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Brennkraftmaschine mit Zahnradkolben Es sind bereits Brennkraftmaschinen
bekannt, bei welchen der Kolben als Zahnradkolben ausgebildet ist und in einem mit
Innenverzahnung versehenen Hohlzylinder umläuft. Die Kraftübertragung erfolgt dabei
durch außenliegende Zahnräder, die Steuerung ist unabhängig von dem Zylinder, wodurch
sich eine ziemlich vielteilige und umständliche Gesamtanordnung der Maschine bei
verhältnismäßig ungünstigem Wirkungsgrad ergibt. Ferner sind Maschinen ähnlicher
Bauart bekanntgeworden, die entweder durch ein von außen zugeführtes Druckmittel
betrieben werden oder nach Art von Pumpen arbeiten, also nicht als Energieerzeuger
wirken. Im Gegensatz zu den eingangs erwähnten Brennkraftmaschinen liegen daher
hier wesentlich andere Aufgaben vor, insbesondere entfällt die Notwendigkeit der
Bildung von Verbrennungsräumen, deren richtige Anordnung gerade für den Aufbau und
den Wirkungsgrad einer Brennkraftmaschine von ausschlaggebender Bedeutung ist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Brennkraftmaschine mit in einem
mit Innenverzahnung versehenen Hohlzylinder umlaufen den Zahnradkolben, bei welcher
durch Kombination verschiedener, teils neuer, teils in. anderem Zusammenhange bereits
bekannter Merkmale und durch das Zusammenwirken der einzelnen Teile die Bildung
der Verbrennungsräume und die Steuerung der Zufuhr von Luft und Brennstoff in einer
neuartigen Weise sichergestellt werden, durch welche eine einwandfreie Arbeit bei
hohem Wirkungsgrad ermöglicht wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der mit Innenverzahnung versehene Hohlzylinder in an sich bekannter `'eise in einem
hohlzylindrischen Gehäuse umläuft und als Steuerschieber für das Brennstoff-Luft-Gemisch
dient, das durch ihn in die zusammen mit den Steuerschlitzen als Verbrennungsräume
dienenden Zahnlücken der mit ihm in Eingriff stehenden Arbeitskolben eintritt, die
mit der gleichfalls gezahnten, in der Mittelachse des Steuerschiebers angeordneten
Arbeitswelle kämmen. Dabei werden beim Umlauf des Hohlschiebers durch die Zahnlücken
der Arbeitskolben und des Steuerschiebers und durch die Wandungen besonders eingebauter
Zwischenkörper weitere zusätzliche Expansionsräume
gebildet, in
welchen die Spannkraft der Gase auf die vorhergehenden Zähne der einzelnen Arbeitskolben
übertragen wird. Die Zündkerzen, die in bekannter Weise ist Bohrungen des sind so
angeordnet, daß sie den Steuerschlitzen in einer Stellung gegenüberstehen, bei welcher
der Arbeitskolben seine äußere Totpunktlage eben überschritten hat. Dadurch wird
erreicht, daß die Entzündung und die Explosion erst erfolgen, wenn der Kolben sich
uni etwa .I bis 5 Grad aus der Stellung dvr höchsten Kompression herausgedreht hat,
so daß die Explosionsdrücke im Sinne einer Umdrehung zur Wirkung kommen.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die zwischen
den Arbeitskolben der Arbeitswelle und dein hohlen Steuerzvlinder eingebauten Zwischenkörper
als Entlüftungskörper mit Durchbrechungen ausgeführt sind, durch welche Abgase und
Kühlluft abgeleitet werden, und zwar zweckmäßig über Rückstoßdüsen, in welchen ihre
Energie im Sinne eines Rückstoßantriebes ausgenutzt wird.
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Wesentlich für den Erfindungsgegenstand ist also die Verwendung eines
zugleich als Steuerschieber dienenden Hohlzylinders mit Innenverzahnung, in welche
die Zähne der Arbeitskolben eingreifen. Dabei wird das Brennstoff-Luft-Gemisch in
den Steuerschlitzen und den Zahnlücken verdichtet und die Energie unmittelbar von
den Zahnkolben auf die gleichfalls gezahnte Arbeitswelle übertragen. Dieser fällt
die weitere Aufgabe zu, mit Hilfe ihrer Zahnlücken im Zusammenwirken mit den Zahnlücken
der Arbeitskolben die verbrannten Gase aufzunehmen und deren Abströmung durch die
Öffnungen des Entlüftungskörpers zu steuern, wobei sie zugleich an den Anlaufflächen
abdichten inuß. Dadurch, daß die durch die Kolben erzeugten Kräfte unmittelbar auf
die Arbeitsweile übertragen «-erden, ist zugleich ein Überdrehen eines einzelnen
Kolbens unmöglich gemacht.
