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Flügelkolbenbrennkraftmaschine Flügelkolbenbrennkraftmaschinen, bei
welchen die Massenkräfte der Triebwerksteile nutzbar angesetzt werden, sind bekannt.
Unter diesen; Ausführungen befinden sich auch solche, die mit einem beiderseitig
arbeitenden Verdichterflügel und mit zwei jedoch zusammenhängend gebauten und einseitig
arbeitenden Kraftflügeln versehen sind.
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Sämtliche Flügelkolbenbrennkraftmaschinen dieser und verwandter Art
haben jedoch den Nachteil, daß eine nutzbare Heranziehung der Massenkräfte nur-beschränkt
gelungen ist und dann nur für eine ganz; bestimmte Drehzahl zutrifft. Außerdem sind
diese Ausführungen mit dem Nachteil belastet, daß die Abtriebskurbelwelle außerhalb
der Flügelkolben angeordnet ist und daher Seitenkräfte auftreten, welche die Flügelkolben
und deren Lagerung ungünstig beeinflussen.
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Die vorliegende Ausführung beseitigt vorstehende Nachteile dadurch,
daß die auftretenden Massenkräfte der Triebwerksteile über den ganzen Drehzahlbereich
zur Regelung der Vorverdichtung des Gemisches und Ladung der Arbeitskammern herangezogen
werden, wodurch eine erheblich günstigere Kraftstoffausnutzung erzielt wird.
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Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine in einem Speicherräum
des Verdichterflügels untergebrachte Ausgleichseinrichtung, die die Vorverdichtung
des Gemisches, und die Ladung der Verbrennungsräume, insbeso.ndere
bei
höheren Drehzahlen der Maschine, unter Einwirkung der jeweils auftretenden Massenkräfte
regelt.
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Das vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Gemisch wird zu beiden Seiten des
-#7erdichterkolbenflügels in einem Speicher- und 'liscliraum gespeichert, innig
vermischt und dann erst an die Verbrennungsräume gleichmäßig verteilt weitergegeben,
wodurch beide Verbrennungsräume mit fein auf Gleichmäßigkeit abgestimmtem Kraftstoff-Luft-Gemisch
versorgt werden.
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Ferner ist zwischen den beiden Kraftkolben im gleichen Radius vom
Flügellzolbenholzen die Abtriebskurbelwelle angeordnet, so daß keine schädlichen
Seitenkräfte den Flügelkolben und dessen Lagerung ungünstig heeinflussen. Die Kraftflügel
werden sodann mittels Schleuderöl von der Kurbelwelle aus an ihren Innenflächen
gekühlt.
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-;ach Abb. i besteht der Flügelkolben io aus einem zweiseitig wirkenden
Verdichterkolbenflügel i i und zwei einseitig wirkenden Kraftkolbenflügeln 12 und
13, welche von einem Gehäuse i.1 umgeben und auf einer feststehenden Hohldelle 15
mittels eines Lagers 16 drehbar gelagert sind. Über den Kraftlcolbenflügeln 12 und
13 liegen die- zugehörigen Verbrennungsräume, 17.
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Eine Abtriebskurbelwelle 18 mit Kolbenstange ig stellt mittels eines
Bolzens 20 über den Kraftkolben 13 die Verbindung und Kraftübertragung mit dem Flügelkolben
io her. Ein Schlitz 21 oder auch die Ventile 22 dienen als Einlaßorgan. Dieüberströmventile
23 sind in einem Speichermisch- und Verteilerraum 24 untergebracht, welcher über
ein federbelastetes Ventil 25 und die Kanäle 26 mit den Verbrennungsräumen 17, 17
in Verbindung steht. Für den Auslaß sind Schlitze 27 angeordnet. Über dem im @erdichterflügel
i i untergebrachten Verteilerraum 24 befindet sich, wie Abb. i zeigt, ein zweiter
Hohlraum, der als Zusatzraum mit dem Verteilerraum 2-. über oder ohne ein Ventil
gekoppelt Zierden kann.
