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1. (WO1993018286) MOTEUR A COMBUSTION INTERNE
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Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung zu stellen, die technisch einfach aufgebaut ist und mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine im wesentlichen zylindrische Kolbenkammer, in der eine Kolbenführung mit wenigstens einer im wesentlichen radial ausgerichteten Zylinderbohrung drehbar gelagert ist, wenigstens einen Kolben, der in der Zylinderbohrung geführt ist und mit der Wand der Zylinderbohrung und der Wand der Kolbenkammer zumin-dest phasenweise einen Brennraum einschließt, eine Einrichtung, über welche der Kolben beim Drehen der Kolbenführung periodisch hin- und herbewegt wird, und eine mit der Kolbenführung über ein Getriebe verbundene Turbine, die von Verbrennungsgasen aus dem Brennraum angetrieben wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Turbine ein Flügelzellenrad mit wenigstens einer radial verschiebbaren Lamelle aufweist. Auf diese Weise läßt sich die Druckenergie der Verbrennungsgase besonders einfach in mechanische Energie umetzen.

Wenn gemäß der Erfindung vorgesehen ist, daß in der Wand der Kolbenkammer in jenem Bereich eine Öffnung zur Turbine vorgesehen ist, in dem sich der Kolben radial am weitesten außen befindet und daß sich die Lamelle der Turbine in Drehrichtung vor der Öffnung radial weiter innen befindet als nach der Öffnung, dann ist gewährleistet, daß die Maschine mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine dadurch gekennzeichnet, daß zwei einander diametral gegenüberliegende Kolben vorgesehen sind. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Anzahl der Lamellen der Anzahl der Kolben entspricht. Die Anzahl der Lamellen bestimmt sich in erster Linie aus dem Drehzahlverhältnis der Turbine und der Kolbenführung. Wenn z.B. die Drehzahl der Turbine doppelt so groß ist wie die der Kolbenführung, muß die Turbine nur halb soviele Lamellen aufweisen wie Kolben vorgesehen sind. Umge-kehrt müssen z.B. doppelt soviele Lamellen wie Kolben vorgesehen sein, wenn die Drehzahl der Turbine halb so groß wie die der Kolbenführung ist. Das DrehzahlVerhältnis bestimmt sich in erster Linie durch die Optimierung des Wirkungsgrades bzw. der gewünschten Ausgangsdrehzahl der Turbine.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung, über welche der Kolben radial bewegt wird, ein in der Kolbenkammer exzentrisch angeordnetes Lager ist, mit dem der Kolben über eine Pleuel-Stange verbunden ist, läßt sich die Bewegung der Kolben in der Kolbenführung besonders einfach steuern.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine entlang der Linie I-I in Fig. 3, ' „

Fig. 2 einen Schnitt durch die Verbrennungskraftmaschine entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer anderen Stellung der Kolbenführung und der Turbine,

Fig. 3 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Verbrennungskraftmaschine entlang der Linie III-III in Fig. 1 und

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung in einem Fig. 3 entsprechenden Schnitt.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, besteht die erfin-dungsgemäße Verbrennungskraftmaschine aus einem Gehäuse 1, in dem nebeneinander eine Kolbenkammer 2 und eine Turbinenkammer 3 angeordnet sind.

Die Kolbenkammer 2 besitzt eine kreiszylindrische Form und ist radial durch eine Wand 5 begrenzt. In der Kolbenkammer 2 ist eine Kolbenführung 6 aufgenommen, die einen kreiszylindrischen Umfang mit einem Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Durchmesser der Kolbenkammer 2 ist.

Die Kolbenführung 6 weist zwei einander diametral gegenüberliegende Zylinderbohrungen 7, 8 auf, in denen Kolben 9, 10 geführt sind. Die Kolben 9, 10 sind über Pleuelstangen 11, 12 mit einem ortsfesten Lager 13 verbunden, das exzentrisch in der Kolbenkammer angeordnet ist.

Wird die Kolbenführung 6 in Pfeilrichtung gedreht, so bewegt sich der Kolben 9 ausgehend von der in Fig. 1 gezeigten Stel-lung relativ zur Kolbenführung 6 immer weiter nach außen, bis er die radial äußerste Stellung erreicht hat, wie dies für den Kolben 10 in Fig. 1 dargestellt ist. Der zwischen der Wand 14 des Zylinders 7, dem Kolben 9 und der Wand 5 der Kolbenkammer 2 eingeschlossene Brennraum weist in der in Fig. 1 dargestell-ten Stellung das größte Volumen auf.