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Durch die neue Anordnung werden gegenüber allen ähnlichen -Maschinen
eine sehr gedrängte Bauart und ein sehr guter Wirkungsrad erzielt, da die Expansion
der Gase in erheblich höherem -Maße nutzbar gemacht wird als bei den bekannten Maschinen.
Auch die sehr wirksame Kühlung und die Ausnützung der Rückstoßkraft der Auspuffgase
tragen zur Erhöhung des Wirkungsgrades bei. Es -ist auf diese Weise möglich, inahezu
die gesamte, bei der Verbrennung erzeugte Energie einschließlich der Restenergie
der =Auspuffgase nutzbar zu machen.
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Die Regelung der Leistung kann bei dieser Maschine von Hand oder selbsttätig
durch einen Druckregler erfolgen, indem das Mischungsverhältnis des Brennstoff-Luft-Gemisches
verändert wird.
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Durch Vertauschen der Zündkerzen finit einer Einspritzdüse kann der
Motor leicht ani Betrieb als Rohölmotor umgestellt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel finit den Merkmalen der Erfindung ist in den
Zeichnungen in schematischer Form dargestellt.
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Fig. i zeigt einen Querschnitt nach der Linie C-C der Fig. 2, Fig,
2 einen Längsschnitt nach der. Linie A-A der Fig. i, aus welchem die Lage der Einlaßöffnungen
und der Einlaßschlitze des Hohlschiebers ersichtlich ist, Fig.3 einen Längsschnitt
nach der Linie b'-B der Fig. i, aus welchem die Prel.iluftkanäle und die Entlüftungskörper
mit Rückstoßdüse ersichtlich sind.
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Das Gehäuse i besitzt einen zylindrischen Innenraum 2, in den eine
Laufbüchse 3 eingesetzt ist, in welcher sich ein tunlauferider Steuerschieber 4.
bewegt. Ferner Weist das Gehäuse i längs seines Umfanges die Einlaßöffnungen 5,
Bohrungen ö für die Zündkerzen sowie Preßluftkanäle j (vgl. Fig. 3 auf. Der Steuerschieber
4 besitzt eine Inr1enverzahnung 8, in deren Zahnlücken 9 Steuerschlitze io vorgesehen
sind. durch @@-clche beim -Umlauf des Steuerschiebers die Eirilaßöffnungen 5 selbsttätig
freigegeben und wieder abgedichtet werden. Die Steuerschlitze io dienen zugleich
als Konipresions-und Explosionsraum. Die Laufbüchse 3 ist gegenüber den Einlaf)öffnungen
5 des häuses mit je drei Schlitzen 29 versehen.
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In Bohrungen i i des hinteren =lbschlul.@-deckels 12 sind Wellen 13,
14, 15 und 1C) eingepreflit, die zur Aufnahme von Zalinradkolben i;, i8,
ig und 2o dienen. Der liint:re _lbsclilußdecl:el 12 nimmt ferner das h@igellager
2i auf, in dein die gezahnte _@rheitwelle 22 gelagert ist sowie die Dichtungen -23,
24 zur Abdichtung des Schmieröles.
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den Abschlußdeckel 12 sind vier Entliiftuilgskörper .IS angegossen,
in denen Durchbrechungen 46 zur Abführung der Allgase und der Kühlluft vorgesehen
sind. In dein vorderen Abschlußdeckel ?5 ist die .@rbeits-Welle 22 genau so gelagert
Wie im .@bsch@u;;-deckel 12, jedoch besitzt der _',bschlul@dcl;el 5 vier I'retlltiftlzanäle
26, mittel:: #.@-elcli=@l die Zahliradkolben und die Arbeitswelle 2= durch Prellluft
gekühlt werden.
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Die Entlüftungskörper 4 ; verengen sich itl der Richtung gegen den
liiriteren .lbschlu@ldeckel, was einen gleichmäßigen _lbzu- d_-t-Gase voni Entliifttingskörper
zur Rückst(-n;-düse .;_j zur Folge hat, wobei die t@esch«-ittdigiceit der Abgase
und der Preßluft gcsteifiert
wird. In Fig.3 ist ein Preßluftabführungskana127
gestrichelt eingezeichnet, der die erwärmte Kühlluft zur Rückstoßdüse 47 leitet
und in dieser zum Rückstoßantrieb mit verwendet wird.
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Die Arbeitswelle 22 besitzt eine durchgehende Bohrung 28, durch welche
die Welle gekühlt wird. Die Entlüftungskörper 45 besitzen gekrümmte Anlaufflächen
30, 31, 32 und 33, an denen die Arbeitswelle 22, die Zahnradkolben 17, 18, i9 und
2o und der Zahnkranz 8 des Hohlschiebers .4 anlaufen und abdichten. Das Gehäuse
i ist von einem Kühlraum 3.4 umgeben, der mit den Kühlräumen 35 und 36 der beiden
Abschlußdeckel in Verbindung steht.
