DE69835701T2

DE69835701T2 - 2-takt-rotationsbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69835701T2
Application number: DE69835701T
Authority: DE
Inventors: John Peter Parramatta Gahan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: EP1155221A4; EP1155221B1; DE69835701D1; ES2270529T3; CN1113150C; AU9056098A; GB9721155D0; CN1283251A; EP1155221A1; US6895906B1; WO1999018332A1; ATE337469T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Motoren vom Drehkolbentyp, die einen innerhalb eines Maschinengehäuses drehbar montierten Zylinderblock einschließen, der eine Mehrzahl von Zylindern enthält, deren Volumen sich nacheinander ansprechend auf die Relativbewegung zwischen den Kolbenelementen und den Zylindern verändert. Der Motor kann in Form einer Brennkraftmaschine, einer Hydraulikpumpe oder eines Hydraulikmotors, eines Druckluftmotors oder eines Kompressors oder einer Dampfmaschine vom Rotationstyp vorliegen.
STAND DER TECHNIK
Es sind zahlreiche Konstruktionen von Motoren vorgeschlagen worden, bei denen die Relativbewegung zwischen den Kolbenelementen und dem Maschinengehäuse drehend ist und die den Zweitakt-Arbeitszyklus verwenden. Jedoch ist man hinsichtlich der Festigkeit der Kurbelwelle, der seitlichen Schubbelastungen auf den Kolben und der Synchronisierung der Portöffnungen Kompromisse eingegangen. Zudem ist es notwendig, sich der von der Maschine erzeugten Verschmutzung zuzuwenden und diese auf einem Minimum zu halten.
Drei besonders relevante Patente, welche die Art des Motors oder der Maschine zeigen, die betrachtet wird, sind das U.S. Patent Nr. 2,683,422 (A. Z. Richards Jr.), das U.S. Patent Nr. 3,200,797 (Dillenberg) und das U.S. Patent Nr. 3,517,651 (Graybill). Die gesamte Offenbarung und Zeichnungen dieser drei U.S. Patente werden hier durch Bezugnahme eingeschlossen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, einen Zweitakt-Motor vom Drehkolbentyp bereit zu stellen, der sich einem oder mehreren der zuvor erwähnten Probleme zuwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Motor vom Drehkolbentyp bereit gestellt, einschließend einen Zylinderblock, der drehbar innerhalb eines Maschinengehäuses montiert ist, eine Kurbelwelle, die zur Drehung innerhalb des Maschinengehäuses gelagert ist, Kolbenelemente, die zur Drehbewegung innerhalb des Zylinderblocks während der Drehung der Kurbelwelle und des Zylinderblocks drehbar auf der Kurbelwelle abgestützt sind, sowie eine Mehrzahl von Zylindern, die angeordnet sind, um zwischen den Zylindern und den Kolbenelementen Kammern zu begrenzen, deren Volumen sich nacheinander ansprechend auf die Relativbewegung zwischen den Kolbenelementen und den Zylindern verändert.
Das Maschinengehäuse wird von Umfangsabstandhaltern und entgegengesetzten Stirngehäuseteilen gebildet, wobei der Zylinderblock zur Drehbewegung auf dem Kurbelgehäuse abgestützt ist und das Kurbelgehäuse auf zwei Hauptlagern abgestützt ist, eines auf jedem der jeweiligen Stirngehäuseteile.
Der Kolben kann einen hohlen röhrenförmigen Stangenteil aufweisen, der durch eine Stellschraube in der Kolbenkrone abgedichtet ist, wobei er sich durch eine Gasdichtung und eine Öldichtung zur Befestigung am Kurbelwellenlager erstreckt. Die Kurbelwelle kann durch epizyklische Zahnräder mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 indirekt mit dem Kurbelgehäuse verbunden sein. Zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle bewirken eine vollständige Umdrehung des Zylinderblocks in derselben Richtung.
Indem man zwischen dem kurbelwellenseitigen Ende der Verbindungsstange und den Kurbelgehäuseführungen einen Laufspalt vorsieht, wird die Torsionsbelastung auf der Kurbelwelle verringert.
Eine veränderliche Synchronisierung der Zufuhr- und/oder Überströmphasen gestattet es, dass die Maschine über einen weiten Bereich von Maschinengeschwindigkeiten mit ihrem Spitzenwirkungsgrad arbeitet.
Das Kühlsystem mit veränderlichem Durchfluss gestattet es, dass die Maschine unter extremen Bedingungen mit ihrer idealen Temperatur arbeitet.
Das Hindurchleiten von reiner Luft durch den Zylinder nach der Verbrennung, wobei unverbrauchtes Kraftstoff-/Luft-Gemisch zum Einlasstrakt zurückgeführt und der Abgaskanal verschlossen wird, bevor das frische Kraftstoff-/Luft-Gemisch in den Zylinder eintritt, minimiert eine Verunreinigung der Atmosphäre.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung einer die vorliegende Erfindung verkörpernden Brennkraftmaschine leichter verständlich, wie in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, in denen:
1 eine perspektivische, teilweise geschnittene Ansicht der Zweitakt-Rotationsmaschine ist.
2 ist eine Querschnittsansicht durch die Maschine aus 1.
3 ist eine vertikale Schnittansicht durch die Maschine aus 1.
4 ist eine horizontale Schnittansicht durch die Maschine aus 1.
5 ist eine Querschnittsansicht der epizyklischen Zahnräder.
6 ist eine perspektivische Ansicht von einer der Kurbelgehäusehälften.
7 ist eine Ansicht von einem Stirngehäuseteil mit Trakten und Spaltlöchern.
8 ist eine Ansicht der gehäuseteilseitigen Dichtringe, Abgasplatte und Überströmplatte.
9 ist eine Ansicht der zylinderseitigen Dichtringe.
10 ist eine Ansicht der Einlass- und Überström-Synchronisierungsringe mit den Positionierstangen.