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Nach Abb. 1, 2 und 3 ist in dem Speicherraum 2.4 eine Ausgleichseinrichtung
angeordnet, bestehend aus Überströmventilen 23. einem Zylinder 3o mit zwei verschiebbaren
Kolben 31, einer Druckfeder 32, zwei Entlüftungsbohrungen 33, einer @@'elle 34 mit
Bohrungen 35, Bohrungen 36, einem Gewicht 37 und zwei Zugfedern 38 oder nach Abb.
3 aus Überströmientilen-23, einem zusätzlichen Zylinder .Io. einem Kolben .I1 mit
Druckfeder .M2, zwei Bohrungen d.3, 43a, einer Ringnut ..'d, einer Druckfeder :M5
mit Kugelventil .M6, einer Ölzuleitung .1 .7 und einer Entlüftungsbohrung .48.
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Die Arbeitsweise der Ausgleichseinrichtung ist folgende: Wird der
Flügelkolben io im Uhrzeigersinn in Bewegung gesetzt, so ist der Verdichterflügel
i i auf seiner linken Seite im Ansaugen. und zwar durch Schlitz 21 oder über das
linke federbelastete Einlaßventil 22. Auf der rechten Seite wird zugleich verdichtet.
Das angesaugte Kraftstoff-Luft-Gemisch wird so lange verdichtet, bis das rechte
L;b@erströmVentil23, das federbelastet ist, sich abhebt und somit den Weg zum Speicherraum
2.1. freigibt. Sobald der Außendruck abfällt, schließt das Ventil 23 wieder s:lbsttätig.
Der Kraftflügel 12 hat zugleich das eingetretene Gemisch weiter i-erdiclitet. während
der Kraftflügel 13 sich im Arbeitstakt befindet. Kurz vor der Endstellung gibt der
Kraffflügel13 den Schlitz=; rechts und somit den 'Meg der Auspuffgase frei. Wälirenddessen
wird auch der hanal26 rechts. welcher bis jetzt vom Gehäuse 14. abgedeckt war, freigelegt,
und nun strömt das vorverdichtete Kraftstoff-Luft-Geinisch oder bei Einspritzung
die Brennluft aus dem Kanal 26 und zum Teil aus dem Speicherraum 2-t über das federbelastete
Ventil -25 aus und spült die restlichen verbrannten Gase aus dein Verbrennungsraum
17 rechts aus. Während dieses Vorganges hat der Kraftlcolbeti 12 :eine '\@reiterverdichtung
beendet und ist durch die von außen her eingeleit:te Zündung lxreits in den Arbeitstakt
übergegangen. Der Kraftflügel 13 hat inzwischen den rechten -@tispufffschlitz 27
wieder abgedeckt. In dieseln Sinne wiederholen sich die einzelnen Arbeitstakte.
so daß auf eine Kurbelumdrehung je«eils zwei Explosionen getätigt werden.
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Im niederen Drehzahlbereich ist die _\tisgleicliseinrichtung außer
Tätigkeit. Erst 1>,-i höherer Drehzahl setzt sich die Ausgleichseinrichtung nach
Abb. 2 dadurch in Tätigkeit, daß das Gewicht 37, tv@lches voll zwei Ztigfedern 38
in seiner Mittelstellung gehalten ist, der Drehzahl entsprechend ztt pendeln beginnt
und hierbei die Bohrungen 35 und 36 zeitweise miteinander freilegt und4 dadurch
den im Speicherraum 24 herrschenden Druck einem von der Drehzahl beeinfluliten größeren
oder kleineren Querschnitt freigibt. Durch diesen so entstandenen Durchgang strömt
das Kraftstoff-Luft-Gemisch aus dein Speicherraum in den Zvlinder 30 und
drückt zusätzlich über die K=olben 31, welche durch die Druckfeder 32 vorher schon
belastet sind, auf die Überströmientile 23, wodurch diese einen größeren Widerstand
erhalten, was zur Folge hat. daß die Vorierdichtung des Verdichterflügels i i zu
beiden Seiten erhöht wird und somit mehr 'Massenkräfte verschluckt. Mit Absinken
der Drehzahl Mäht auch die Pendelbewegung von dem Gewicht 37 und der Welle 34 nach,
was zur Folge hat, dal.t die Bohrungen
35 und 36 weniger bzw. keinen
Durchgang mehr freigeben und der im 'Zylinder 30 vorhandene Druck über die Kolben
3 i durch die Entlüftungskanäle 33 entweicht und somit die Vorverdichtung verringert
b.zw. sie auf ihren Normalstand bringt.
