DE859694C

DE859694C - Zweitakt-Brennkraftmaschine mit umlaufenden Zylindern

Info

Publication number: DE859694C
Application number: DEI926A
Authority: DE
Inventors: Erich Immel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1950-05-16
Filing date: 1950-05-16
Publication date: 1952-12-15

Description

Zweitakt-Brennkraftmaschine mit umlaufenden Zylindern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine vorzugsweise gemischverdichtende Zweitakt-Brennkraftmaschine, deren Arbeitskolben sich tangential zu der im allgemeinen senkrecht stehenden Welle hin und her bewegen und gleichzeitig zusammen finit ihren in einem gemeinsamen, etwa sternförmigen Körper angeordneten Zylindern konzentrisch zur Welle umlaufen. Das Drehmoment für die Umlaufbewegung des Zylinderkörpers und der Weile wird dadurch erzeugt, daß die Kolben sich nach außen gegen einen feststehenden Laufring mit einer dem Kolbenhub entsprechenden Exzentrizität gegenüber der Welle abstützen, und zwar im Sinn des Patentes 83 1034 über je ein Fahrwerk mit zwei in den symmetrisch zur Kolbenachse angeordneten beiden Spuren des Laufringes geführtengRollen und einem Gestänge, das einerseits am äußeren Ende der Pleuelstange, anderseits am nachfolgenden Arm des Zylinderkörpers angelenkt ist. Das aus einem Ouerbügel und zwei seitlichen, die Lagerzapfen für die Rollen tragenden Streben bestehende Fahrwerkgestänge ist so ausgebildet, daß die Pleuelstange während des Kolbenhubes nur eine verhältnismäßig geringe Hinundherbewegung in der Umlaufebene ausführt, wodurch auch nur mäßige seitliche Kolbendrücke gegen die Zylinderwände auftreten und ein größeres Verhältnis von Kolbenhub zu Zylinderdurchmesser als bei einem üblichen Kurbeltriebwerk möglich ist.

Um nun die Leistungsfähigkeit einer solchen Brennkraftmaschine, bezogentauf das Hubvolumen, noch «-eiter zu steigern, wird die betreffende Bauart

gemäß dem Patent 8310J4 durch diese Erfindung

weiterentwickelt. Die in diesem Sinn wesentlich-

sten Merkmale sind die Anordnung der für eine

Axialspülung mit Einlaßventilen und Auslaß-

schlitzen versehenen Zylinder in möglichst großem

Abstand von der tVelle am äußeren Ende je eines

Armes des Zylinderkörpers und die Verbindung der

Zylinderauslaßschlitze am äußeren Hubende der

Arbeitskolben mit in tangentialer Richtung aus-

mündenden Expansionskanälen, deren Seitenwände

durch annähernd in Strömungsrichtung verlaufende

kurze Rohrstutzen unterbrochen sind.

Im Zusammenhang damit sind noch weitere

Änderungen und Verbesserungen vorgesehien, die

sich teils aus der zweckmäßigen Einbaulage des

Motors etwa in einem Fahrzeug ergeben, teils auch

für eine vorteilhafte Betriebsweise desselben oder

gute Zugänglichkeit einzelner Bauteile, wie z. B. der

Einlaßventile, von erheblicher Bedeutung sind und

im einzelnen nachstehend erläutert werden.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeich-

nung übereinstimmend mit dem Patent &31o34 in

der Ausführungsform einer dreizylindrigen Brenn-

kraftmaschine dargestellt, wobei auch für die dort

und hier einander entsprechenden Bauteile die

gleichen Bezugszeichen verwendet werden; es zeigt

Fig. i die ganze Maschine in einer Ebene quer

zur Welle, teils in Ansicht, teils im Schnitt,

Fig. 2 die Maschine im Axialschnitt,

Fig. 3 einen Arbeitskolben im Längsschnitt mit

den auf .einer Seite desselben liegenden Teilen

seines Fahrwerkes,

Fig. ,4, 5 -und 6 j-e einen einzelnen Bauteil im

Längs- bzw. Querschnitt sowie

Fig. 7 eine graphische Darstellung des seitlichen

Ausschlages der Pleuelstange während des Kolben-

hubes.