11 ist eine seitliche Schnittansicht durch einen der Zylinder und der Portöffnungen der Maschine aus 1, welche eine erste Betriebsstellung darstellt.
12 ist eine Ansicht wie für 11, die eine zweite Betriebsstellung darstellt.
13 ist eine Ansicht wie für 11, die eine dritte Betriebsstellung darstellt.
14 ist eine Ansicht wie für 11, die eine vierte Betriebsstellung darstellt.
15 ist eine Ansicht wie für 11, die eine fünfte Betriebsstellung darstellt.
16 ist eine elektrische Schaltung zum Steuern der Position von einem der Synchronisierungsringe.
17 ist eine Ansicht eines Synchronisierungsring-Steuermechanismus.
18 ist eine elektrische Schaltung der Position der Lüftungen.
19 ist eine Ansicht des Lüftungs-Steuermechanismus.
ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Mit Bezugnahme auf die 1 bis 5 einschließlich, umfasst eine Maschine 1 idealerweise ein Maschinengehäuse 3, bestehend aus zwei Stirngehäuseteilen 7A und 7B, die durch Maschinenschrauben 10 und Abstandhalter 11 starr zusammen gehalten werden, wobei sie zwei Hauptlager 25A und 25B tragen, in denen sich eine Kurbelwelle 20 mit Kurbelzapfen 21A und 21B dreht, und auf denen sich ein Kurbelgehäuse 6 dreht, bestehend aus Hälften 6A und 6B, die an dem Zylinderblock 2 befestigt sind, der zwei Paare von entgegengesetzten Zylindern 4 umfasst, die radial im rechten Winkel zueinander angeordnet sind. Verbindungsstangen 30 können durch innere Schrauben 27 mit kurbelwellenseitigen Lagerträgern 96 verschraubt sein, wobei sie durch Stellschrauben 32 in den Kronen der Kolben 31 abgedichtet sind. Die Kolben 31 und die Verbindungsstangen 30 wirken zusammen, um über die Kurbelzapfen 21A und 21B eine Drehung des Zylinderblocks 2 und der Kurbelwelle 20 in Bezug zum Maschinengehäuse 3 zu bewirken. Die Kurbelwelle 20 ist durch die Hauptlager 25A und 25B sicher im Maschinengehäuse 3 montiert, was es gestattet, dass sich die Kurbelwelle 20 dreht, jedoch in Bezug zur gemeinsamen Mitte der Zylinderachsen immer in derselben Relativposition bleibt.
Die epizyklischen Zahnräder 5 weisen ein Übersetzungsverhältnis von 2:1 auf und umfassen das Kurbelwellenzahnrad 22, das Kurbelgehäusezahnrad 23 und zwei "Huckepack"-Mitläuferzahnräder 24A und 24B. Sie bringen das Kurbelgehäuse 6 in positiven drehenden Eingriff mit der Kurbelwelle 20, was es erlaubt, dass eine 360 Grad Drehung der Kurbelwelle 20 zu einer 180 Grad Drehung des Zylinderblocks 2 führt.
Die Maschine 1 kann luft- und/oder flüssigkeitsgekühlt sein.
Mit besonderer Bezugnahme auf 2, sind die Zylinder 4 zu Erläuterungszwecken geschnitten gezeichnet worden, obwohl die entgegengesetzten Paare von Zylindern in Bezug zueinander versetzt sind, wie in 1 dargestellt. Die Ansaugung wird erreicht, indem die Unterseite des Kolbens 31 Gas durch die Einlass-Portöffnung 38 in die Ansaugkammer 35 saugt, wenn sie sich in Deckung mit dem Einlasstrakt 82 befindet. Wenn sich der Zylinderblock 2 im Uhrzeigersinn dreht, und der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wird die Einlass-Portöffnung 38 durch den nackten Teil des Einlasssynchronisierungsrings 90 verschlossen, der gegen die zylinderseitige Einlassdichtringöffnung 44 drückt.
Wenn sich der Zylinderblock 2 weiter dreht, wird das Gas unter dem Kolben 31 durch die Überströmöffnung 39 in den Überströmtrakt 83, dann durch die Überströmverbindungsröhre 15 zur Überströmplattenüberströmöffnung 65 gedrückt. Wenn die äußere Portöffnung 40 die Überströmplattenüberströmöffnung 65 passiert, tritt das Gas in den äußeren Zylinder 33 ein.
In der Expansionskammer 36 wird das Gas komprimiert, und wenn sich der Kolben 31 dem oberen Totpunkt nähert, wird die Zündkerze 99 synchronisiert, um das Gemisch zu zünden. Der Expansionshub dauert an, bis die äußere Portöffnung 14 vom Kolben 31 freigegeben wird, was es erlaubt, dass das Abgas durch die äußere Dichtringöffnung 48 entweicht, die sich nun mit der Abgasplattenöffnung 70 deckt. Der äußere Zylinder 33 wird dann über das Reed-Ventil 98 und die Luftdrossel 117 zur Atmosphäre hin geöffnet, wobei er von jeglichem restlichen Abgas gereinigt wird. Die Überströmplattenüberströmöffnung 65 öffnet sich, nachdem sich die Abgasplattenöffnung 70 geschlossen hat, was es erlaubt, dass frisches Gas in den äußeren Zylinder 33 eintritt, jedoch verhindert, dass jegliches Kraftstoff-/Luft-Gemisch durch das Abgasrohr 77 entweicht. Das Gas wird dann vom Kolben 31 in Vorbereitung für den nächsten Expansionshub komprimiert.
Der Kolben 31 kann im Inneren durch die Luft-Portöffnungen 42A und 42B im Zylinder 4 gekühlt werden, die es gestatten, dass Kühlluft durch die Hilfskammer 37 hindurch strömt.
