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Umlaufbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Umlaufbrennkraftmaschine
mit parallel um ihre Achse angeordneten und kreisenden, gruppenweise gegenüberliegenden
Zylindern, bei der die hin- und hergehenden Bewegungen der Kolben durch ein Kurvengetriebe
in Drehbewegung umgesetzt werden.
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Ähnliche Umlaufbrennkraftmaschinen sind an sich bekannt. Infolge ihres
ungeeigneten konstruktiven Aufbaues und u. a. beispielsweise der Verwendung von
Führungsbahnen, die einen viel zu engkurvigen Verlauf zeigen, gleichzeitig aber
in Verbindung mit einem mit einer Kolbenstange fest vereinigten Gleitbolzen od.
dgl. auch außerordentlich starke Reibungswiderstände verursachen, ließ sich bislang
jedoch die erforderliche Funktionswirkung bzw. eine wesentlich gesteigerte Arbeitsleistung
derartiger Motore nicht erzielen, so daß sie überhaupt nicht absatzfähig waren.
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Außerdem ist es bei den vorbekannten Motoren noch nicht bekanntgeworden,
die Füllung der Arbeitszylinder unter gleichzeitiger Mitverwendung von Ladepumpen
vorzunehmen, so daß bei diesen Motoren jeweils nur eine Zylinderfüllung erfolgen
kann, wie sie bei den sonst gebräuchlichen Viertaktmotoren von etwa 6o % üblich
ist. Demgegenüber soll erfindungsgemäß unter gleichzeitiger Behebung der bisherigen
Mängel nicht nur eine wesentlich bessere Füllung und thermodynamische Ausnutzung
des Brennstoffes, sondern unter anderem vor allem auch eine ganz bedeutende Leistungssteigerung
erreicht
werden durch Anwendung einer Umlaufbrennkraftmaschine, bei welcher an Zahnrädern,
die mit an den umlaufenden Zylindern angebrachten Zahnrädern im Eingriff stehen
und die senkrecht zur Drehachse des Zylinderdrehkörpers umlaufen, auf der den Zylindern
zugewandten Kreisfläche Kurvenbahnen und außerdem feststehende Auslaufkörper und
Laufleisten vorgesehen sind, in oder an denen mit den Stangen der in den .gegenüberliegenden
Zylindern laufenden Kolben verbundene Führungs- oder Druckrollen laufen, wobei mit
den Expansionskolben bzw. Zylindern jeweils eine Ladepumpe in den Lagerkörpern vereinigt
ist.
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Die Zeichnung läßt den Gegenstand der Erfindung beispielsweise erkennen.
Es zeigt Abb. z eine Umlaufbrennkraftmaschine in Seitenansicht, Abb. a dieselbe
von oben gesehen, Abb. 3 die Brennkraftmaschine im anderen Maßstab und im Querschnitt
gezeichnet, Abb. ¢ eine solche im Längsschnitt nach A-B, Abb. 5 ein mit - Kurvenleisten
ausgestattetes Zahnrad in Vorderansicht und Abb. 6 die Umlaufbrennkraftmaschine
in einer anderen Längsschnittdarstellung.
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Eine Umlaufbrennkraftmaschine nach der Erfindung wird im wesentlichen
gebildet aus zwei auf einer Hohlwelle a angeordneten Lagerkörpern b
und c,
Ladepumpenkolben d, Expansionskdlben e, Verbindungslaschen f der Ladepumpen, Kraftübertragungsarmen
g, Schieberstangen f1, einer Schrägscheibe la, zwei Laufleisten i, Kurvenleisten
j,
zwei Auslaufkurven s sowie einem Zahnrädergetriebe k, k1.
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Die Hohlwelle d ist beispielsweise auf einem Rahmen gelagert. In der
Hohlwelle ist die Brennstoffleitung a1 untergebracht, dieselbe verzweigt sich an
den Stellen a2 zu den Einspritzpumpen 1. Die Zuführung des Brennstoffes erfolgt
von einem in der Zeichnung nicht besonders dargestellten Brennstofftank aus..
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Die Hohlwelle a kann, wie aus der Zeichnung ersichtlich, über eine
Kupplung m mit der Schrägscheibe k im Eingriff stehen. Von der Hohlwelle werden
einander gegenüberliegend die beiden Lagerkörper b und c getragen. Diese Lagerkörper
können beliebiger Formgestaltung und Ausbildung sein. Sie lassen sich als geschlossene
Körper oder Rahmen ausbilden derart, daß die Expansions- und Ladepumpenzylinder
im Interesse einer möglichst intensiven Luftkühlung beispielsweise von zwei Scheiben
freiliegend getragen werden. Die Lagerkörper können unter Zuhilfenahme von Gewindebolzen
od. dgl. so befestigt sein, daß sie starr mit der Welle verbunden und einander getrennt
gegenüberstehen.
