DE1945729A1 - Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

• "Verbrennungsmotor" Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor einer neuen Bauart, der die bekannten Nachteile des klassischen Verbrennungsmotors mit hin und her beweglichen Kolben und Kurbel-triebstangenmechanismus behebt und wobei insbesondere die Gesamtanzahl der Teile im Vergleich zur Anzahl der Teile des klassischen Verbrennungsmotors wesentlich verringert ist.
• Die erfindungsgemässe Verbrennungsmotor wird gekennzeichnet durch mindestens zwei Gruppen von in einer torusförmigen Arbeitskammer beweglichen Kolben, welche Kolbengruppen in der Weise mit der anzutreibenden Hauptwelle gekuppelt sind, dass sie wechselweise - unter Freilauf der Motorwelle - blockiert - bzw - die Motor welle mitnehmend - einen Arbeitshub ausfuhren.
• Indem jegliche Hin-und Herbewegung vermieden wirdJwerden Schwingungen weitgehend eliminiert und k8nnen im Prinzip hohe Drehzahlen bis 10.000 oder mehr Umdrehungen pro Minute angewandt werden.
• Das Wegfallen von Nockenwellen, Ventilen mit den zugehörigen Mechanismen, und von Kurbelgetrieben zwischen Kolben und Motorwelle hat eine wesentlich einfachere Konstruktion und eine wesentliche Herabsetzung der Gesamtanzahl der Teile zu folge.
• Indem eine verhältnismässig grosse Anzahl von Arbeitshuben pro Umdrehung der Motorwelle stattfindet, ist ein wesentlich regelmassiger Lauf gewährt und kann eben auf ein Schwungrad verzichtet werden.
• Schliesslich bedeutet die viel gleichmässigere Wãrmebelastung der torusförmigen Arbeitskammer einen grossen Vorteil des erfindungsgemässen Motors gegenuber dem klassischen Verbrennungsmotor.
• Die Erfindung wird unten an Hand der Zeichnung mit einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Achsialschnitt durch einen Verbrennungsmotor mit Funkenzundung nach der Erfindung, ausgefuhrt mit zwei zusammenarbeitenden Kolbenpaaren; Fig. 2 sechs schematische Querschnitte, die die sechs nacheinander eingeleiteten Viertakt-kolbenbewegungen darstellen, die zusammen eine vollständige Umdrehung der angetriebenen Welle des Motors nach Fig. 1 bewirken; Fig. 2a einen schematischen Querschnitt durch eine Ausfuhrungsvariante mit zwei zusammenarbeitenden Gruppen von je vier Kolben und mit zehn Zundkerzen und Fig. 3 eine ausgezogene perspektivische Darstellung des Motors nach Fig. 1, wobei einige Teile teilweise im Schnitt dargestellt sind.
• Der dargestellte Motor hat ein etwa zylindrisches Gehause 1, das aus zwei mit einer Flanschen -Bolzenverbindung 3 vereinigten Teilen 2a und 2b besteht und an den Stirnseiten von mittels FlanschenBolzenverbindungen 4a und 4b mit den Gehäuseteilen 2a,b verbundenen Deckeln 5a und 5b abgeschlossen ist.
• Die Gehäuseteile 2a,b haben in der Teilungsebene des Gehäuses je eine im Querschnitt halbkreisformige Ringaussparung 6a(6b), welche Aussparungen zusammen eine torusformige Kammer 7 einer kreisformigen Querschnittsform begrenzen. In der Kammer 7 sind vier Kolben 8-11 bewegbar,die die Gestalt eines Torussektors haben.
• Die Kolben 8-11 sind paarweise, einander diametral gegenuber stehend, am Umfang einer gemeinsamen Scheibe befestigt und zwar sitzen die Kolben 8 und 9 am Umfang einer ersten Scheibe 12a, während die Kolben 10 und 11 am Umfang einer zweiten, ähnlichen Scheibe 12b befestigt sind. Die Scheiben 12a,b ragen durch einen in der Innenumfangswand der Kammer 7 vorhandenen Ringschlitz in einen zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen 13a und 13b der Kernstüke 14a und 14b der Gehäuseteile 2a,b begrenzten ?ingscheibenformigen Raum.Die Scheiben 2a,b sind dabei sowohl mit Bezug aufeinander, wie auch mit Bezug auf die Stirnflächen 13a,b durch als Verschleissringe ausgeführte Dichtungsringe 15 gedichtet.