Das verdichtete Kraftstoff-/Luft-Gemisch wird im äußeren Zylinder 33 durch eine Zündkerze 99 gezündet, die über einen Zündstreifen 102 in drehender, leitender Verbindung mit einem Hochspannungsleiter 101 steht. Druckfedern 104 erhalten einen elektrischen Kontakt zwischen der Oberseite der Zündkerze 99 und dem Zündstreifen 102 aufrecht, der vom Hochspannungsgehäuse 100 durch ein Isolierkissen 103 isoliert ist. Die Anordnung wird von einer Rückhalteplatte 105 festgehalten. Der Zündstreifen 102 ist an seinem vorderen Rand angeschrägt, so dass, wenn sich die Zylinder 4 ausdehnen, das obere Ende der Zündkerze 99 den Zündstreifen 102 ohne Verklemmen entgegen den Druckfedern 104 in die Ausnehmung des Hochspannungsgehäuses 100 drückt. Ein Hochspannungsleiter 101 ist für jeden Zündstreifen 102 erforderlich, und zwar wegen der versetzten Zylinder 4, was es notwendig macht, sie unabhängig anzulassen. Die Länge des Zündstreifens 102 erlaubt die nötige Zündvorverstellung. Die Zündsynchronisierung kann von einer getrennten Welle aus gesteuert werden, die zweckmäßigerweise mit der Maschine 1 gekoppelt ist, oder von auf dem Zylinderblock 2 angeordneten Aufnehmern aus.
Mit besonderer Bezugnahme auf die 3 und 4, kann das Antriebszahnrad 26 mit Kurbelgehäuse 6A verschraubt und von einer Keilnut (nicht dargestellt) gehalten werden. Das Motoröl kann durch das Kurbelgehäuse 6 und/oder den Zylinderblock 2 in die Ölablauftrakte 85A und 85B und dann in die Stirngehäuseteile 7A und 7B ablaufen, um über innere Ölkanäle oder externe Rohre (nicht dargestellt) zum Tank zurückzukehren. Das antriebsseitige Hauptlager 25A kann von einer separaten Platte 8 getragen werden, die mittels der Maschinenschrauben 10 und Abstandhalter 9 am Stirngehäuseteil 7A befestigt ist, was einen Spalt für das Antriebszahnrad 26 und die Synchronisierungsring-Steuermechanismen 17I und 17T zulässt. Indem man die Kurbelwelle 20 verlängert, so dass sie über die Stirngehäuseteile 7A und 7B übersteht, können Module der Maschine 1 miteinander verbunden werden.
Mit Bezugnahme auf 9 befindet sich zwischen den gehäuseteilseitigen Dichtringen und dem Stirngehäuseteil 7 um jeden Trakt herum ein "O"-Ring 88 aus synthetischem Gummi, der teilweise in eine Nut 89 im Stirngehäuseteil 7 eingesetzt ist und auf die Rückseite des Dichtrings drückt. Ein Druck auf die Anordnung stellt sicher, dass der Dichtring fest gegen die mit ihm gepaarte Oberfläche angepresst wird, jedoch nicht stark genug, um den Spalt um den "O"-Ring 88 aus synthetischem Gummi herum zu schließen, was es erlaubt, die Dichtfunktion zu erreichen, indem die mit Teflon beschichtete Oberfläche des Dichtrings gegen die mit ihr gepaarte Oberfläche reibt. Die Passstifte stellen sicher, dass sich jeder Dichtring immer in Deckung mit seinem zugehörigen Trakt befindet. Veränderungen infolge einer Ausdehnung beim Aufwärmen und während des Verlaufs des Betriebs wird dadurch Rechnung getragen, dass die "O"-Ringe aus synthetischem Gummi hinter den Dichtringen kompressibel sind und die Positionierungspassstifte mit Gleitsitz in ihren Positionierungslöchern sitzen.
Dieses Dichtungssystem kann auch an den inneren Zylinder-Portöffnungen verwendet werden, wodurch beide Dichtringe schwimmend wären. Jeder Dichtring ist ein ganzer Kreis, der einen fortwährenden Kontakt sicherstellt. Die Dichtringe und die Synchronisierungsringe können auf ihren gepaarten Oberflächen mit Teflon beschichtet sein. Sie können durch Federdruck unterstützt werden.
Kraftstoff und Luft kommunizieren mit der Maschine 1 über Luftdrosseln 117A und 117B, Reed-Ventile 97A und 97B, Einlasstrakte 82A und 82B, Überströmtrakte 83A und 83B, Überströmverbindungsröhren 15A und 15B, Reed-Ventil 98, Luftröhren 13A und 13B, Druckentlastungsröhren 18A und 18B, Einlass-Portöffnung 38, Überström-Portöffnung 39, äußere Portöffnung 40 und Luft-Portöffnung 41. Kraftstoff wird über Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 116A und 116B mit Luft zusammengeführt.
Dichtungsmechanismen, wie dargestellt, schließen Verbindungsstangen-Öldichtungen 28 und Gasdichtungen 29, Kurbelgehäuse-Öldichtungen 86A und 86B, Antriebsgehäuse-Öldichtung 87, Ölablasstrakt-Dichtungen 118A und 118B und Stirngehäuseteiltrakt-"O"-Ring-Dichtungen 88 ein. Ebenfalls eingeschlossen sind gehäuseteilseitige Einlassdichtringe 52A und 52B, gehäuseteilseitige Überströmdichtringe 56A und 56B, gehäuseteilseitige Luftdichtringe 60A und 60B, Überströmplatten 64A und 64B, Abgasplatten 69A und 69B, zylinderseitige Einlassdichtringe 43A und 43B, zylinderseitige Überströmdichtringe 45A und 45B, äußere Dichtringe 47A und 47B, zylinderseitige Luftdichtringe 49A und 49B, Einlasssynchronisierungsringe 90A und 90B, Überströmsynchronisierungsringe 92A und 92B sowie Abgasrohrringe 78.
