DE1601830B2 - Parallelachsige umlaufkolbenmaschine bestehend aus axial hintereinander angeordneten kompressions- und brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine parallelachsige Umlaufkolbenmaschine bestehend aus axial hintereinander angeordneten Kompressions- und Brennkraftmaschinen jeweils mit Schlupfeingriff zwischen in einer Kolbennabe radial beweglichen Kolbenschiebern und mit einem Mantel, wobei die Maschinen jeweils mit einer einen Übergangskanal aufweisenden, gemeinsamen Trennwand versehen sind und der Übergangskar al bei vorbestimmtem Kolbendrehwinkel in den Kolben der Maschinen befindliche, achsparallele Kanäle miteinander verbindet, von welchen jeweils Kanäle benachbart und parallel zu den Kolbenschiebern in die jeweiligen Arbeitskammern münden.

Eine derartige Maschine ist aus der deutschen Patentschrift 863 727 bekannt. Maschinen dieser Bauweise genügen jedoch den heutigen Ansprüchen nicht mehr hinsichtlich des Wirkungsgrades und der mit möglichst vollkommener Verbrennung des Kraftstoffs einhergehender Verringerung der Umweltverschmutzung. Zudem ist eine Änderung der Kompres sion zwecks Leistungsanpassung nicht ohne weiteres möglich.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Umlaufkolbenmaschine obengenannter Art mit verbessertem Wirkungsgrad und leicht veränderbarer Leistung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Kombination folgender Merkmale gelöst:

a) Wenigstens eine über eine bestimmte Umfangserstreckung den Kolben berührende achsnahe Zone des im übrigen kreisrunden Mantels der Maschinen.

b) Brennstoffeinspritzvorrichtung in der achsnahen jr Zone des Mantels der Brennkraftmaschine,

c) Anordnung von Absperrschiebern im Mantel der jeweiligen Maschine in einer der Kolbenschieberzahl entsprechenden Anzahl,

d) Veränderbarkeit der Eintrittsöffnung im Mantel der Kompressionsmaschine durch ein verschiebbares Mantelteil.

Es wird nur für die Gesamtheit der im Patentanspruch 1 aiigciülulcii merkmale Schutz beansprucht. Aus der französischen Patentschrift 1 302 568 ist bereits eine Umlaufkolbenmaschine bekannt, deren Mantel eine achsnahe Zone mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung aufweist. Aus der USA.-Patentschrift 1 427 053 ist es ferner bekannt, im Mantel der Maschine eine der Kolbenschieberzahl entsprechende Anzahl von Absperrschiebern vorzusehen.

Die Kombination der Merkmale ergibt den Vorteil, daß die Maschine Auspuffgase nahe der Umgebungstemperatur und dem Umgebungsdruck abgibt. Es wird bei fast vollkommener Verbrennung und hohem Wirkungsgrad eine erhebliche Verringerung der giftigen Abgase erreicht.

Darüber hinaus erreicht man, daß Kompressionsgrad und Leistung während d s Betriebes der Maschine leicht verändert werden können durch das verschiebbare Mantelteil.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann zwischen zwei achsnahen Zonen des Mantels der Brennkraftmaschine eine Aussparung im Mantel als Kühl- oder Schmierkammer vorgesehen sein.

Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Hand eines Ausführungsbeispiels gemäß der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fiji die Kompressionsmaschine im Schnitt entlang der Linie I-I in F i g. 3,

F i g. 2 die Expansionsmaschine im Schnitt entlang der Linie H-II in F i g. 3 und

F i g. 3 einen Längsschnitt der Umlaufkolbenmaschine mit einer Brennkraftmaschine und zwei Kompressionsmaschinen längs der Linien III-III in Fig. 1 und 2.

Die gezeigte Umlaufkolbenmaschine enthält eine einzige Abtriebswelle 1, die sich in in Endplatten 22, 22' vorgesehenen Lagern 23 dreht (F i g. 3). Auf der Abtriebswelle 1 sind drei Kolben montiert und verkeilt, zwei Kompressionskolben: 2, 2' und ein einziger Arbeitskolben 3.

Der Arbeitskolben 3 ist von den Kompressionskolben 2, 2' durch Trennwände 12, 12' getrennt. Diese Trennwände 12, 12', die Endplatten 22, 22' und die Mäntel 4, 4' der Kompressionsmaschinen begrenzen zusammen mit dem Umfang jedes Kompressionskolbens 2, 2' die Kompressionskammem 6, 6'. Luft wird

in die Kompressionskammern 6 und 6' eingeführt und dort komprimiert, worauf die komprimierte Luft unmittelbar vor der Zündung in die Verbrennungskammer eingespeist wird, wie noch näher er'äutert werden wird.

