DE3325553A1

DE3325553A1 - Als kreiskolbenmotor ausgebildete viertakt-verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3325553A1
Application number: DE19833325553
Authority: DE
Inventors: Karl-Horst 7959 Wain Fried
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-15
Filing date: 1983-07-15
Publication date: 1983-12-01

Description

7900 Ulm, 01.07.83 P 336

Als Kreiskolbenmotor ausgebildete Viertakt-Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine als Kreiskolbenncbor ausgebildete Viertakt-Verbrennungskraftmaschine.

Rotationskolbenmaschinen sind bekannt und teilweise auch bereits in Betrieb. Am bekanntesten ist der Wankelmotor. Weiterhin sind ähnliche Verbrennungskraftmaschinen nach dem Prinzip des Kreiskolbenmotors aus den deutschen OffenlegungsSchriften 2 4o6 419 und 2 420 296 bekannt.

Die Tatsache, daß Diesel- und Ottomotoren trotz ihrer erkannten theoretischen Nachteile gegenüber Rotationskolbenmaschinen in der Praxis in Leistungsbereichen unterhalb der Turbine immer noch absolut dominieren, ist ein.Zeichen für unterschiedliche konstruktive Mangel sowie technische Schwierigkeiten der bisherigen Vertreter aus der Klasse der Rotationskolbenmaschinen. So wird z. B. bei dem Wankelmotor die Verminderung der Teile und des Gewichtes mit einem erhöhten Anspruch an Präzision und Dualität der Materialien, verbunden mit beschleunigtem Verschleiß, erkauft. Andere Rotationskolbenmaschinen sind nicht ausreichend abdichtbar und/oder sie berifcigen immer noch ein Zu-

Λ-

viel an Masse, Raum, Gewicht und Teilen.

Um daher einem Rotationskolbenmotor zum Durchbruch zu verhelfen muß das Ziel neuer Entwicklungen darin bestehen, die Wirkungsgrad mindernde Notwendigkeit der Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige durch ein effektiveres System zu ersetzen» Dabei müssen Gewicht und Teile eingespart werden, es muß eine ausreichende Abdichtung ohne störende Reibungsverluste möglich sein und es muß eine genaue Steuerung der beweglichen Teile garantiert sein, um Pannen zu vermeiden, den Verschleiß in erträglichen Grenzen zu halten und die Lebensdauer des Motors zu verlängern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine als Kreiskolbenmotor ausgebildete Viertakt-Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welche gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch eine auf der Motorachse angeordnete, beidseitig mit als Kolben wirkenden Gebilden besäzte Kreisscheibe, die in abgedichteter Weise von einem " Gehäuse umgeben ist, welches beidseitig der Scheibe zwei Ring-Hohlräume mit einem den rotierenden Kolben entsprechenden Querschnitt, ferner steuerbare Abdichtelemente innerhalb der Ring-Hohlräume, Einlaß-Kanäle

für Brennstoffgemisch, Auslaßkanäle für das Verbrennungsgas sowie eine Zündeinrichtung in solcher räumlicher Lage aufweist, daß das Ansaugen und Verdichten des Verbrennungsgemisches auf der einen Seite, das Verbrennen und Ausä;oßen des verbrannten Gemisches auf der anderen Seite der Kreisscheibe stattfindet.

Bei dieser Konstruktion empfiehlt es sich, den an die Kreisscheibe angesetzten Kolben eine Form zu geben, welche etwa einem Ellipsoid entspricht.

Als Abdichtelemente kann man steuerbare Klappen verwenden; besser erscheinen jedoch als Abdichiä-emente im Gehäuse derart gelagerte vDichrangswftlzen, daß deren Mantellinie in einem Kreisscheibendurchmesser an der Kreisscheibenfläche anliegt und daß die Dichtungswalzen demProfil der Kolben korrespondierende Aussparungen für deren abwälzenden Durchtritt bei Rotation der Kreisscheibe aufweisen.

Die gewählte Form der Einzelteile und ihre Anordnung zueinander gewährleisten bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine die unmittelbare Übertragung der Kraft in eine kreisförmige Bewegung und bieten außerdem die Voraussetzung für eine außergewöhnliche Laufruhe.. Um bei einer Achsumdrehung zwei volle Arbeitsphasen zu vollziehen, benötigt z. B. der Otto-Motor insgesamt acht Zylinder, der hier beschriebene Kreiskolbenmotor nur eine einzige Arbeitsscheibe. Die Einsparung an Teilen, Material und Gewicht ist damit augenfällig.