• Die Scheiben 12a,b sitzen je drehfest auf einer Nabenbuchse 16a bzw. 16b, Auf der Mbenbuchse 16(16b) ist der Innenring 18a(18b) einer Freilaufkupplung 17a(17b) einer bekannten Bauart aufgekeilt, deren Aussenring 19a(19b) im Kernstück 14a(14b) festontiert ist.
• Von der Freilaufkupplung 17a(17b) wird nur eine Drehbewegung nach rechts (siehe Fig. 3 und Fig. 1 von rechts nach links) der Scheibe 12a(12b) und somit der Kolben 8, 9, bzw. 10,11 in der Kammer 7 gestattet.
• In einer Kammer im konisch erweiterten Aussenende der Nabenbuchse 16a(16b) ist der Aussenring 21a(21b) einer zweiten Freilaufkupplung 20a(20b) festmontiert, deren Innenring 22a(22b) auf der zentral, in Lagern 23a,b in den beiden Deckeln 5a,b des Motorgehäuses drehbar tt gelagerten Motorwelle 24 aufgekeilt. bie Motorwelle 24 ragt dabei frei durch die Bohrungen der Nabenbuchsen 13a(13b) hindurch. Die Kuppelrichtüng der Freilaufkupplung 20a(20b) ist derjenigen der Freilaufkupplung 17a(17b) entgegengesetzt, in dem Sinnesdass die Scheibe 12a(12b)bei ihrer von der ersten Freilaufkupplung 17a817b) gestatteten Drehbewegung im Uhrzeigersinn die Welle 24 mitnimmt, während die Welle 24 bei stillstehender oder langsamer drehender Scheibe 12a(12b) frei nach rechts mit Bezug auf diese Scheibe drehen kann.
• Am konisch erweiterten Aussenende der Nabenbuchse 16a(16b) ist ein Zahnring 25a(25b) gekeilt, der mit einem Zahnsektor 26a(26b) von 900 zusammenarbeitet, der auf einer in Lagern 27a(27b) drehbar im Deckel 5a(5b) und dem Kernstück 14a(14b) gelagerten Welle 28a(28b) aufgekeilt ist. An der Aussenstirnfläche des Zahnringes 25a(25b) ist eine Scheibe 29a(29b) befestigt, in deren nach aussen gewendeter Stirnflache sechs kreisbogenformig verlaufende Schlitze 29a(29b) vorgesehen sind, die mit einem sich über einen Winkelabstand von 900 erstreckenden, kreisbogenförmigen Vorsprung 31a(31b) zusammenarbeiten, welcher Vorsprung in achsialer Richtung von dr xch nach hamgewendeten Stirnflache einer Blockierscheibe 32a(32b) vorspringt, welche Blockierscheibe ebenfalls auf der Welle 28a(28b) aufgekeilt ist.
• Der Vorsprung 31a(31b) ist um 1800 mit Bezug auf den Zahnsektor 26a(26b) versetzt. Auf der Welle 28a(28b) ist ferner ein Zahnrad 33a(33b) aufgekeilt, das mit einem auf der Hauptwelle 24 aufgekeilten Zahnrad 34a(34b) in Eingriff steht.
• Das Durchmesserverhaltnis der Zahnrader 23a(23b) und 34a(34b) ist 1:3, sodass die Welle 28a(28b) bei jeder Umdrehung der Hauptwelle 24 drei Umdrehungen ausführt.
• Auf der Hauptwelle 24 sitzt noch ein Zahnrad 35, das mit dem Zahnrad 36 auf der Welle 37 in Eingriff steht, welche Welle 37 u.m. die Antriebswelle für den Stromverteiler bildet.
• In der Wand-der Kammer 7 und zwar im Gehäuseteil 2a, sind drei untereinander um 1200 versetzte: Zündkerzen 38,39,40 angeordnet. Die Wand der Kammer 7 enthalt ferner drei im Gehäuseteil 2b vorgesehene , ebenfalls untereinander um 1200 versetzte, mit Bezug auf die Zundkerzen um 600 versetzt liegende Einlasspforten 41,42 und 43, sowie drei im Gehäuseteil 2a vorgesehene Auslasspforten 44,45,46, die in den gleichen Radialebenen wie die Einlasspforten 41-43 liegen.
• Die Einlasspforten 41-43 werden durch die Mündungen von drei achsiale Kanäle 47,48,49 gebildet, die andererseits mit einer im Deckel 5b vorhandenen Kammer 50 (siehe Fig. 2und 3) in Verbindung stehen. Die Einlasskammer 50 wird über eine zentrale Oeffnung 21 im Deckel 5b gespeisst.