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Der Unterbringung der Ventilen, der Einspritzpumpen 1, der Überströmventile
o, der Auspuffventile p sowie der Zündkerzen q dienen die Zylinderköpfe.
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Jeweils zwei der sich gegenüberliegenden bzw. vorhandenen Ladepumpenkolben
d sind gemeinsam durch eine Stange dl verbunden. Diese Stange zeigt nun eine Verbindungslasche
f, die an zwei Schieberstangen f1 starr angreift, welch letztere über Kugelgelenke
f2 und Brücken f3 mit der Schrägscheibe h gekuppelt sind.
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Während des Betriebes.des Motors werden dann durch die Schrägscheibe
die Ladepumpenko#lben hin- und herbewegt, wobei immer während einer 'halben Umdrehung
der eine Kolben ansaugt, der gegenüberliegende dagegen komprimiert.
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Je ein Ladepumpenzylinder steht mit einem Expansionszylinder mittels
eines Überströmkanals r in Verbindung, wobei in den Überströmkanal ein Überströmventil
o eingebaut ist. Auch die Expansionskolben e stehen jeweils paarweise durch eine
Stange ei miteinander in Verbindung.
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Die Übertragung der Expansionsdrücke auf das Zahnradgetriebe findet
über Kraftübertragungsarme g statt, die an ihrem einen Ende an am Lagerkörper b
oder c vorgesehene Elemente- bi und cl angelenkt, an ihrem anderen, eine Rolle g1
tragenden Ende an der Verbindungsstange e1 angelenIkt sind: Die Übertragung der
in hin- und hergehender Ebene erfolgenden Expansionsdrücke in rotierende Bewegungen
soll nun erfindungsgemäß bei gleichzeitig mit der Hohlwelle umlaufenden Lagerkörpern
auf das Zahnradgetriebe k erfolgen. Die Kraftabnahme kann dabei. entweder unmittelbar
vom ausragenden Ende der Hohlwelle a oder den mit Kurvenleisten j ausgestatteten
Zahnrädern k1 erfolgen.
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Selbstverständlich ist die Kraftabnahme aber auch unter Einschaltung
von Zwischengetrieben usw. von anderer Stelle aus möglich.
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Die Kraftübertragung durch die! mit einer Rolle g1 ausgestatteten
Arme g geschieht auf Kurvenleisten j, die an den Zahnrädern k1 angebracht sind.
Diese Kurvenleisten sind so angeordnet und ausgebildet, daß ein vollkommen geräuschloses,
betriebssicheres Überlaufen der Rollen von der feststehenden Laufleiste
i in die Kurvenleisten j gewährleistet ist. Die Kurvenleisten sind
jeweils paarweise und in einem dem Rollendurchmesser entsprechenden Abstande parallel
miteinander verlaufend, um bei Anlaufen des Motors oder bei Fehlzündungen ein Versagen
des Rolleneinlaufs zu vermeiden. Der Einlauf der Rdlilen geschieht stets von der
Achsenmitte der Zahnräder k1 beginnend und nach dem Außenumfang der beiden Zahnräder
zu auslaufend.
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Nach Verlassen der Kurvenleisten durch die Rollen werden dieselben
von einer feststehenden Auslaufkurve s abgebremst. ' Dieser Vorgang erfolgt im gleichzeitigen
Zusammenwirken mit der @im Expansionszylinder noch vorhandenen Luft, um ein Aufprallen
des Kolbens auf den Zylinderboden zu verhindern, so daß die Auslaufkurve in gewisser
Beziehung ein verlängertes Führungselement der Kurvenleisten j darstellt.
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Die Laufleisten i, die jeweils halbkreisförmig gestaltet sind, finden
teils unterhalb, teils oberhalb mittig der Lagerkörper b und c ihre Anordnung. Sie
dienen den an den Kraftübertragungsarmen g
angeordneten Rollen g1
als Widerlager während der Kompression und halten den Expansionskolben in seiner
Totpunktlage. Die Rollen liegen wechselnd der oberen Laufleiste i von links an,
der unteren Laufleiste dagegen von rechts.