Verbrennungsgase treten in den Zylinder 4 über zylinderseitige Einlassdichtringöffnungen 44A und 44B, zylinderseitige Überströmdichtringöffnungen 46A und 46B, äußere Dichtringöffnungen 48A und 48B, zylinderseitige Luftdichtringöffnungen 50A und 50B, gehäuseteilseitige Einlassdichtringöffnungen 53A und 53B, gehäuseteilseitige Überströmdichtringöffnungen 57A und 57B, gehäuseteilseitige Luftdichtringöffnungen 61A und 61B, Überströmplattenüberströmöffnungen 65A und 65B und Druckentlastungsöffnungen 66A und 66B, Einlasssynchronisierungsringöffnungen 91A und 91B sowie Überströmsynchronisierungsringöffnungen 93A und 93B ein.
Abgase treten durch die äußere Portöffnung 40, die äußere Dichtringöffnung 48 und die Abgasplattenöffnung 70 in das Abgasrohr 77 aus.
Die Relativpositionen der zylinderseitigen Dichtringe können durch Senkschrauben aufrecht erhalten werden. Die Stirngehäuseteile 7A und 7B weisen Passbohrungen 55, 59, 63, 68 und 74 auf, die gehäuseteilseitige Dichtringpositionierstifte 54, 58, 62, 67 und 73 aufnehmen.
Die Synchronisierungsringe 90 und 92 können sich über die langgestreckten Schlitze 95 im Stirngehäuseteil 7 um einige Grad drehen, was eine Bewegung der Rückhaltestangen 94 erlaubt, die durch die Steuerplatten 110I und 110 positioniert werden.
Es soll festgestellt werden, dass Gasdurchlässe in den Stirngehäuseteilen 7 als "Trakte", in den Zylindern 4 als "Portöffnungen" und in den Dichtringen als "Öffnungen" bezeichnet werden. Eine "Einlasskammer" 35 wird im Zwischenraum zwischen der Basis des Kolbens 31 und dem Zylinderblock 2 begrenzt. Eine "Hilfskammer" 37 wird im Zwischenraum um den Kolben 31 herum zwischen der Kolbenbasis mit größerem Durchmesser und dem äußeren Zylinder 33 mit kleinerem Durchmesser begrenzt. Eine "Expansionskammer" wird im Zwischenraum zwischen der Krone des Kolbens 31 und dem Zylinderkopf 34 begrenzt.
Merkmale von Formen der beschriebenen Anordnungen schließen ein:

1. Die Synchronisierung der Einlass-Portöffnungen, Überström-Portöffnungen und äußeren Portöffnungen wird durch die Position des Zylinderblocks und nicht durch den Kolben selbst gesteuert.
2. Das übergeströmte Gas tritt durch die äußere Portöffnung in den äußeren Zylinder ein, so dass eine schwimmende Überströmplatte erforderlich ist. Die Überströmöffnung kann mit dem Überströmtrakt über eine flexible Röhre verbunden sein, die zwischen der Überströmplatte und dem Stirngehäuseteil angeordnet ist.
3. Jegliches unverbrauchtes Kraftstoff-/Luft-Gemisch wird zu der ankommenden Ladung zurückgeführt, weil die Druckentlastungsöffnung über ein separates Rohr mit dem Einlasstrakt verbunden ist.
4. Das kurbelwellenseitige Ende der Verbindungsstange läuft in Führungen im Kurbelgehäuse, welche die Torsionsbelastungen auf die Kurbelwelle verringern.
5. Die Kurbelwelle ist über zwei "Huckepack"-Mitläuferzahnräder indirekt mit dem Kurbelgehäuse gekoppelt. Dies gestattet es, der Kurbelwelle für eine größere Festigkeit einen größeren Durchmesser zu geben, während die richtige Drehrichtung in Bezug zum Kurbelgehäuse aufrecht erhalten wird.
6. Die positive Übersetzung zwischen dem Kurbelgehäuse und der Kurbelwelle verringert den seitlichen Schub zwischen dem Kolben und dem Zylinder während einer Drehung unter Betriebsbedingungen, wodurch Verschleiß und Reibung verringert werden.
7. Das überstrichene Volumen der Ansaugkammer kann gleich dem überstrichenen Volumen der Expansionskammer gemacht werden, indem man die Bohrung des inneren Zylinders vergrößert, um einen Ausgleich für das Volumen der Verbindungsstange zu schaffen. Eine Ansaugkammer mit größerem Fassungsvermögen würde die Maschine überladen.
8. Die Hilfskammer ist zur Atmosphäre hin offen, um Pumpverluste zu verringern und den Kolben intern zu kühlen.
9. Die Primärkompression wird vergrößert, weil die massive Basis des Kolbens im unteren Totpunkt bündig mit dem Zylinderblock zusammentrifft.
10. Veränderungen des Laufspalts aufgrund der Ausdehnung beeinträchtigen die Abdichtung der Maschine nicht, weil die Dichtringpositionierstifte in ihren Positionierlöchern gleiten können und die "O"-Ring-Dichtungen kompressibel sind.

6 zeigt eine der Kurbelgehäusehälften 6A mit dem Kurbelgehäusezahnrad 23. Das Kurbelgehäuse 6 besteht aus zwei Hälften 6A und 6B, die mit dem Zylinderblock 2 verschraubt sind, um die inneren Öldichtungen 28 und die äußeren Gasdichtungen 29 um die Verbindungsstangen 30 herum zu positionieren. Die Öldichtungen 28 und die Gasdichtungen 29 werden über Vertiefungen positioniert, die maschinell in den Zylinderblock 2 eingearbeitet werden.
