschine mit Ventilen.
Dadurch, daß auf der Geraden 0-A (Fig. i und 5) nur Luft zugelassen wird
und kein Brennstoff, und dadurch, daß nach Verdichtung dieser Luft Brennstoff eingespritzt
wird, kann man bei diesem Motor auch das Dieselprinzip anwenden.
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Die Maschine arbeitet folgendermaßen: Wenn in der Kammer i (Fig. i)
eine Arbeitsphase stattfinden soll, ist während des L;Tberganges aus der Lage i
in die Lage, in welcher sich anfänglich die Kammer q. befindet (Drehung im Uhrzeigersinn),
die Einlaßöffnung für Luft bei A geschlossen und die Einlaßöffnung für Brennstoff
geöffnet, bis die Kammer i in die Lage der Kammer q. gekommen ist (Fig. i, 5 und
6). Während des überganges aus der Lage q. in die Lage 3 ist die ,Öffnung ,bei B
geschlossen. Wenn die Kammer in der Lage 3 angelangt ist, d. h. in der Lage, welche
anfänglich die Kammer 3 einnahm, findet Zündung statt, und es bleibt die Öffnung
bei C geschlossen. Sobald der vordere Schieber der Kammer an der Geraden
0-D (Fig. i und 5) vorbeigedreht worden ist, können die Verbrennungsgase
frei durch die hier befindliche Öffnung entweichen. Während der nächsten Umdrehung
findet dann, in dieser Kammer i keine Arbeitsphase statt, und die Kammer wird durch
Luftspiilung gekühlt. Dreht sich die Verbrennungskammer i nun in die Lage, welche
anfänglich die Kammer 4. einnahm, so findet sie den Einlaß für Brennstoff geschlossen,
den Einlaß für die Luft jedoch offen. Die Kammer wird demnach mit Luft gefüllt;
während der Drehung in die Lage 3 hat demnach der Auslaß bei B offen gestanden,
so daß keine Verdichtung, jedoch Ausströmung der angesaugten Luft stattgefunden
hat. Während der Drehung aus der Lage 3 in die Lage :2 war die Öffnung bei C offen,
und es wird die Kammer nochmals mit Luft gefüllt, welche durch den Auslaß bei D
wieder ausströmt, sobald die Kammer i wieder in ihre ursprüngliche Lage gekommen
ist.
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Nach jeder Arbeitsphase einer Kammer wird diese bei einer Steuerung
mit einem @#l'inkel von cc = 270° während zweier Umdrehungen zweimal, zusammen demnach
viermal mit Luft durchspült. Bei Wahl des größeren Steuerungswinkels a = 45o°wird
jedeKammer demnach 4.X 2 = Smal mit Luft durchspült, so daß eine zweckentsprechende
Kühlung der Maschine gewährleistet ist.
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Selbstverständlich können auch andere Winkel als a = 27o° und
a = 4:50° in Betracht kommen, da ja durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses
oder durch Kombination sich weitere Möglichkeiten ergeben.
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Bei der in Fig. q. veranschaulichten Ausführungsform, welche als Kraftwagenmotor
gedacht ist, erfolgt der Ein- und Auslaß des Brennstoffes bzw. der Luft an Stelle
von Steuerscheiben durch Ventile: Fig. 4 zeigt, wie in
diesem Falle
die Steuerung der Ventile ausgeführt werden kann. Auf der Trommelweile i9 sind nebeneinander
zwei Zahnräder 2o und 21 festgekeilt, das linke, 21, beispielsweise mit 16, das
rechte, 2o, beispielsweise mit 22 Zähnen. Jedes dieser Zahnräder steht im Eingriff
mit einem von zwei Zahnrädern 22 bzw. 23, welche mittels Kugelringe 24 und 25 auf
einer Hilfswelle 26 frei drehbar sind, welche parallel zur Welle i9 in einem gemeinschaftlichen
Gehäuse 27 in ihrer Längsrichtung verschiebbar angeordnet ist. Die axiale Verschiebung
erfolgt mittels des Armes 28, welcher um eine Achse 29 drehbar ist. Bei dieser Längsverschiebung
werden die frei drehbaren Zahnräder mitgenommen. Jedes der Zahnräder 22 (im dargestellten
Fall mit 33 Zähnen ausgeführt) und 23 (mit 4o Zähnen) ist mit einer seitlich an
diesen angeordneten Steuerscheibe 30 bzw. 31 verbunden, die mit dem Zahnrad
umläuft. Je nach der Lage der Zahnräder 22 und 23 auf der Welle 26 arbeitet die
Steuerscheibe 30 oder 31 zusammen mit einem Stößel 3:2, welcher in einer
Büchse 3.3 geführt wird und mittels eines zweiarmigen Hebels 34, der um einen fest
am Gehäuse 27 angeordneten Zapfen 35 drehbar ist, ein federbelastetes Ventil 36
(Luftventil) öffnen kann. Die sämtlichen über den Umfang der Maschine verteilt angeordneten
Ventile werden in dieser Weise betätigt. Die Steuerscheiben 37 bzw. 38 sowie die
zugehörigen Ventilstößel 39 für die Gasventile sind, wie Fig. 4 zeigt, seitlich
von denjenigen für die übrigen Ventile angeordnet.
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Durch Verstellen des Armes 28 in die andere Lage wird die Steuerung
auf einen anderen Winkel, z. B. von 45o° auf 27o°, eingestellt. Selbstverständlich
muß bei dieser Umstellung auch die Zündung umgestellt werden. Zu diesem Zweck sind
mit dem axial verschiebbaren System, das durch die Zahnräder 22 und 23 gebildet
wird, gleichachsig mit der Welle 26 angeordnete Zylinder 40 und 41 vorgesehen, welche
mit Kontaktstücken oder Streifen 42 bzw. .43 aus leitendem Material versehen sind,
die zweckmäßig mit den Zahnrädern 22 und 23 und so auch mit dem Gehäuse 27 in leitender
Verbindung stehen. Isoliert gelagerte Kontaktrollen 44 bzw. 45. ruhen federnd gegen
den Umfang der Zylinder 4o bzw. 41 und die darauf angeordneten Kontaktstücke 42
und 43. Der Zündstrom ist in geeigneter Weise über die Rollen 43 und 44 und die
Kontaktstücke 42 bzw. 43 geführt. Je nachdem, ob die 27o°-Steuerung oder die 450°-Steuerung
eingeschaltet ist, ist die Kontaktrolle 45 oder die Rolle 44 eingeschaltet, da die
Rollen die axiale Verschiebung der Zylinder 40 und 41 nicht mitmachen.