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Bei Motoren mit Selbstzündung können die Laufleisten i an der Stelle,
an welcher die Rolle abläuft, verstellbar sein, um den Kompressionsraum zu verkleinern
bzw. um so den bereits vorhandenen Kompressionsdruck zusätzlich, und zwar bis zur
Selbstzündung zu erhöhen.
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Die Verstellung der Laufleisten kann hierbei unter Zuhilfenahme beliebiger
Mittel, beispielsweise durch einen von dem Zahnradtrieb gleichzeitig angetriebenen
umlaufenden Nocken t, im Augenblick der Zündung bewirkt werden.
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Das Abbremsen der Expansionskolben nach erfolgter Expansion geschieht
wie schon vorerwähnt durch die restlich verbleibende Luft in dem gegenüberliegenden
Expansionszylinder. Hierbei wird die Menge der restlichen Luft vom Zeitpunkt des
Schließens des Ventils bestimmt. Dieser Zeitpunkt kann entweder bei höchster Tourenzahl
eingestellt werden oder durch einen Fliehkraftregler je nach Tourenzahl bestimmt
werden.
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Die Ventilsteuerungsleisten it der Auspuffventile sind schwenkbar
angeordnet und lassen sich von einer Fußraste bzw. einem Pedal (in der Zeichnung
nicht dargestellt) betätigen, wodurch die Auspuffventile außer Wirksamkeit kommen.
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Dabei bleiben die verbrannten Gase im Expansionszylinder und üben
zusätzlich einen starken Bremsdruck auf die Kolben und damit auf das Gesamtgetriebe
aus.
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Mit dem Buchstaben v sind in der Zeichnung Stößelstangen bezeichnet,
durch welche die auf der Seite der Schrägscheibe angeordneten kopfgesteuerten Ventile
n betätigt werden.
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Zur Entlastung der Hauptlagerung des Motors bzw. um ein Verkanten
desselben zu verhindern, lassen sich jeweils an den Stellen, an welchen gleichzeitig
die Expansionen ,erfolgen, Druckrollen w od. dgl. anordnen.
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Die Zeichnung (Abb. z, a und 6) läßt ein Ausführungsbeispiel eines
Motors erkennen, bei welchem zwischen die Zahnräder k, hl Übertragungszahnräder
k2 eingeschaltet sind.
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Dies muß nicht unbedingt der Fall sein, vielmehr ist es vorteilhafter,
diese vollkommen fehlen zu lassen und die Zahnräder k, hl direkt kämmend miteinander
in Verbindung zu bringen, wobei das obere Zahnrad k1 mit dem linksseitigen Zahnrad
k im Eingriff stehen muß, das untere Zahnrad hl dagegen mit dem rechtsseitigen Zahnrad
k.
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Mit x ist in der Zeichnung weiterhin eine Schwungscheibe bezeichnet,
die dem gleichmäßigen Lauf und eventuell auch der Abnahme der Kraft dient.
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Die Ventilsteuerscheibe 2t1 trägt mehrere kürzere und längere Nocken
u, die den Ventilzeiten entsprechen. Von zwei hintereinanderliegenden
7 ocken für das Auspuffventil p bezweckt das eine das Abbremsen der Kolbenfliehkraft
und das andere das Ablassen des restlichen Druckes zur Vermeidung von Gegendrücken
beim Einspritzen des Brennstoffes.
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Die Schmierung der gleitenden Teile des Motors erfolgt durch die Schrägscheiben-Hohlwelle,
von wo aus verschiedene Röhrchen zu den einzelnen Gleitstellen des Kolbens, der
Schieberstangen usw. geführt sind.
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Die beiden mit Kurvenleisten ausgerüsteten Zahnräder k1 sind gleichzeitig
mit Ventilationsflügeln (in der Zeichnung nicht besonders dargestellt) versehen,
um die verbrannten Gase abzusaugen und Kühlluft zuzuführen.
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Es sei darauf hingewiesen, daß, wie dies auch aus den Zeichnungen
hervorgeht, auf beiden Seiten des Motors beispielsweise jeweils vier Expansionszylinder
und vier Ladepumpen ihre Anordnung finden. Als im Rahmen der Erfindung liegend wird
indessen angesehen, eventuell auch mehr oder weniger derselben anzuordnen.