7 zeigt die jeweiligen Positionen des Abgasplattenspaltlochs 71, der Passstiftpositionierlöcher 55, 59, 63, 68 und 74, der langgestreckten Synchronisierungsringschlitze 95, des Einlasstrakts 82, des Überströmtrakts 83, des Überströmverbindungsröhrenspaltlochs 16, des Druckentlastungsröhrenspaltlochs 19, der Maschinenschraubenlöcher und der Abgasrohrschraubenlöcher 80 in einem Stirngehäuseteil 7A. Um jeden Trakt herum befindet sich eine Nut 89, um eine "O"-Ring-Dichtung 88 aus synthetischem Gummi zu positionieren. Die Nuten 89, die keinen Trakt umschließen, positionieren einen "O"-Ring aus synthetischem Gummi, der als Abstandhaltergummi dient, um den Druck auf den Dichtring um die Gesamtheit seiner Oberfläche herum zu vergleichmäßigen.
8 zeigt die jeweiligen Positionen des mit Teflon beschichteten gehäuseteilseitigen Einlassdichtrings 52, Überströmdichtrings 56 und Luftdichtrings 60 und der mit Keramik beschichtete Überströmplatte 64 und Abgasplatte 69.
Der Schnitt AA in 8 ist ein Querschnitt der Abgasplatte 69, aufgenommen durch einen Positionierstift 73, der die wärmebeständige Hülse 75 und die Druckfeder 72 zeigt.
Der Schnitt BB in 8 ist ein Querschnitt des gehäuseteilseitigen Einlassdichtrings 52 und Überströmdichtrings 56 sowie der Überströmplatte 64, aufgenommen durch die Einlassöffnung 53, die Überströmöffnung 57 und die Überströmplattenüberströmöffnung 65. Sie zeigt auch die "O"-Ring-Dichtungen 88 aus synthetischem Gummi, ihre Positioniernuten 89, die Überströmverbindungsröhre 15 und die langgestreckten Schlitze 95 für die Synchronisierungsring-Rückhaltestangen 94.
Der Schnitt CC in 8 ist ein Querschnitt des gehäuseteilseitigen Einlassdichtrings 52 und Überströmdichtrings 56, der durch den Positionierstift 54 aufgenommen wurde und die "O"-Ring-Dichtung 88 des gehäuseteilseitigen Dichtrings 56 zeigt.
Der Schnitt DD in 8 ist ein Querschnitt der Abgasplatte 69, aufgenommen durch die Abgasplattenöffnung 70. Die Abgasplatte 69 kann auf ihrer reibenden Oberfläche mit Keramik beschichtet sein und vom Stirngehäuseteil 7 weg angeordnet sein. Die Abgasplattenröhre 76 ist über das Abgasrohr 77 passend dargestellt, das durch die Abgasrohrringe 78 abgedichtet ist, welche in derselben Weise wie Kolbenringe abdichten. Das Abgasrohr 77 kann am Stirngehäuseteil 7 durch Schrauben 79 und wärmebeständige Unterlegscheiben 81 befestigt werden. Es sollte ein ausreichend großer Spalt zwischen dem Abgasrohr 77 und dem Stirngehäuseteil 7 vorhanden sein, um einen freien Hindurchtritt von Kühlluft zu ermöglichen und die Kontaktfläche auf einem Minimum zu halten, um Wärmeübertragung und Verformung zu vermindern.
9 zeigt die jeweiligen Positionen des mit Teflon beschichteten zylinderseitigen Einlassdichtrings 43, Überströmdichtrings 45 und Luftdichtrings 49, welche die versenkten Positionierlöcher 51 zeigt, sowie den mit Keramik beschichteten äußeren Dichtring 47. Der zylinderseitige Einlassdichtring 43 und der Überströmdichtring 45 können zusammen in einem Stück hergestellt werden. Der zylinderseitige Luftdichtring 49 kann das Hohlrad für den Startermotor einschließen.
10 zeigt die Synchronisierungsringe 90 und 92, wobei sie zeigt, dass ihre Öffnungen 91 und 93 kürzer sind als die gehäuseteilseitigen Dichtringöffnungen 53 und 57, um ihre Bewegung zu ermöglichen, ohne den Gasstrom zu gefährden.
Der Schnitt EE in 10 ist ein Querschnitt der mit Teflon beschichteten Synchronisierungsringe 90 und 92, aufgenommen durch die Überströmsynchronisierungsringöffnung 93 und die Einlasssynchronisierungsring-Rückhaltestange 94.
Mit besonderer Bezugnahme auf die 11 bis 15 einschließlich werden aufeinanderfolgende Betriebsphasen der Maschine 1 beschrieben.
11 zeigt den Kolben 31 beim Expansionshub. Das Abgasrohr 77 ist bereits zur äußeren Portöffnung 40 hin offen, indem die Abgasplattenöffnung 70 mit der äußeren Dichtringöffnung 48 ausgerichtet ist. Dies erfolgt, bevor der Kolben 31 die äußere Portöffnung 40 freigibt, so dass dem Abgas der kleinste Widerstand geboten wird. Die Unterseite des Kolbens 31 drückt die frische Ladung in den Überströmtrakt 83.
12 zeigt den Kolben 31 bei Annäherung an den unteren Totpunkt, nachdem das Hochdruckabgas im äußeren Zylinder 33 durch das Abgasrohr 77 freigegeben worden ist. Die Luft-Portöffnung 41 ist über das Reed-Ventil 98 und die Luftdrossel 117 zur Atmosphäre hin offen, was es ermöglicht, dass frische kalte Luft über die Krone des Kolbens 31 strömt, nachdem sie durch den vom entweichenden Gas erzeugten niedrigen Druck in den äußeren Zylinder 33 geführt worden ist, wobei die Expansionskammer 36 von jeglichem restlichem Abgas gereinigt wird.
13 zeigt den Kolben 31 im unteren Totpunkt, wenn die zylinderseitige Einlassdichtringöffnung 44, Überströmdichtringöffnung 46, äußere Dichtringöffnung 48 und Luftdichtringöffnung 50 sämtlich geschlossen sind.