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Der hintere Abschlußdeckel12 kann mit dem vorderen Abschlußdeckel25
verschraubt werden, so daß sich die Entlüftungskörper .15 nicht senken oder verschieben
können. Ferner besitzt der Abschlußdeckel 1.2 einen Flansch 37, der zur Aufnahme
des Apparateträgers dient, an dem die einzelnen Hilfsaggregate, wie z. B. Gebläse,
Wasserpumpe, Zünder usw., angebaut sind. An den Stirnseiten zwischen den Abschlußdeckeln
und den Zahnradkolben, der Arbeitswelle und dem Hohlschieber befindet sich eine
Dichtplatte 48, die ein Überströmen des Gas-Luft-Gemisches von der einen Zahnlücke
zur anderen verhütet und außerdem ein Eingraben der Kolben verhindert.
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Die Arbeitsweise des Motors ist wie @Olgt: Die Arbeitswelle 2z steht
mit den Zahnradkolben 17, 18, 19 und zo, diese wiederum mit dem Zahnkranz
8 des umlaufenden Steuerschiebers d. im Eingriff; durch die in den Zahnlücken 38
stattfindenden Explosionen werden diese Teile in Richtung der Pfeile in Drehung
versetzt. Das unter Druck zugeführte Gas-Luft-Gemisch gelangt zu den Ein, laßöffnungen
5, die durch die Steuerschlitze io freig:geben werden, so daß das Gas-Luft-Gemisch
in die anschließende Zahnlücke 38 gelangen kann, die durch den Eingriff des Zahnes
39 abgedichtet wird. Durch den Eingriff des Zahnes 39 wird das Gas-Luft-Gemisch
in der Zahnlücke und in den Steuerschlitzen verdichtet. Wenn der Zahn seine tiefste
Eingriffslage erreicht hat, ist der umlaufende Steuerschieber 4. zwangsläufig so
weit gewandert, daß die Steuerschlitze io in den Bereich der Zündkerzen 6 gelangt
sind, die nun in Tätigkeit treten und das Gas-Luft-Gemisch zur Explosion bringen.
Die hochgespannten Gase drücken den Zahn aus der Zahnlücke heraus, und zwar derart,
daß von den vier Zahnradkolben 17, 18, i9 und 2o die Arbeitsleistung auf die Arbeitswelle
22 übertragen wird. Wenn nun der Zahn 39 des Zahnkolbens die Zahnlücke verlassen
will, hat sich inzwischen der Zahn 4o des Hohlschiebers so weit vorwärts bewegt,
daß er die Anlauffläche überdeckt und somit ein Abziehen der Gase verhindert. Durch
diese Überdeckung entsteht ein Expansionsraum 41, in dem sich die Gase weiter ausdehnen
und auf die vorhergehenden Zähne der Zahnradkolben wirken. Die Anlauffläche 3o in
dem zweiten Expansionsraum 41 ist so ausgebildet, daß der Zahnradkolben erst im
Bereich des Teilstückes .42 anläuft und abdichtet, damit die Abgase zwangsläufig
von den Zahnlücken 43 und 44 aufgenommen werden, durch welche sie in Entlüftungskörper
45 geführt werden; aus diesen werden die Gase durch die Durchbrechungen 4.6 zu der
Rückstoßdüse 47 geleitet. In dem Augenblick, in welchem die Gase abgeleitet werden,
gibt die Arbeitswelle den Preßluftkana126 frei, so daß die einströmende Preßluft
die Zahnradkolben und die Arbeitswelle kühlen und dann gleichfalls durch die Öffnungen
46 zur Rückstoßdüse .1 .7 strömen kann.
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Bei Bildung des zweiten Expansionsraumes 4.i wird die Anlauffläche
3 i durch den Zahn 4.o des Zahnkranzes 8 überdeckt und abgedichtet, so daß die Gase
nicht entweichen können; in diesem Augenblick gibt der Steuerschlitz io den Preßluftkana17
frei, so daß die eintretende Preßluft den Zahnkranz kühlt. Die Preßluft, welche
sich in der Zahnlücke befindet, dehnt sich rasch aus, wobei durch die hohe Temperatur
der Druck erhöht wird. Kommt nun die Zahnlücke in den Bereich des Enlüftungskanals
27, so entweicht die Preßluft schnellstens über diesen zur Rückstoßdüse 47. Während
des Ausscheidens der Gase läuft jeweils ein Zahn des betreffenden Zahnradkolbens
an der Anlauffläche 32 an und dichtet dadurch, so daß die Abgase nicht zum Zahnkranz
8 gelangen und sich mit dem Frischgas vermischen können. Die Arbeitswelle 22, die
an der Anlauffläche 33 anläuft, wirkt dichtend, so daß die Expansion nicht zu den
nächstliegenden Durchbrechungen gelangen kann.