Auf der Welle i ist, nur zusammen mit dieser

drehbar, ein dreiarmiger Körper 2 angeordnet, der

am äußeren Ende seiner Arme 211, 2b, -c, teilweise

aus diesen herausragend, je einen Arbeits-

zylinder 3a, 3b, 3c enthält. Mit dem inneren Ende

jedes Zylinders, deren Längsachsen den größt-

möglichen Abstand von den parallel zu ihnen ver-

laufenden Wellentangenten haben, stellt ein Einlaß-

kanal 4a, 4b, 4c in Verbindung. Diese radial zur

Welle gerichteten Kanäle sind an ihrem äußeren

Ende durch Gewindestutzen 18 verschlossen, in

denen Zündkerzen i9 angeordnet sind. Im anderen

Teil der Kanäle befinden sich Einlaßventile 2o,

deren bis in einen Ringraum 21 innerhalb der

Nabenbohrung des Zylinderkörpers hineinreichende

Stößel 22 mittels eines gemeinsamen, feststehenden

Nockens 23 betätigt werden.

Die Arbeitskolben 5 'haben eine als Rohr ausge-

bildete Pleuelstange 7, die einerseits mit dem

Kolben, anderseits tnit einem Abstützquerhügel9

des Fahrwerkes durch eine kugelförmig gestaltete

Lagerung 8a bzw. Sb gelenkig verbunden ist. An

dem Querbügel sind symmetrisch zu beiden Seiten

der Kolbenachse und parallel zueinander zwei unter

sich gleiche winkelförmige Streben ioa, ioP mit

verschieden langen Schenkeln befestigt, welche die

Lagerzapfen ija, iiv für je eine Laufrolle i2a, i--b

tragen und am anderen Ende ihres längeren Schen-

kels mittels eines gemeinsamen Zapfens 13a bzw.

13b bzw. 13c an einem vorspringenden Lagerbock

24 des in der Umlaufrichtung (vgl. den Pfeil I in

Fig. i) nachfolgenden Armes des Zylinderkörpers 2

angelenkt sind.

Dadurch ergibt sich ein viel kleinerer seitlicher

Ausschlag der Pleuelstange als bei einem Kurbel-

trieb für den gleichen Kolbenhub, weil die Dreh-

achse der Laufrollen im Gegensatz zu derjenigen

einer Kurbelwelle ihre Lage zur Kolbenachse ver-

ändern kann. Das äußere Ende der Pleuelstange

bewegt sich also, wie in Fig. 7 veranschaulicht ist,

auf einem Kreisbogen, dessen Radius der längere

Schenkel der Streben ioa, lob ist, die im. Bereich

eines Winkels a um die Gelenkzapfen 13a bzw. 13b

bzw. 13e hin und 'her schwenken. Die Sehne des

Kreisbogens entspricht dem Kolbenhub H, wäh-

rend die von der Länge der betreffenden Streben-

schenkel abhängige Höhe des Kreisbogens über der

Sehne die ganze Seitenbewegung des äußeren

Pleuelstangenendes darstellt. Um die Hälfte dieser

Bogenhöhe wird demnach die Pleuelstange nach

jeder Seite aus der durch die Linie K-A gekenn-

zeichneten Kolbenachse ausgelenkt. Somit treten

auch nur sehr geringe radiale Kolbendrücke gegen

die Zvlinderwand auf, was ein größeres

Hub: Durchmesser-Verhältnis ermöglicht als bei

Maschinen mit einem Kurbeltrieb.

Die beiden Laufrollen der einzelnen Kolbenfahr-

werke sind in je einer im Querschnitt U-förmigen

Rille i5a, i5b eines die Welle und den Zylinder-

körper exzentrisch umgebenden, feststehenden

doppelten Laufringes geführt, dessen gleich-

bleibende Spurweite durch ringförmige Abstands-

bleche 25 gesichert ist (vgl. Fig. 2 und 6). Falls

es erwünscht ist, den durch die Exzentrizität des

Laufringes bedingten Kolbenhub verändern zu

können, läßt sich das durch eine entsprechende

(nicht gezeichnete) Verstelleinrichtung für den

Laufring erreichen. In Fig. i sind die Stellen, an

denen die Arbeitskolben beim Umlauf des Zylinder-

körpers ihre innere und äußere Totpunktlage haben,

mit i.. T. bzw. ä. T. bezeichnet.