• Die Kolben 8-11 haben je zwei an der vorderen bzw.
• hinteren Kolbenstirnfläche vorstehende Zungen 52a und 53a (52b und 53b), welche Zungen mit den Einlass- bzw.
• Auslasspforten 41-43 bzw. 44-46 zusammenarbeiten.
• Die Wirkung des obenbeschriebenen Motors wird im Unterstehenden an Hand der Fig. 2 weiter b.achrieben.
• nit I ist der Moment angegeben, in dem die Zündkerze 38 das im Raum zwischen den Kolben 8 und 10 vorhandene, bei dem vorhergehenden Hub des Kolbens 8 komprimierte brennbare Gemisch angezndet hat.
• Im gleichen Moment ist der Vorsprung 31a der Blockierscheibe 32a mit einem der kreisbogenförmigen Schlitze 30a der Scheibe 29a in Eingriff getreten, wodurch die Scheibe 29a und das über den Zahnring 25a, die-Nabenbuchse 16a und die Scheibe 12a mit ihr festverbundene Kolbenpaar 8,9 blockiert werden. In Folge der durch die Zündung des brennbaren Gemisches im Raum zwischen den Kolben 8. und 10 bewirkten Explosion wird an der Kolbenstirnflache a des in diesem Moment frei bewegbaren Kolbens 10 eine nach rechts gerichtete Kraft ausgeübt, wodurch der Kolben 10 nach rechts, in die Lage II bewegt wird. Der bei der Explosion erzeugte Druck wirkt zu gleicher Zeit nach links auf die Kolbenstirnfläche h des Kolbens 8, der jedoch, wie oben bemerkt wurde, in diesem Moment blockiert ist, zu dem ausserdem die Blockierwirkung der Freilaufkupplung 17a beitragt.
• Während derselben Bewegungsphase von I nach II wird daswährend des vorhergehenden Hubs des Kolbens 9 in den Raum zwischen den Kolben 10 und 9 angesaugte.brennbare Gemisch von der Kolbenstirnfläche b des Kolbens 10 komprimiert um nach Erreichung der Lage II von der Zündkerze 39 angezündet zu werden, wahrend der mit dem Kolben 10 mitbewegte Kolben 11 während der gleichen Bewegungsphase in den Raum zwischen den Kolben 11 und 9 ein brennbares Gemisch ansaugt und mit seiner vorderen Kolbenstirnfläche d die bei dem vorhergehenden Arbeitshub des KOlbens 8 im Raum zwischen diese Kolben 8 und dem Kolben 11 entwickelten Verbrennungsgase austreibt.
• In den Schemas nach Fig. 2 sind die Einlass- und Auslasspforten einfachheitshalber zusammenfallend dargestellt und mit den Buchstaben x,y und z angegeben. Bei Anfang der in Betracht stehenden Bewegungsphase I-II ist die Auslasspforte z bereits von der Zunge 52b des Kolbens 10 abgeschlossen, wahrend die Einlasspforte z recht bald nach dem Beginn des Hubs des Kolbens 8 abgeschlossen wird.
• Ferner war die Auslasspforte x bereits von der Zunge 52a des Kolbens 9 abgeschlossen worden und bleibt diese Pforte während der in Betracht stehenden Bewegungsphase geschlossen, wahrend die anfangs von der Zunge 53b des Kolbens 11 abgeschlossene Einlasspforte x bereits bald nach dem Anfang der Bewegung des Kolbens 11 geoffnet wird. Schliesslich war die Auslasspforte y bereits offen und bleibt diese Pforte bis kurz vor dem Ende des Hubs des Kolbens 11 gepffnet, wahrend die Einlasspforte y von der Zunge 53a des Kolbens 8 abgeschlossen war und während der in Betracht stehenden Bewegung geschlossen geblieben ist.
• In der Lage II angekommen, hat sich das Kolbenpaar 10,11 um 600 gedreht und ist die Hauptwelle 24 um einen gleich grossen Winkel gedreht worden. Zu gleicher Zeit sind die Blockierscheiben 32a und 32b und die fest mit diesen 0 verbundenen Zahnsektore 26a bzw. 26b um 180 gedreht worden, wobei der Vorsprung 31a der Blockerscheibe 32a ausser Eingriff mit dem Schlitz 30a der Scheibe 29a getreten ist und der Zahnsektor 26a mit dem Zahnring 25a in Eingriff getreten ist, während jetzt der Vorsprung 31b der Blockierscheibe 32b mit einem kreisbogenf8rmigen Schlitz 30b der Scheibe 29b in Eingriff getreten ist und der Zahnsektor 26b ausser Eingriff mit dem Zahnsektor 25b gelangt ist, sodass in der Lage II das Kolbenpaar 10, 11 blockiert ist und das Kolbenpaar 8,9 für einen nachfolgenden Hub freigegeben worden ist.