In F i g. 1 ist die Konstruktion einer der Kompressionsmuschinen im Einzelnen gezeigt. Jeder Kompressionskolben ist mit einem Kolbenschieber 8 vergehen, der derart in dem Kolben montiert ist. daß er in einer im wesentlichen radialen Richtung beweglich i>t und von einer Feder 21 ccgen die üesenüberliegende Innenwandung des Mantels 4 gebrückt wird. Der Kolbenschieber 8 läuft also mit dem Kolben um und hält eine Dichtung mit der Innenwandung des Mantels 4 aufrecht. Zwischen der Trennwand 12 und der Endplatte 22 und dem Kolbenschieber 8 wird ebenfalls durch bekannte Mittel eine Abdichtung erzielt.

Innerhalb des Kompressionskolbens 2 und — in Drehrichtung gesehen — vor dem Kolbenschieber 8 befindet sich ein achsparalleler Kanal 24, der am Umfang des Kolbens im unmittelbaren Bereich vor dem Kolbenschieber 8 in die Kom^ressionskammer 6 mündet, wie F i g. 1 zeigt. Dieser Kanal hat auch eine axiale Seitenöffnung 31 (Fig. 3) in der Stirnwand des Kolbens und wird dazu benutzt, komprimierte Luft aus der Kompressionskammer 6 in die Verbrennungskammer 7 zu überführen, wie im Folgenden beschrieben wird.

Die Innenwandung des Mantels 4 ist mit einer radial nach innen vorspringenden, achsnahen Zone 26 versehen, die den Kolbenumfang berührt. An der Berührungsfläche ist eine Dichtung vorgesehen, die beim Ausführungsbeispiel aus einem Absperrschieber 10 ähnlich dem Kolbenschieber 8 besteht, die mittels einer Feder 21' gegen den Umfang des Kompressionskolbens 2 gedrückt wird.

Unmittelbar vor dem Absperrschieber 10 — in Drehrichtung gesehen — befindet sich ein Bereich, in dem im Mantel 4 eine Eintrittsöffnung 14 vorgesehen ist. Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsöffnung 14 auf einem verschiebbaren Mantelteil 25 angeordnet, das auf dem Mantel 5 der Brennkraftmaschine verstellt werden kann. Bei Verschiebung der Eintrittsöffnung 14 verursacht die daraus resultierende Änderung im Volumen der vor dem Kolbenschieber eingeschlossenen Luft eine Änderung im Kcmpressionsverhältnis der Kompressionsmaschine, die in Verbindung mit Änderungen des Zündzeitpunktes und der Kraftstoffeinspritzung in der Brennkraftmaschine eine Änderung der Leistungsabgabe der Umlaufkolbenmaschine ohne Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Antriebswelle erlaubt. Wenn alle drei Funktionen gleichzeitig geändert werden, so ändert sich die Kapazität der Umlaufkolbenmaschine.

In F i g. 2 ist die Konstruktion des Arbeitskolbens 3 und seiner zugeordneten Verbrennungskammer gezeigt. Dieser Kolben ist mit zwei Kolbenschiebern 9 und 9' versehen, ähnlich dem im Zusammenhang mit dem Kolben 2 beschriebenen Kolbenschieber 8.

Diese Kolbenschieber sind ebenso im Kolben montiert und werden mittels Federn 21 gegen die Innenwandung des Mantels S der Verbrennungskammer gedrückt. Für jeden Kolbenschieber ist ein Kanal 13, 13' im Kolben vorgesehen. Jeder Kanal 13, 13' steht mit dem Umfang des Kolbens unmittelbar vor einem der Kolbenschieber 9, 9', in Drehrichtung des Kolbens gesehen, in Verbindung (F i g. 2). Die Kanäle 13 und L3' besitzen axiale Seitenöffnungen 29 und 30 in den Stirnwänden des Kolbens.

Die Innenwandung des Mantels 5 besitzt radial nach innen vorspringende achsnahe Zonen bei 27 und 28, wo der Umfang des Arbeitskolbens 3 berührt wird. An den Berührungsflächen sind Absperrschieber 11 und 11' vorgesehen, wie die im Zusamr-enhang mit dem Kompressionskolben 2 beschriebenen Absperrschieber 10.

In einer Zone unmittelbar vor dem Absperrschieber 11 ist im Mantel eine Kraftstoffeinspritzvorrichtuns 18 und eine Zündkerze 16 vorgesehen. Unmittelbar hinter dem Absperrschieber 11' befindet sich eine Austrittsöffnung 15.

Die Kolbenschieber 9 und 9' befinden sich in diametral gegenüberliegenden Bereichen des Arbeitskolbens 3; dort befinden sich auch die Seitenöffnungen

ao 29 und 30. Diese befinden sich in dem gleichen radialen Abstand von der \btriebswelle 1 wie die Seitenöffnungen 31 und 31 in den Kompressionskolben 2. Die Seitenöffnungen 31 und 31' in den Kompressionskolben sind gegeneinander um 180° versetzt und so angeordnet, daß eine Seitenöffnung 31, 31' sich dauernd in Deckung mit einer Seitenöffnung

29, 30 befindet, wobei die in Deckung befindlichen Seitenöffnungen sich an benachbarten Kolbenstirnwänden öffnen, so daß ihre entsprechenden Kanäle ständig in Verbindung stehen würden, wenn nicht die Trennwände 12, 12' dazwischenlägen.