Eine Besonderheit der neuen Bauart stellen die

Führung und Beeinflussung der aus den Arbeits-

zylindern durch am äußeren Hubende der Kolben

angeordnete und von diesen gesteuerte Auslaß-

schlitze 26 austretenden Verbrennungsgase dar.

Um den durch den Auspuffstoß entstehenden Rück-

druck im Sinn der Leistungssteigerung der Brenn-

kraftmaschine für das auf den Zylinderkörper und

damit auch auf die Welle ausgeübte Drehmoment

möglichst weitgehend nutzbar zu machen, werden

alle Auslaßschlitze jedes Zylinders mit je einem

sichentgegen der Drehrichtung des Zylinderkörpers

erstreckenden Expansionskanal 27 verbunden, der

so gekrümmt ist, daß die Abgase in seinem Aus-

trittsquerschnitt eine in dem betreffenden Sinn

tangentiale Strömungsrichtung haben, wie durch

die kleinen Pfeile in diesen Kanälen bei Fig. i an-

ged,eutet ist. Außerdem sind die Wände der Expan-

sionskanäle durch annähernd in der jeweiligen Strömungsrichtung der Gase verlaufende kurze Rohrstutzen 28 unterbrochen, an deren innerhalb eines solchen Kanals liegendem Ende infolge der Gasströmung ein Unterdruck entsteht. Dadurch wird an den betreffenden, zweckmäßig über den Umfang und die Länge der Kanäle verteilten Stellen frische Luft angesaugt, die sich mit den Abgasen mischt. Die Folge davon ist außer der durch die Vergrößerung des Gasvolumens bewirkten Verringerung der Ausströmgeschw indigkeit, die durch eine geeignete Bemessung des angesaugten Luftvolumens der Umlaufgeschwindigkeit des Zylinderkörpers im Sinn einer möglichst hohen Rückstoßleistung anzupassen ist, eine geringere Temperatur der in das Freie austretenden Verbrennungsgase verbunden mit einer Schalldämpfung, die durch das Einhüllen des heißen Abgaskernes in einen kühlen Luftmantel und ihre zunehmend-, gegenseitige Durchmischung entsteht. In Fig. r sind die Expansionskanäle 27 zwecks vereinfachter Darstellung ohne die Rohrstutzen 28 gezeichnet.