• In Folge der in der Lage II von der Zündkerze 39 bewirkten Explosion wird der Hauptwelle 24 eine weitere 0 Drehbewegung um 60 mitgeteilt, und zwar jetzt vom Kolbenpaar 8,9, dessen Kolben 9 jetzt einen Krafthub in die Lage III ausführt und dabei zu gleicher Zeit mit seiner vorderen Kölbenstirnfläche f das ii Raum zwischen dem Kolben 9 und dem Kolben 11 vorhandene brennbare Gasgemisch komprimiert, während der Kolben 8 in der gleichen Bewegungsphase mit seiner vorderen Kolbenstirnfläche h die während der vohergehenden Bewegungsphase entwickelten Verbrennungsgase austreibt.
• In der Lage III angekommen, ist das Kolbenpaar 8,9 abermals in die Blockierlage gelangt und ist die Blockierung des Kolbenpaares 10,11 aufgehoben worden, wodurch letzteres Kolbenpaar ein weiterer Arbeitshub von 600 ausführen kann, jetzt unter Einfluss des ExplosionsdruckE der in Folge der Anzündung des im Raum zwischen den Kolben 9 und 11 komprimierten brennbaren Gemisches mittels der Zündkerze erzeugt worden ist.
• Es ist klar, dass,wenn von der Lage Vi ausgegangen wird, eine weitere Verdrehung des Kolbenpaares 8,9 um 600 die Hauptwelle die letzte 600 einer vollständigen Umdrehung zurucklegen lässt. Die Kolbenpaare 8,9 und 10,11 haben dann je eine Drehbewegung um 1800 in der torusförmigen Kammer 7 zurückgelegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Kreisbogenlänge der 0 Kolben 52,5 , sodass das Kompressionsverhältnis 9:1 ist.
• Jede der sechs oben besprochenenBewegungsphasen von 0 60 stellt tatsachlich einen vollständigen Viertaktzyklus dar. Dies heisst, dass der als Beispiel gezeigte Verbrennungsmotor das "Xquivalent" eines klassischen Zwolfzylinder-Viertaktmotor des gleichen Inhalts wie der "Einzelzylindermotor" nach der Erfindung ist, vorausgesetzt, dass das Kompressionsverhältnis und die Drehzahl die selbe sind.
• Die Erfindung ist nicht zu einem Verbrennungsmotor mit Funkenzündung beschränkt und auch nicht zu einem Verbrennungsmotor mit inwendiger Verbrennung.
• Innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung sind Diesel- oder semi-Dieselausführungen ohne weiteres möglich.
• Es bestehen ferner viele Variationsmöglichkeiten, indem der Durchmesser der torusförmigen Kammer, der Kolbendurchmesser, die Zundkerzenanzahl, die Kreisbogenlänge des Kolbens und damit das Kompressionsverhältnis, sowie die Kolbenanzahl pro Gruppe geändert werden. Zum Beispiel enthält der Motor in der Ausführungsvariante nach Fig. 2a zwei wechselweise um jeweils einen Winkel von etwa 150 blockierte und in Drehung versetzte Gruppen von je vier Kolben, während dabei zehn Zündkerzen angewandt sind.
• Der erfindungsgemässe Motor kann natürlich auch mit mehreren UZylindern versehen werden, was dann tatsächlich darauf ankommt, dass zwei oder mehr Einzelzylindermotoren nach der Erfindung eine gemeinsame Welle antreiben.
• Die auch bei dem erfindungsgemässen Motor erforderliche Kühlung kann auf verschiedene Weisen realisiert werden.
• Insbesondere eignet sich der erfindungsgemasse Motor für Luftkühlung.
• Auch die erforderliche Schmierung kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Es können dabei die bei der Umlaufbewegung der Kolben auftretenden Zentrifugalkrafte ausgenutzt werden, indem das Schmieroel aus einer Zentralzone der Zylinderwand an einer Stelle am Innenumfang zugefuhrt wird, sodass sich das Oel von dieser Stelle unter Einfluss der auftretenden Zentrifugalkrafte in tangentialer und radialer Richtung nach aussen verteilen kann. Das Schmieroel kann dann am Aussenumfang versammelt werden undkur Zentralzone zurückgeleitet werden.