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Die Wirkungsweise einer Umlaufbrennkraftmaschine im Sinne der Erfindung
ist wie folgt: Beim Andrehen des Motors werden durch die Schrägscheibe
h die Ladepumpenkolben d in hin-und hergehende Bewegungen versetzt,
wobei jeweils ein Kolben der Ladepumpen während einer halben Umdrehung die Luft
ansaugt, der gegenüberliegende Kolben dagegen zu gleicher Zeit die bereits angesaugte
Luft komprimiert. Bei etwa 4 atü öffnet das überströmende Ventil, und die vorkomprimierte
Luft strömt über in den Verbrennungsraum des Expansionszylinders, wobei der kurz
vorher eingespritzte Brennstoff zerstäubt wird.
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Auf diese Weise läßt sich sowohl leicht vergasender als auch schwer
zerstäubbarer Brennstoff, wie z. B. Benzin oder Rohöl, einwandfrei zerstäuben.
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Bei Einnahme des Totpunktes des Ladepumpenkolbens schließt das Überströmventil,
worauf anschließend die Zündung erfolgt. Die Zündung kann entweder durch Fremdzündung
(Zündkerzen) oder durch Eigenzündung (Druckzündung) erfolgen.
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Nach eintretender Zündung verläßt bzw. verlassen die Druckrollen g1
der Kraftübertragungsarme die als Widerlager dienenden Laufleisten i und rollen
mit den Kraftübertragungsarmen in die Kurvenleisten j der Zahnräder k hinein.
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Jetzt erfolgt die arbeitleistende Expansion und setzt den Motor in
Drehbewegung. Dieser Vorgang geschieht gleichzeitig auf beiden Seiten des Motors
während einer Umdrehung um jeweils 36o° pro Kolben.
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Am Ende des Expansionshubes entweichen die verbrannten Gase bereits
aus einem Auspuffschlitz b2 bzw. c2. Im selben Moment öffnet das Auspuffventil im
Zylinderkopf, und es kann nunmehr Kühlluft durch den Zylinder fließen bzw. strömen.
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Nach Abb. 6 der Zeichnung findet unten rechts der Verbrennungsvorgang
statt, und links unten werden die restlichen Gase ausgestoßen.
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Nachdem der Expansionsvorgang beendet ist und die Rollen g1 die feststehenden
Auslaufkurven s passiert haben, legen sich die Rollen wechselseitig
der
gegenüberliegenden Führungsbahn- der Laufleisten i an und halten den gegenüberliegenden
Kolben in seiner Totpunktlage, worauf dann anschließend der nächstfolgende Arbeitsgang
auf der gegenüberliegenden Seite seine Fortsetzung findet.
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Nach der Zeichnung finden bei einer Umdrehung des Motors jeweils acht
Verbrennungen statt.
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Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes im Gegensatz zu den üblichen
Kurbeltrieb-Motoren sind folgende: Eine wesentlich bessere Zylinderfüllung (etwa
9o 1/o) und damit höhere Leistung.
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Das Einspritzen des Brennstoffes mittels Pumpe läßt eine genauere
Bemessung des Brennstoffquantums zu, wobei die Preßluft eine feinere Zerstäubung
bewirkt als dies bei Vergasern möglich ist und wodurch eine vollkommenere Verbrennung
und damit wiederum eine größere Leistung gewährleistet wird. Da, wie bereits vorbeschrieben,
die verbrannten Gase am Ende des Expansionshubes durch einen Schlitz austreten können
und nur der Rest durch das Auspuffventil ausgestoßen wird, ist das Auspuffventil
nicht so hohen Temperaturen ausgesetzt und somit die Gesamttemperatur des Verbrennungsraumes
niedriger. Infolgedessen kann der Kompressionsdruck höher bemessen werden, wodurch
weiterhin bedeutend bessere Leistungen erzielbar sind. Fernerhin ist der Kubikinhalt
der Expansionszylinder größer gehalten als derjenige der Ladepumpen, womit erreicht
wird, daß der Expansionsdruck restlos ausgenutzt werden kann, wohingegen heute,
d. h. bei den bekannten Motoren, etwa 5 atü verlorengehen.
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Die Fliehkraft der Kolben einschließlich Gestänge wird hierbei noch
als zusätzliche Antriebskraft ausgenutzt, da der Kolbenweg über den Auspuffschlitz
hinaus verlängert ist. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß pro Zylinder und
pro- Umdrehung eine Verbrennung stattfindet, wohingegen der gebräuchliche, venti.lgesteuerte.
Motor zwei Umdrehungen machen muß.
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Ein Zurückschlagen bei Frühzündung ist nunmehr ebenfalls ausgeschlossen,
da der Kolben durch die Kraftübertragungsarme g von der feststehenden Laufleiste
i gehalten wird.