Während die Expansionskanäle für die Auspuffgase bereits durch die vorbeschriebene Maßnahme wirksam gekühlt werden, sind zur sonstigen Kühlung, insbesondere der Kolbenfahrwerke, die im inneren Teil aus Leichtmetall und am Umfang aus einem Stahlring mit T-förmigem Querschnitt hergestellten Laufrollen in dem Bereich zwischen ihrer I\Tabe und ihrem Kranz ausgespart und hier mit schräg zu ihrer Ebene stehenden, sich gegenseitig überlappenden Schaufeln 29 versehen, so daß sie bei ihrem Umlaufen um die eigene Achse in Pfeilrichtung II gleichzeitig als Ventilatoren wirken (vgl. Fig. 5).
Um den Zylinderkörper mit Rücksicht auf seine zu einem erheblichen Teil in verhältnismäßig großem Abstand von der Welle liegende Masse sicher zu führen, ist er auf dieser beiderseits des in der Zylindermittelebene liegenden Einlaßsteuernockens 23 gelagert. An der einen Lagerstelle, bei einer, wie im vorliegenden Fall angenommen, waagerechten Drehebene des Körpers und einer senkrechten Welle unterhalb des Einlaßnockens, umfaßt er die Welle unmittelbar; hier wird das Drehmoment von dem Zylinderkörper auf die Welle übertragen. An der anderen Stelle, oberhalb des Einlaßnockens, ist ein Kugellager 30 vorgesehen. dessen Innenring auf einer zur Welle gleichachsig verlaufenden, feststehenden Achse 31 angeordnet ist, die auch den Einlaßnocken trägt, während der Außenring dieses Kugellagers mit der Nabe des Zylinderkörpers verbunden ist und zusammen mit diesem umläuft.
Durch den nach innen von der Achse 31 und nach außen von der Nabe des Zylind"rl:örp-ers 2 b-,-grenzten Ringraum 21 wird das Brennstoff-Luft-Gemisch den Einlaßventilen 20 zugeführt, wobei gleichzeitig das Kugellager 30 und der Nocken 23 geschmiert bzw. gekühlt werden. Das Ansaugen der Kühlluft erfolgt durch an der Oberseite des Motorgehäuses 32 angeordnete Öffnungen 33 über Filter 34.. Die Kühlwirkung der in den Raum zwisehen dem Laufring und dem Zylinderkörper einströmenden, die aus dem letzteren herausragenden Teile der Arbeitszylinder und Zündkerzen unmittelbar bestreichenden Luft auf den übrigen Teil der Arbeitszylinder wird noch durch Rippen 35 am Umfang der einzelnen Arme des Zylinderkörpers verstärkt. Anschließend wird diese Luft durch eine Öffnung 36 an der Unterseite des Motorgehäuses, in der durch ein Leitblech 37 bedingten Richtung wieder in das Freie abgeführt.
Der Weg der Kühlluft durch den Innenraum des Motorgehäuses ist in Fig. 2 durch 'kleine Pfeile veranschaulicht.
Der Vergaser 38 ist ebenfalls an der Oberseite des Motorgehäuses angeordnet; der Brennstoff wird ihm über eine Rohrleitung 39, gegebenenfalls nach Vorwärmung, durch eine Düse 4.o, die zur Bildung des Gemisches erforderliche Luft wird durch ein besonderes Filter :Ir zugeführt.
Das Gewicht des Zylinderkörpers wird durch ein Axialdrucklager q.a aufgenommen, über das sich der Körper gegen einen mit der Unterseite des Motorgehäuses 32 verbundenen Getriebekasten 43 abstützt, der in Fig. 2 nur in seinen Umrissen ohne Einbauten dargestellt ist. Unterhalb des Getriebekastens befinden sich in einem ebenfalls für sich abgeschlossenen Raum 44 die Teile der elektrischen Anlage der Brennkraftmaschine, von denen nur der an dem bis in diesen Raum hineinreichenden unteren Ende der Welle z angeordnete Zündnocken q.5 aus Fig. 2 zu ersehen ist. Dieser Nocken ist, wie ohne weiteres verständlich, entsprechend der Zylinderzahl als Dreizacknocken mit gegeneinander isolierten Polen ausgebildet, von denen jeder durch ein Kabel mit der zugehörigen Zündkerze verbunden ist. Weitere Einzelheiten betreffs der zeitgerechten Betätigung der Zündkerzen erübrigen sich, da sie von anderen gemischverdichtenden Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung her allgemein bekannt sind. Die Batterie 46 ist leicht zugänglich von oben her in eine Aussparung des Motorgehäuses eingesetzt.

Die mit dieser Erfindung noch weiter verbesserte Bauart einer solchen Brennkraftmaschine eignet sich vor allem für Verwendungszwecke, bei denen es auf eine im Verhältnis 'zum Raumbedarf und Gewicht hohe Leistung ankommt, also z. B. für Fahrzeuge. Daß alle Bauteile unter Berücksichtigung ihrer Betriebsbeanspruchungen so leicht wie möglich ausgebildet -Werden unter weitgehender Verwendung von Leichtmetall, soll.nur nebenbei -erwähnt werden. Wichtig ist ferner die gute Kühlung und Schmierung, welche die Betriebssicherheit erhöhen. Die Einlaßventile sind durch Anordnung abnehmbarer Deckel ¢i an den Armen des Zylinderkörpers leicht zugänglich und lassen sich nach Abnahme der Zündkerzen z9 und der Schraubverschlüsse r8 von dieser Seite her einschleifen. Auch lassen sich infolge ihrer radialen Lage verhältnis-mäßig große Ventilöffnungsquerschnitte vorsehen, die zusammen mit der axialen Durchströmung der Arbeitszylinder vom Einlaß zum Auslaß eine besonders gründliche Spülung gewährleisten. Schließ-