Claims (11)

PATENTANSPRUECHE

1. yerbrennungsmotors gekennzeichnet durch mindestens + i Gruppen von in einer torusförmigen Arbeitskammer beweglichen Kolben, welche Kolbengruppen in der Weise mit der anzutreibenden Hauptwelle gekuppelt sind, dass sie wechselweise - unter Freilauf der Motorwelle -blockiert - bzw. - die Motorwelle mitnehmend - einen Arbeitshub ausführen.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Gruppen von je zwei oder mehreren Kolben, wobei die aufeinander folgenden Hube dieser Kolbengruppen je mindestens einem vollständigen Viertaktzyklus entsprechen.

3. Verbennungsmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben jeder Gruppe am Umfang einer Scheibe befestigt sind und dass die beiden Scheiben nebeneinander auf der angetriebenen Hauptwelle des Motors unter Zwischenschaltung einer Freilauf-Kuppelvorrichtung angeordnet sind.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die torusförmige Kammer in einem hauptsächlich zylindrischen Gehäuse gebildet ist, welches Gehäuse aus zwei Teilen besteht, welche Teile in ihrer gemeinsamen, senkrecht zur Motorachse stehenden Teilungsebene je eine im Querschnitt halbkreisförmige Ringaussparung aufweisen, welche Aussparungen zusammen die torusförmige Kammer begrenzen, wobei die angetriebene Hauptwelle des Motors in Lagern in den die Enden des Motorgehauses abschli.ssenden DEckeln drehbar gelagert ist und wobei die Wand der torusforigen Kammer am Innenumfang einen Ringschlitz aufweist, durch den die die Kolben tragenden Scheiben hindurchragen.

5. Verbrennungsmotor nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilauf-Kuppelvorrichtung zwischen der Hauptwelle und jeder Kolben-tragenden Scheibe eine erste Freilauf-Kupplung zwischen der Hauptwelle und einer diese Welle umgebenden, die Kolben-tragende Scheibe stützenden Nabenbuchse aufweist.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilauf-Kuppelvorrichtung eine zweite Freilauf-Kupplung aufweist, die zwischen der genannten Nabenbuchse und einem Kernstück eine der Gehäuseteile angeordnet ist, wobei die Kernstück beider Gehäuseteile zusammen einen Ringraum begrenzen, in dem die beiden Kolben-tragenden Scheibe dichtend gelagert sind.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine intermittierend wirksame Blockiervorrichtung zwischen der Hauptwelle und jeder Nabenbuchse, welche Blockiervorrichtung eine wechselnde Blockierung der Nabenbuchsen in einem bestimmten Uebertragungsverhalten zur Drehbewegung der Hauptwelle gewähren.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die intermittierend wirksame Blockiervorrichtung zwischen der Hauptwelle und jeder Nabenbuchse eine koachsial mit der Buchse verbundene Scheibe aufweist, deren eine Stirnfläche mit einer Anzahl von kreisbogenformigen Schlitzen versehen ist, welche Schlitze mit einem entsprechenden Vorsprung einer Blockierscheibe in Eingriff treten können, welche Blockierscheihe auf einer von der Hauptwelle kontinuierlich angetriebenen Hilfswelle befestigt ist, auf welcher Hilfswelle ferner ein Zahnsektor befestigt ist, der mit einem auf der Buchse befestigten Zahnring oder -Rad zusammenarbeiten, wobei der Vorsprung der Blockierscheibe und der Zahnsektor so mit Bezug aufeinander versetzt sind, dass, wenn der Vorsprung der Blockierscheibe mit einem der kreisbogenförmigen Schlitze in Eingriff ist, der Zahnsektor ausser Eingriff mit dem Zahnring auf der Nabenbuchse ist und umgekehrt.

9. Verbrennungsmotor nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor als Motor mit inwendiger Verbrennung und Funkenzündung ausgeführt ist.

10. Verbrennungsmotor nach Ansprüchen 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass der als Dieselmotor ausgeführt ist.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben jeder Kolbengruppe an je seiner Stirnfläche eine vorspringende Zunge aufweist, welche Zungen mit regelmässig am Umfang der torusförmigen Kammer verteilt angeordneten Ein- und Auslasspforten zusammenarbeiten.