Im Gehäuse 1 ist zur Zufuhr von Brennstoff, z.B. einem Benzin-Luft-Gemisch, zur Kolbenkammer 2 eine Ansaugöffnung 15 vorgesehen, die sich über einen Kanal 16 bis in ,den Bereich erstreckt, in dem die Kolben 9, 10 ihre bezüglich der Kolbenführung 6 radial innerste Stellung aufweisen, so daß sich die Brennkammer mit dem Brennstoffgemisch füllen kann.

In jenem Bereich, in dem die Kolben 9, 10 ihre radial äußerste Stellung einnehmen (in Fig. 1 der Kolben 10), weist die Kolbenkammer 2 eine Öffnung 17 zur Turbinenkammer 3 auf. Wird die Kolbenführung 6 in Pfeilrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, so bewegt sich z.B. der Kolben 9 von der in Fig. 1 dargestellten Stellung aus relativ zur Kolbenführung 6 nach außen, so daß der Brennraum ständig verkleinert wird, bis sich der Kolben 9 im Bereich der Öffnung 17 befindet und seine radial äußerste Stellung erreicht. In diesem Moment kann z.B. das Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches auf übliche Weise, z.B. durch eine Zündkerze, erfolgen.

In der Turbinenkammer 3 der Turbine 4 ist ein Flügelzellenrad 20 vorgesehen, in dem zwei einander diametral gegenüberliegende Lamellen 21, 22 in Führungen 23, 24 radial verschiebbar sind und mit ihrer Außenseite an der zylindrischen Wand 25 der Turbinenkammer 3 anliegen. Um ein ständiges Anliegen der Lamellen 21, 22 an der Wand 25 zu gewährleisten, kann z.B. vorgesehen sein, daß die Lamellen 21, 22 gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform von Federn nach außen gedrückt werden.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, kann dies aber auch über eine Nutenführung 26, 27 erfolgen, die in den Stirnwänden 30, 31 der Turbinenkammer 3 einander spiegelbildlich gegenüberliegend vorgesehen sind. Dazu sind an den Lamellen 21, 22 seitlich VorSprünge 28, 29 vorgesehen, die in die Nuten 26, 27 eingreifen. Die Nuten 26, 27 können dabei mit den VorSprüngen 28, 29 eine Gleitführung bilden. Es kann aber auch gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform vorgesehen sein, daß an den Vorsprüngen 28 r 29 Rollen gelagert sind, die in den Nuten 26, 27 geführt sind, wodurch der Reibungswiderstand und der Verschleiß verringert wird.

Im Gehäuse 1 ist eine Auslaßöffnung 32-für die expandierten

Verbrennungsgase aus der Turbinenkammer 3 vorgesehen. In Dreh-richtung des Flügelzellenrades 20 von der Öffnung 17 ausgehend weist die Wand 25 der Turbinenkammer 3 bis zur Auslaßöffnung

32 einen kreiszylindrischen Umfang auf. Der Radius der Wand 25 verringert sich dann aber im Bereich 33 zwischen der Auslaßöffnung 32 und der Öffnung 17 im wesentlichen kontinuierlich, bis er etwa den Außendurchmesser des Flügelzellenrades 20 erreicht hat.

Entsprechend dieser Verringerung des Durchmessers bewegen sich die Lamellen 21, 22 von den Führungsnuten 26, 27 geführt radi-al nach innen, um dann im Bereich der Öffnung 17 wieder nach außen geführt zu werden, bis sie nach der Öffnung 17 wieder an der Wand 25 der Turbinenkammer 3 anliegen. Die Wand 25 bildet somit im Bereich der Öffnung 17 einen Vorsprung 34. Im Bereich

33 ist ein Überströmkanal 35 vorgesehen, der von der Auslaß-Öffnung 32 ausgehend bis kurz vor den Vorsprung 34 reicht und verhindert, daß Gas zwischen der Lamelle 21 oder 22, dem Flügelzellenrad 20 und der Wand 25 im Bererich 33 komprimiert wird, wenn die Lamelle 21 oder 22 diesen Bereich passiert.