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Die Ausgleichseinrichtung nach Abb. 3 setzt sich bei höherer Drehzahl
dadurch in Tätigkeit, daß der im zusätzlichen Zylinder 40 befindliche Kolben 41
infolge der durch die Hinundherbewegung vom Flügelkolben io entstehenden Massenkräfte
gegen die Druckfeder 42 ausweicht und, dabei die Spannung der Feder 45 nachläßt,
so daß das in der Ölzuleitung unter konstantem Druck stehende Öl über, das Ventil
46 gegen den Kolben 41 strömt und ein Ausweichen vom Kolben 41 in dieser Richtung
nicht nur verhindert, sondern zugleich den Kolben 41 in seiner Bc"vegung gegen die
Druckfeder 42 unterstützt. Dieser Vorgang wiederholt sich einigemal, bis die Bohrung
43 und 43a mit der Ringnut 44 einen Durchgang zu dem auf die Überströmventile 23,
23 wirkenden Kolben 31, 31
bildet (s. Abb. 2) und der im Speicherraum
24 vorhandene Druck auf die Ventile 23 wirkt und dadurch eine Vorverdichtungsänderung
einleitet. Während dieses Vorganges entweichet der vor dem Kolben 41 befindliche
Druck über die Entlüftungsbohrung 48-. Der durch den Kolben 41 gebildete Durchgang
vergrößert sich mit zunehmender Drehzahl, dadurch wird auch der auf die übers:trömventile
23 wirkende Druck erhöht, da die Kolben 31 (nach Abb. 2) mit einem Schlupf
arbeiten und derselbe bei kleiner Druckzuführung druckabfallend wirkt. Mit dem Absinken
der Drehzahl lassen auch die Massenkräfte vom Kolben 41 nach, hierbei tritt das
Öl über eine Drosselbohrung oder über ein Ventil aus dem Zylinder aus, wodurch die
Federspannung vom Ventil 46 wieder erhöht, eine weiterer Zutritt. von Öl unterbunden
und der Kolben 41 in seine Ausgangsstellung gebracht wird.
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Die Ausgleichseinrichtung nach Abb. 3- läßt sich auch in anderer Hinsicht
vorteilhaft verwenden, und zwar dadurch, daß dieselbe direkt mit der Öldruckschmierung
der beweglichen Teile gelcoppel.t -wird und dabei folgende Eigenschaften der Öldruckschmierung
zur Ausnutzung gelangen: i. Kalter Motor, kaltes Öl und niedere) Drehzahl ergeben
hohen Öldruck; 2. kalter Motor, kaltes. Öl und höhere Drehzahl ergeben. hohen Öldruck;
3. warmer Motor, warmes Öl und niedere Drehzahl ergeben niederen Öldruck; 4. warmer
Motor, warmes Öl und höhere Drehzahl ergeben hohen Öldruck.