lich ergibt sich durch das Vorhandensein der Ein-

laßcentile für die Arbeitskolben eine einfachere

Form, als wenn diese selbst die Einlaßkanäle

steuern und dazu einen entsprechend geformten

Boden oder gar einen zylindrischen Fortsatz klei-

neren Durchmessers (Steuerkolben) haben müssen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Zweitakt-Brennkraftmaschine mit umlau- fenden Arl)eitszviind,ern, die tangential zur Welle in einem- mit dieser fest verbundenen Körper angeordnet sind und deren Arbeits- kolben sich nach außen gegen einen zur Welle und zum Zylinderkörper exzentrischen fest- stehenden Laufring gemäß Patent 831034 über e zwei Rollen eines Fahrwerkes abstützen, dessen Gestänge derart ausgebildet und einer- seits mit dem äußeren Erde der Pleuelstange, anderseits mit dem Zylinderkörper gelenkig ver- bunden ist, daß die Pleuelstange während des Kolbenhubes n der Drehebene des Zylinder- körpers eine verhältnismäßig geringe hin und her schwingende. Bewegung ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (3a, 3b, A sich in möglichst großem Abstand von der Welle (i) am äußeren Ende je eines Armes (2a bzw. 2b bzw. 2e) des Zylinderkörpers (2) befinden und Einlaßventile (i8) haben, die in radialen Boh- rungen (4a, 4b, 4`) der Zylinderkörperarme untergebracht sind und in an sich bekannter Weise zur Steuerung der Gemischzuführung am inneren Zylinderende von einem gemein- samen, feststehenden Nocken (23) betätigt werden. während der Austritt der Auspuffgase über am äußeren Hubende der Arbeitskolben (5) vorgesehene und von diesen gesteuerte Aus- laßschlitze (-26) an jedem Zylinder entgegen- gesetzt zur Drehrichtung des Zylinderkörpers in den jeweiligen Tangentialrichtungen erfölgt. z. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, da- durch gekennzeichnet, daß die Zylinderauslaß- schlitze (26) mit Expansionskanälen (27) in Ver- bindung stehen, in denen die Geschwindigkeit der Auspuffgase je eines Zylinders im Sinn einer Diffusorwirkung zunehmend in Druck umgesetzt wird.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, da- durch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Expansionskanäle durch annähernd in der je- weiligen Strömungsrichtung der Auspuffgase verlaufende kurze Rohrstutzen (28) unter- brochen sind, durch die infolge Ünterdruck- wirkung von außen Luft eingesaugt und den Auspuffgasen zugemischt wird. .i. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, da- durch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (2) beiderseits des in der Zylinderlängsmittel- ehen e angeordneten Steuernockens (23) für die 1-inlaßventile (2o) gelagert ist, und zwar auf der einen Seite, bei waagerechter Umlaufebene unterhalb des Nockens, auf der Welle (i) und auf der anderen Seite auf einer gleichachsig zu dieser angeordneten, feststehenden Achse (3i), auf der sich auch der Einlaßnocken - befindet. 5. Brennkraftmaschine nach Anspruch., da- durch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zylinderkörper (2) und der Achse (3i) ein Radiallager, etwa ein Kugellager (30), mit feststehendem Innenring und umlaufendem Außenring in einem Ringraum (2i) angeordnet ist, der zur Zuführung des Brennstoff-Luft- Gemisches zu den Einlaßventilen (2o) dient. 6. Brennkraftmaschinenach den Ansprüchenq und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (2) sich bei waagerechter Um- laufebene nach unten über ein Axialdrucklager (q.2) gegen das Motorgehäuse (32) oder einen mit diesem fest verbundenen Bauteil, etwa den Getriebekasten (43), abstützt. 7. Brennkraftmaschine nach Anspruch i, da- durch gekennzeichnet, daß die radialen Boh- rungen (4a, 4b, 49 der Arme des Zylinder- körpers, in denen die Einlaßventile (20) unter- gebracht sind, an ihrem äußeren Ende durch Gewindestutzen (i8) verschlossen sind, in denen sich die von einem gemeinsamen, auf der Welle (i) angeordneten und entsprechend der Zylinder- zahl ausgebildeten Nocken (45) betätigten Zündkerzen (ig) befinden.

Angezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr.219999.