Wenn das zwischen der Lamelle 21, dem Flügelzellenrad 20, dem Vorsprung 34 und dem Kolben 10 eingeschlossene und komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch gezündet wird, dann wird das Flügelzellenrad 20 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, wobei sich die Kolbenführung 6, die mit der Turbine 4 über ein in Fig. 3 dargestelltes Getriebe gekuppelt ist, gleichfalls weiterdreht. Das Flügelzellenrad 20 und die Kolbenführung 6 machen jeweils eine halbe Umdrehung, bis sich der Kolben 9 im Bereich der Öffnung 17 befindet und mit der Lamelle 22, dem Flügelzellenrad 20 und dem Vorsprung 34 neuerlich ein Brenn-stoff-Luft-Gemisch einschließt und nach dessen Zündung das Flügelzellenrad 20 über die Lamelle 22 antreibt. Nach einer kurzen weiteren Drehbewegung des Flügelzellenrades 20 erreicht die Lamelle 21 die Auslaßöffnung 32 und das im wesentlichen expandierte Verbrennungsgas kann durch diese Öffnung 32 aus-strömen.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines Getriebes dargestellt, mittels dem die Kolbenführung Jό und die Turbine 4 miteinander verbunden sind. Die Kolbenführung 6 und die Turbi-ne 4 weisen jeweils einen Achsstummel 36, 37 auf, die aus dem Gehäuse 1 ragen. Auf diesen Achsstummeln 36, 37 sind Zahnräder 38, 39 befestigt, die z.B. über einen Zahnriemen 40, eine Kette od. dgl. miteinander verbunden sind. Es ist natürlich auch möglich, ein Zahnradgetriebe vorzusehen, wobei sich aus dem Übersetzungsverhältnis dieses Getriebes das Drehzahlverhältnis der Kolbenführung 6 und der Turbine 4 bestimmt.

Anstatt der Steuerung der Kolben 9, 10 über Pleuelstangen 11, 12 und ein ortsfestes Lager 13 ist es selbstverständlich auch möglich, dies z.B. über eine Nutenführung, ähnlich wie die der Turbine 4 oder andere geeignete Einrichtungen, vorzusehen.

Weiters ist es auch möglich, anstatt der dargestellten Ausführungsform mit zwei Kolben und zwei Lamellen eine Ausfüh-rungsform mit nur einem Kolben und einer Lamelle oder mit drei oder mehreren Kolben und Lamellen herzustellen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann es auch möglich sein, den Ansaugkanal 15 entgegen der Drehrichtung der Kolben-führung 6 weiter zur Öffnung 17 zu verlegen oder einen ent-sprechenen Kanal vorzusehen, um zu vermeiden, daß zwischen den Kolben und der Wand 5 der Kolbenkammer 2 ein Unterdruck entsteht, wenn dieser nach der Öffnung 17 radial nach innen geführt wird.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der Verbrennungskraftmaschine dargestellt, bei der koaxial nebeneinander zwei Kolbenführungen 6, 6' und zwei Turbinen 4, 4' angeordnet und drehfest miteinander gekuppelt sind. Die Kolbenführung 6' ist gegenüber der Kolbenführung 6 in Drehrichtung um 90° versetzt. Ebenso sind die Turbinen 4 und 4' zueinander um 90° versetzt. Die beiden Kolbenführungen sind auf nicht dargestellte Weise miteinander gekuppelt. Dies kann beispielsweise wie bei der Kolbenführung 6 und der Turbine 4 über einen Zahnriemen 40 erfolgen. Dadurch ergibt sich ein ruhigerer Lauf der Verbren-nugnskra tmaschine.

Zusammenfassend kann die Erfindung beispielsweise wie folgt dargestellt werden:

Die Verbrennungskraftmaschine weist eine im wesentlichen zylindrische Kolbenkammer 2 auf, in der eine Kolbenführung 6 gelagert ist, die zwei im wesentlichen radial ausgerichtete, einander gegenüberliegende Zylinderbohrungen 7, 8 aufweist- In den Zylinderbohrungen 7, 8 sind Kolben 9, 10 geführt, die mit der Wand 14 der Zylinderbohrungen 9, 10 und der Wand 5 der Kolbenkammer 2 zumindest phasenweise, d.h. in Abhängigkeit vom Drehwinkel, einen Brennraum einschließen. Die Kolben 9, 10 werden beim Drehen der Kolbenführung 6 periodisch radial hin-und herbewegt.

Mit der Kolbenkammer 2 ist eine Turbinenkammer 3 über eine

Öffnung 17 verbunden. In der Turbinenkammer 3 ist eine Turbine

4 drehbar gelagert, die ein Flügelzellenrad 20 mit zwei radial verschiebbaren Lamellen aufweist, wobei sich die Lamellen 21, 22 vor der Öffnung 17 radial weiter innen befinden als nach der Öffnung 17.

Die Turbine 4 ist mit der Kolbenführung 6 über ein Getriebe 38, 39, 40 verbunden.