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Zum Warmlaufen und teilweise zum Betrieb von Brennkraftmaschinen werden
vielfach automatische Gemischheizungen verwendet. Um durch vorliegende Ausführung
noch Besseres zu erreichen, wird der Öldruck, der bei kaltem Motor, kapern Öl und
niederer Drehzahl schon hoch (3 bis 4 kg/cm2, Höchstdruck 4 kg/cm2) ist, ohne das
Ventil 46 und die Feder 45 dem Kolben 41 unmittelbar zugeführt. Durch diesen Öldruck
wird der Kolben 41, welcher zu dieser Ausführung weitgehendst erleichtert ist und
daher wenig von Massenkräften beinflußt wird, gegen die Druckfeder 42 gedrückt und
gibt somit dem Druck im Speicherraum 24 einen Durchgang zu den Kolben 3 i, welche
hierdurch. die Vo@rverdichtung erhöhen. Durch die nun erhöhte Vorverdichtung wird
das Kraftstoff-Luft-Gemisch nicht nur stärker vorgewärmt, sondern zugleich auch
eine innigere Vermischung der Kraftstoff- und Brennluftteile erreicht. In diesem
Fall ist der Verbrauch an Kräften für Leertakte größer als die Massenkräfte vom
Flügelkolben io sind, doch der zusätzliche Kräfteverbrauch zu den Massenkräften
ist immer noch erheblich geringer als bei den nach bekannter Art arbeitenden Gemischheizurigen,
welche durch Drosselung und Umleitung der Auspuffgase getätigt werden.
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Zu 2: Kalter Motor, kaltes Öl und höhere bzw: hohe Drehzahl gibt einen
hohen Öldruck und somit eine erhöhte Vorverdichtung, verstärkte Heizung und eine
noch intensivere Vermischung vom Kraftstoff-Luft-Gemisch.
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Zu 3: Niedere Drehzahl und hohe Öltemperatur ergeben großen Ölschlupf
an den Schmierstellen und daher niederen Öldruck, und die Vorverdichtung wird nicht
beeinflußt.
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Zu 4: Die Förderleistung der Ölpumpe ist so. groß, daß der Ölschlupf
in den gleitenden Teilen: üsw. nicht mehr wesentlich in Erscheinung treten kann,
daher hoher Öldruck und somit volle Einschaltung der Ausgleichseinrichtung. ' Um
die durch die Ausgleichseinrichtung ,eingeleitete gesteigerte Vorverdichtu.ng noch
zu unterstützen, ist vorgesehen, daß dem Ventil 25 außer seiner Feder ein. Zylinder
mit einem Kalben zur Gestaltung einer druckabhängigen Steuerung zugefügt wird. Der
Zylinder steht mittels einer Bohrung oder Leitung mit dem Speicherraum 24 in Verbindung,
so da.ß der im Speicherraum befindliche und Schwankungen unterworfene Druck auf
das Ventil 25 über den Kolben dauernd drückt und dadurch selbsttätig die Vorverdichtung,
auch die erhöhte Vorverdichtung erhöht.
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Für eine zwangsläufige Steuerung der Einlaßventile 22 ist vorgesehen,
daß der Vorverdich.tungsdruck außerhalb des Speicherraumes.24 zum Öffnen derselben
benutzt wird. Ist z. B. die linke Seite vom Verdichterflügel i i im Ansaugen, so
steht die rechte
Seite in Vorverdichtung Der VorveTdichtungsdruck
wird über eine besondere Leitung, an deren Anfang zwei Ventile eingebaut sind, von
denen das eine als Zuström- und das andere als Rückströmv entil dient, einem Kolben,
der auf das linke Einlaßventil 2-2 drückt, zugeführt und öffnet hierdurch das Einlaßventil
so lange, bis die Vorverdichtung beendet ist. Mit dem Nachlassen des Vorverdichtungsdruckes
entweicht über das Rückströmventil der auf das Einlaßventil 22 Wirkende Druck, jedoch
nur so viel, daß eine einwandfreie Schließung vom Ventil 22 ermöglicht wird, in
den An-saug- und Vorverdichtungsra.um (rechts) zurück. Dasselbe findet sinngemäß
auch b°im rechten Einlaßventil22 statt.
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Die Ausgleichseinrichtung nach Abb. 3 kann zu einer Verstärkung der
Massenkräfte mit einem Gewicht, das außerhalb vom Zylinder .'o angebracht und durch
ein Gestänge mit dem Kolben .4i verbunden ist. versehen werden.