14 zeigt den Kolben 31, der mit dem Kompressionshub beginnt. Das übergeströmte Gas kann nicht entweichen, um das Abgas zu verunreinigen, weil die Überströmplattenüberströmöffnung 65 nicht geöffnet wird, bis sich die Abgasplattenöffnung 70 geschlossen hat. Die Unterseite des Kolbens 31 beginnt mit dem Ansaughub.
Mit besonderer Bezugnahme auf 15 ist bei niedrigen Maschinengeschwindigkeiten genug Zeit vorhanden, damit das gesamte übergeströmte Gas in den äußeren Zylinder 33 eintreten kann, bevor der Kolben 31 die äußere Portöffnung 40 verschließt. Bei hohen Maschinengeschwindigkeiten wird diese kritische Zeit verkürzt. Somit öffnen sich die Druckentlastungsöffnungen 66A und 66B in den Überströmplatten 64A und 64B, nachdem sich die Überströmplattenüberströmöffnungen 65A und 65B sowie die äußere Portöffnung 40 geschlossen haben. Die Druckentlastungsröhren 18A und 18B ermöglichen es, dass jegliche restliche frische Ladung, die in der äußeren Portöffnung 40 gefangen sein kann, zu den Einlasstrakten 82A und 82B zurückgeführt wird. Somit verbleibt das nächste Mal, wenn sich die Maschine 1 in der Abgasphase befindet, keine restliche frische Ladung in der äußeren Portöffnung 40 zurück.
16 zeigt eine elektrische Schaltung und 17 zeigt einen Mechanismus zum Steuern der Position der Synchronisierungsringe 90 und 92. Die Tachometernadel ist vom Antriebsbolzen elektrisch isoliert, und ihre Spitze tritt mit leitenden Streifen in Kontakt, die den Maschinengeschwindigkeitssteuerpunkten zugeordnet sind. Das andere Ende der Nadel tritt mit einem anderen Streifen in Kontakt, der über einen elektrischen Widerstand mit einen positiven Potenzial verbunden ist. Diese Streifen sind vom Tachometerkörper isoliert und können in Abhängigkeit von den von der Maschine 1 geforderten Leistungseigenschaften in gleichmäßigen Abständen angeordnet sein, oder nicht, wie dies auch für die Nuten 109 in den Synchronisierungsringsteuerplatten 110 der Fall sein kann. Die Bewegung von einem Einlasssynchronisierungsring 90A wird beschrieben. Der andere Einlasssynchronisierungsring 90B kann durch eine ähnliche elektrische Schaltung und einen ähnlichen Mechanismus 17IB gesteuert werden. Die Überströmsynchronisierungsringe 92A und 92B können ähnliche elektrische Schaltungen und Mechanismen 17TA und 17TB verwenden.
Mit Bezugnahme auf die 16 und 17 sei angenommen, dass sich die Maschine mit 3500 U/min drehte und sich nun mit 5500 U/min dreht. Die Tachometernadel legt am zugehörigen Kontakt 113IA ein positives Potenzial an, wodurch das Relais "RW" betätigt wird. Der Kontakt "RW1" bereitet die Betätigung des Relais "R" vor. Der Kontakt "RW2" betätigt die Verriegelungs-Magnetspule "ILS". Wenn die Zunge der Verriegelungs-Magnetspule "ILS" kurz davor ist, die Nut 109IA in der Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA zu verlassen, werden die Kontakte "ILS" betätigt. Der Kontakt "ILS2" betätigt das Relais "R" über "RW1", das bereits betätigt ist. Der Kontakt "ILS1" ist mit dem Relais "A" verbunden.
Der Kontakt "R2" erregt die Verzögerungsventile "RA" und "RB", was es gestattet, einen Öldruck an einem Ende der Plungerstange 115IA anzulegen, während der Druck von anderen Ende entlastet wird. Öl unter Druck aus der Ölpumpe tritt in einen Steuerzylinder 114RA ein und drückt die Plungerstange 115IA gegen die Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA mit dem daran befestigten federbelasteten Kontakt 111IA, was bewirkt, dass er sich bewegt und das negative Potenzial vom Kontakt 113IA auf dem Kontaktsteuerstreifen 112IA beseitigt, wodurch das Relais "RW" freigegeben wird. Der Kontakt "RW2" gibt die Verriegelungs-Magnetspule "ILS" frei, so dass sie auf dem Rand der Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA ruht. Die Kontakte "ILS" bleiben betätigt, bis der Federdruck bewirkt, dass die Zunge der Verriegelungs-Magnetspule "ILS" in die nächste Nut 109IA in der Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA eintritt, wenn sie miteinander ausgerichtet werden. Dies hält die Synchronisierungsringsteuerplatte 110IA starr in Position und setzt die Kontakte "ILS" auf normal zurück. An diesem Punkt ist der Kontakt 113IA auf dem Kontaktsteuerstreifen 112IA so angeordnet, dass über den federbelasteten Kontakt 111IA in der Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA ein negatives Potenzial an ihm angelegt wird. Der Kontakt "ILS2" gibt das Relais "R" frei. Der Kontakt "R2" gibt die Verzögerungsventile "RA" und "RB" frei, wodurch der Öldruck von der Plungerstange 115IA entlastet wird.
Eine Vergrößerung der Maschinengeschwindigkeit auf 8000 U/min würde einen ähnlichen Vorgang über das Relais "RV" wiederholen. Eine Verringerung der Maschinengeschwindigkeit zurück auf 3500 U/min würde über das Relais "AW" und die Vorlaufventile "AA" und "AB" bewirken, dass die sich Einlasssynchronisierungsringsteuerplatte 110IA in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Die Bewegung der Synchronisierungsringsteuerplatte 110 positioniert über die Rückhaltestangen 94 den zugehörigen Synchronisierungsring.