Die Trennwände 12, 12' sind durch geeignete Mittel (nicht gezeigt) abgedichtet, z.B. mittels Labyrinthdichtungen, gegen die angrenzenden Kolben-Stirnwände. Sie sind im gleichen radialen Abstand von der Abtriebswelle 1 wie die Seitenöffnungen 29,

30, 31, 3Γ mit einem Übergangskanal 17 versehen. Die Ubergangskanäle 17 stimmen lagemäßig überein.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Umlaufkolbenmaschine beschrieben. Der Kolbenschitber 8 des Kompressionskolbens 2 ist in F i g. 1 in einer Lage gezeigt, in der er gerade an der Eintrittsöffnung 14 vorbeigelaufen ist. Bei weiterer Drehung des Kompressionskolbens 2 in Pfeilrichtung wird Luft durch die Eintrittsöffnung 14 hinter dem Kolbenschieber 8 in die Kompressionskammer 6 gesaugt, während die von der vorhergehenden Umdrehung des Kolbenschiebers 8 in die Kompressionskammer 6 gesaugte und nun in der Kompressionskammer durch den Absperrschieber 10 gefangene Luft komprimiert wird, einen maximalen Druck erreicht und in den Kanal 24 gepreßt wird, während der Kolbenschieber 8 sich dem Absperrschieber 10 nähert. Die Scitenöffnung 31 deckt sich nun mit dem Obergangskanal

17. und die komprimierte Luf· wird dadurch über den Kanal 13 des Arbeitskolbens 3 in den kleinen Raum 19 eingespeist, der durch die achsnahe Zone 27 und die hintere Kante des Kolbenschiebers 9 begrenzt ist. Der Kolbenschieber 9 nähert sich nun der in F i g. 2 gezeigten Lage. Wenn er an der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 18 vorbcigelaufen ist, wird Kraftstoff in die Kammer eingespritzt und das resultierende Gemisch wird gezündet. Durch die explodierende Mischung wird der Kolbenschieber 9 durch die

Verbrennungskammer 7 getrieben, bis er schließlich die Austrittsöffnung 15 erreicht, und unmittelbar danach befindet sich der Kolbenschieber 9' in der Zündstellung, wobei der Kanal 13' und der Raum 19

komprimierter Luft aus der zweiten Kompresiskammer 6' gefüllt worden ist. Der Kolbenschie-9' spült bei seinem Arbeitstakt aus der Verbrengskammer7 Verbrennungsprodukte heraus, die der früheren ZUndung zurückgeblieben sind.

Wie ersichtlich hat die Umlaufkolbenmaschine auf diese Weise zwei Arbeitstakte pro Umdrehung.

Wie in Fig.2 gezeigt, ist in der Verbrennungskammer? eine Aussparung 20 für Kühlung und Schmierung mittels Druckölnebels vorgesehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (2)

Patentansprüche:

1. Parallelachsige Umlaufkolbenmaschine, bestehend aus axial hintereinander angeordneten Kompressions- und Brennkraftmaschinen jeweils mit Schlupfeingriff zwischen in einer Kolbennabe radial beweglichen Kolbenschiebern und mit einem Mantel, wobei die Maschinen jeweils mit einer einen Übergangskanal aufweisenden, gemeinsamen Trennwand versehen sind und der Übergangskanal bei vorbestimmtem Kolbendrehwinkel in den Kolben der Maschinen befindliche, achsparallele Kanäle miteinander verbindet, von welchen jeweils Kanä'e benachbart und parallel zu den Ko'ibenschiebern in die jeweiligen Arbeitskammern münden. gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) Wenigstens eine über eine bestimmte Umfangscr Ureckung den Kolben (2, 2' 3) berührende ichsnahe Zone (27, 28) des im übrigen kreisrunden Mantels (4, 4', S) der Maschinen,

b) Brennstoffeinspritzvorrichtung (18) in der achsnahen Zone (27) des Mantels (5) der Brennkraftmaschine,

c) Anordnung von Absperrschiebern (10, 11, 11') im Mantel (4, 4', 5) der jeweiligen Maschine in einer der Kolbenschieberzahl entsprecht iden Anzahl,

d) Veränderbarkeif der Hintrittsöffnung (14) ^:m Mantel (4, 4') der Kompressionsmaschine durch ein verscFebbares Mantelteil (25).

2. Umlaufkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei achsnahen Zonen (27, 28) des Mantels (5) der Brennkraftmaschine eine Aussparung (20) im Mantel (5) als Kühl- oder Schmierkammer vorgesehen ist.