18 zeigt eine elektrische Schaltung, und 19 zeigt einen Mechanismus zum Steuern der Position der Lüftungen 106A und 106B. Die Temperaturmessernadel ist elektrisch vom Antriebsbolzen isoliert, und ihre Spitze tritt mit leitenden Streifen in Kontakt, die den Maschinentemperatursteuerpunkten zugeordnet sind. Das andere Ende der Nadel tritt mit einem anderen Streifen in Kontakt, der über einen elektrischen Widerstand mit einen positiven Potenzial verbunden ist. Diese Streifen sind vom Temperaturmesserkörper isoliert und können in Abhängigkeit von den von der Maschine 1 geforderten Leistungseigenschaften in gleichmäßigen Abständen angeordnet sein, oder nicht, wie dies auch bei den Nuten 109A in der Lüftungssteuerplatte 110A der Fall ist.
Mit Bezugnahme auf die 18 und 19 sei angenommen, dass die Maschine 1 bei 110 Grad C lief und nun bei 120 Grad C läuft. Die Temperaturmessernadel legt ein positives Potential am zugehörigen Kontakt 113A an, wobei das Relais "OW" betätigt wird. Der Kontakt "OW1" bereitet die Betätigung des Relais "O" vor. Der Kontakt "OW2" betätigt die Verriegelungs-Magnetspule "ALS". Wenn die Zunge der Verriegelungs-Magnetspule "ALS" kurz davor ist, die Nut 109A in der Lüftungssteuerplatte 110A zu verlassen, werden die Kontakte "ALS" betätigt. Der Kontakt "ALS2" betätigt das Relais "O" über den Kontakt "OW1", der bereits betätigt ist. Der Kontakt "ALS1" ist mit dem Relais "C" verbunden.
Der Kontakt "O2" erregt die Öffnungsventile "OA" und "OB", was es gestattet, an einem Ende der Plungerstange 115A einen Öldruck anzulegen, während der Druck vom anderen Ende entlastet wird. Das Öl unter Druck aus der Ölpumpe tritt in einen Steuerzylinder 1140 ein und drückt die Plungerstange 115A gegen die Lüftungssteuerplatte 110A mit dem daran befestigten federbelasteten Kontakt 111A, was bewirkt, dass er sich bewegt und das negative Potenzial vom Kontakt 113A auf dem Kontaktsteuerstreifen 112A beseitigt, wobei das Relais "OW" freigegeben wird. Der Kontakt "OW2" gibt die Verriegelungs-Magnetspule "ALS" frei, so dass sie auf dem Rand der Lüftungssteuerplatte 110A ruht. Die Kontakte "ALS" bleiben betätigt, bis der Federdruck bewirkt, dass die Zunge der Verriegelungs-Magnetspule "ALS" in die nächste Nut 109A in der Lüftungssteuerplatte 110A eintritt, wenn sie damit ausgerichtet wird. Dies hält die Lüftungssteuerplatte starr in Position und führt die Kontakte "ALS" in ihre normale Position zurück.
An diesem Punkt ist der Kontakt 113A auf dem Kontaktsteuerstreifen 112A so positioniert, dass über den federbelasteten Kontakt 111A in der Lüftungssteuerplatte 110A ein negatives Potenzial angelegt wird. Der Kontakt "ALS2" gibt das Relais "O" frei. Der Kontakt "O2" gibt die Öffnungsventile "OA" und "OB" frei, wobei der Öldruck von der Plungerstange 115A beseitigt wird.
Eine Temperaturzunahme auf 130 Grad C würde einen ähnlichen Vorgang über das Relais "OV" wiederholen. Eine Temperaturabnahme zurück auf 110 Grad C würde bewirken, dass sich die Lüftungssteuerplatte 110A über das Relais "CW" und die sich schließenden Ventile "CA" und "CB" in der entgegengesetzten Richtung bewegt. Die Bewegung der Lüftungssteuerplatte 110A positioniert die Lüftungen 106A und 106B über die Steuerkabel 107A und 107B und die Spannfedern 108A und 108B.
Merkmale von Formen der beschriebenen Anordnungen schließen ein:

1. Beim Expansionshub gibt der Kolben zuerst die äußere Portöffnung frei und gibt dann die Luft-Portöffnung frei. Kein Kraftstoff-/Luft-Gemisch tritt in den äußeren Zylinder ein, bis die Überströmplattenüberströmöffnung durch die äußere Dichtringöffnung im richtigen Zeitpunkt geöffnet wird.
2. Im unteren Totpunkt wird der äußere Zylinder über ein Reed-Ventil und die Luftdrossel zur Atmosphäre hin geöffnet, was es gestattet, dass frische kalte Luft über die Krone des Kolben strömt und den äußeren Zylinder von jeglichem restlichem Abgas reinigt.
3. Die Menge an Reinigungsluft, die in den äußeren Zylinder eintritt, ist proportional zum Kraftstoff, der von der Maschine verbraucht wird, weil der Luftstrom durch die Luftdrossel gesteuert wird.
4. Es gibt keine Verunreinigung des Abgases durch die frische ankommende Ladung, weil die Abgasplattenöffnung durch die wärmebeständige Keramikdichtung (z.B. Siliziumnitrid oder Zirkoniumoxid) des äußeren Dichtrings geschlossen wird, bevor sich die Überströmplattenüberströmöffnung öffnet.
5. Eine Kraftstoffverschwendung wird minimiert, weil jegliches Kraftstoff-/Luft-Gemisch, das nicht in den äußeren Zylinder geleitet wird, über das Druckentlastungsrohr zum Einlasstrakt zurückgeführt wird.
6. Die Synchronisierung der Ansaug- und/oder Überströmphasen der Maschine wird in Beziehung zur Geschwindigkeit der Maschine automatisch verändert.
7. Die Maschinentemperatur wird unter Laufbedingungen automatisch gesteuert, indem die Luft- und/oder Öltemperatur überwacht und der Kühlluftstrom verändert wird.
8. Die elektrische Steuerschaltung für die Lüftungen kann ähnlich sein, wie die elektrische Steuerschaltung für die Synchronisierungsringe.
9. Der Steuermechanismus für die Lüftungen kann ähnlich sein, wie der Steuermechanismus für die Synchronisierungsringe.
10. Die keramikbeschichteten Abgas- und Überströmplatte sind in wärmebeständigen Hülsen im Stirngehäuseteil verschiebbar montiert.
11. Die Abgasplatte weist eine größere freiliegende Oberfläche auf der Abgasrohrseite als auf der Zylinderseite auf, so dass der Druck des Abgases die Abgasplatte gegen den äußeren Dichtring abdichtet.

Das obige beschreibt nur einige der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und für den Fachmann offensichtliche Abwandlungen können daran vorgenommen werden, ohne den Umfang und Geist der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Es soll ersichtlich sein, dass in Übereinstimmung mit Versuchsdaten, die man in Bezug auf Parameter, wie Gasstrom und Gasgeschwindigkeit, Portöffnungsform, das Drehmoment der Maschine und die gewünschte Grenzgeschwindigkeit erhält, die Portöffnungssynchronisierung verändert werden kann, ebenso wie die Länge und Positionierung der Trakte (mit relativen Veränderungen an den geeigneten Dichtringöffnungen).
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Diese Erfindung kann bei Brennkraftmaschinen, mit interner oder externer Verbrennung arbeitenden Wärmekraftmaschinen, Hydraulikpumpen oder Hydraulikmotoren, Druckluftmotoren oder Kompressoren oder Dampfmaschinen oder Turbinen vom Rotationstyp angewandt werden. Eine Verwendung als Dampfmaschine würde es erforderlich machen, sämtliche Dichtringe mit Keramik zu beschichten.

Claims

Zweitakt-Motor vom Drehkolbentyp, einschließend einen Zylinderblock, der eine Mehrzahl von Zylindern enthält, drehbar in einem Maschinengehäuse montiert ist und indirekt mit einer zur Drehung innerhalb des Maschinengehäuses gelagerten Kurbelwelle gekoppelt ist, sowie Kolbenelemente, die auf der Kurbelwelle für eine Drehbewegung innerhalb des Zylinderblocks abgestützt sind, während sich die Kurbelwelle und der Zylinderblock in derselben Richtung drehen, wobei der Zylinderblock gegen das Maschinengehäuse durch verschiebbar montierte kreisförmige seitliche Dichtringe abgedichtet ist, mit Vorkehrungen für automatisch drehbare Ansaug- und/oder Überströmsynchronisierungsringe, und wobei das Maschinengehäuse verschwenkte Umfangslüftungen für einen automatisch veränderlichen Luftstrom aufweist.
Motor nach Anspruch 1, bei dem der Zylinderblock durch epizyklische Zahnräder mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 indirekt mit der Kurbelwelle gekoppelt ist.
Motor nach Anspruch 2, bei dem die epizyklischen Zahnräder zwei "Huckepack"-Mitläuferzahnräder umfassen.
Motor nach Anspruch 3, bei dem die Synchronisierung des Eintritts von Verbrennungsgasen in die Zylinder durch seitliche Eintrittstrakte gesteuert wird, die in den Stirngehäuseteilen zur Kommunikation mit Portöffnungen in den Zylindern angeordnet sind.
Motor nach Anspruch 4, bei dem die Portöffnungen der Zylinder und die seitlichen Eintrittstrakte durch innigen Kontakt zwischen rotierenden zylinderseitigen Dichtringen und stationären gehäuseteilseitigen Dichtringen und Abgasplatten abgedichtet sind.
Motor nach Anspruch 5, bei dem die Zylinder nach einer Verbrennung über Luftdrosseln und Reed-Ventile zur Atmosphäre hin offen sind, was es ermöglicht, dass frische kalte Luft über die Krone von einzelnen der Kolbenelemente strömt, wodurch die Zylinder von jeglichem restlichem Abgas gereinigt werden.
Motor nach Anspruch 6, bei dem die Menge der kalten Luft durch die Luftdrosseln synchronisiert wird, so dass sie proportional zur Menge des vom Motor verbrauchten Kraftstoff-/Luft-Gemischs ist.
Motor nach Anspruch 7, bei dem die Ansaug- und/oder Überströmphasen des Motors durch drehbare Synchronisierungsringe in Beziehung zur Geschwindigkeit des Motors automatisch verändert werden.
Motor nach Anspruch 8, bei dem die Lüftungsöffnung automatisch veränderbar ist, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Motors während des Betriebs innerhalb von eingestellten Grenzen bleibt.
Motor nach Anspruch 9, bei dem die Abdichtung der gehäuseteilseitigen Abgasplatte gegen den zylinderseitigen äußeren Dichtring durch den Druck des Abgases selbst erreicht wird.
Motor nach Anspruch 10, bei dem die Bewegung des kurbelwellenseitigen Endes der Verbindungsstange durch starre Führungen im Kurbelgehäuse gesteuert wird.
Motor nach Anspruch 11, bei dem einzelne der Kolbenelemente intern über Luft-Portöffnungen in der Zylinderwand gekühlt werden.
Motor nach Anspruch 12, bei dem die primäre Verdichtung des angesaugten Gases aufgrund der massiven Basis der Kolbenelemente vergrößert wird, die bündig mit dem Zylinderblock zusammen treffen.
Motor nach Anspruch 13, bei dem jeglicher unverbrauchter Teil des Kraftstoff-/Luft-Gemischs zur ankommenden Ladung zurückgeführt wird.
Motor nach Anspruch 14, bei dem eine Ausdehnung des Motors nach dem Erreichen der Betriebstemperatur aufgrund der kompressiblen "O"-Ring-Dichtungen aus synthetischem Gummi und der verschiebbar montierten Dichtringe die Abdichtung des Motors nicht beeinträchtigt.