Um stets eine vorgegebene Phasenlage zwischen den Dichtungswalzen und den sich bei der Rotation der Kreisscheibe darin abwälzenden Kolben zu gewährleisten, ist es empfehlenswert, auf der Kreisscheibe beidseitig Zahn-Stirnräder anzuordnen, welche die Dichtungswalzen kraftschlüssig antreiben. Dabei muß der Radius der Dichtungswalzen an jedem Auflagepunkt der Kreis-

olttn

scheibe jeweils/η-ten Teil des Abstandes zwischen Auflagepunkt und Mittelpunkt der Kreisscheifae entsprechen, wobei η die Anzahl der Kolben auf einer Scheibenseite bedeutet. Im Fall von jeweils zwei Kolben auf jeder Scheibenseite ist dies der halbe Abstand.

In einem Ausführungsbeispiel sind auf der Kreisscheibe auf einer Seite zwei, um 180° gegeneinander versetzte und auf der anderen Seite ebenfalls zwei, um 180° gegeneinander, jedoch gegenüber dem auf der ersten Seite angeordneten um einen dem gewünschten Verdichtungsgrad entsprechenden Winkel versetzte Kolben angeordnet.

Die Kühlung der Verbrennungskraftmaschine kann durch Kühlkanäle erfolgen, welche in dem Gehäuse untergebracht sind. Man könnte aber auch oder gegebenenfalls zusätzlich die Achse der Verbrennungskraftmaschine als Hohlachse ausbilden und über diese Hohlachse ein Kühlmittel durch Kühlkanäle leiten, welche in der Kreisscheibe vorgesehen sind.

Bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine läuft der gesamte Prozeß des Viertaktens auf einer Arbeitsscheibe ab; Ansaugen und Verdichten erfolgt auf der Vorderseite, Verbrennen und Ausstoßen des verbrannten Gemisches auf der Rückseite dieser Scheibe. Die Scheibe selbst kann mit beliebig vielen Kolben besetzt sein, wobei jede Seite die Hälfte der Gesamtzahl zu tragen hat. Die Anzahl der Kolben entscheidet über die Anzahl der Arbeitsprozesse pro Achsumdrehung.

In dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel "sind · je zwei Kolben für Vorder- und Rückseite gewählt.

- y-

In Fig.. 1 der Zeichnung ist das Prinzip der erf indungs-r gemäßen Verbrennungskraftmaschine in einer Ansicht, teilweise im Schnitt wiedergegeben. In Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Kreisscheibe mit den aufgesetzten Kolben und der davor angeordneten Dichtungswalze gezeichnet, während in Fig. ρ die Rückseite dieser Kreisscheibe mit der zweiten, y ihr angeordneten Dichtungswalze dargestellt ist. Jedoch ist die Scheibe in den Fig. '2 und 3 jeweils von einer Seite gezeichnet; in Fig. 3 sind die Kolben und die übrigen eingezeichneten Organe daher so gezeichnet, als wenn die Kreisscheibe 2 durchsichtig wäre.

In Fig. 1 ist die Achse mit 1 bezeichnet und auf dieser Achse ist die Kreisscheibe 2 fest angeordnet. Diese Kreisscheibe, die auch als Arbeitsscheibe bezeichnet werden könnte, ist mit insgesamt vier fest auf ihren beiden Oberflächen angeordneten Kolben 3, 4 und 13, 14 versehen. Diese Kolben besitzen eine el.liptische oder annähernd elliptische Form, welche eine besonders leichte Abdichtung ermöglicht. Die. Kolben 3, 4 und 13, 14 laufen-in einem Gehäuse 5, welches auf beiden Seiten der Scheibe■ringförmige durch die gestrichelt eingezeichneten Kreise 12 begrenzte Arbeitsräume 6 ausgespart aufweist. Diese Ringräume bilden die Arbeitskammer« der Verbrennungskraftmaschine. Zwei kegelstumpfförmige Dichtungswalzen 7 und 17 mit Aussparungen 10 für den Durchtritt der Kolben ergänzen die Abgrenzung der Arbeitskammern. Diese Dichtungswalzen liegen mit ihrer Mantellinie auf der Kreisscheibe 2 auf, sie sind um zentrierte Achsen drehbar, die gegeneinander um einen Winkel ver-

setzt sind, der sich aus der Tatsache ergibt, daß die Kompression zu einer Walze hin erfolgt, die Expansion jedoch von einer Walze weg und weiterhin durch die Anordnung der für den Durchtritt des komprimierten Gemisches vorgesehenen Durchlaßöffnungen 16 in den beiden Gehäuseteilen. Dieser Winkel ist aus den Darstellungen der Fig. 2 und 3 zu erkennen. In Pig. 1 sind die beiden Dichtungswalzen lediglich der einfacheren Darstellung halber so gezeichnet als wenn ihre Achsen, in einer Ebene liegen wurden.

Der Halbmesser an jedem Auflagepunkt der Dichtungswalzen entspricht jeweils dem halben Abstand vom Auflagepunkt zum Mittelpunkt der Kreisscheibe. Hierdurch wird garantiert, unterstützt durch die Zahnradführung

9, 11', daß der Kolben beim Durchtritt exakt in die dafür vorgesehene Aussparung 10 in der Dichtungswalze schlüpft. Außerdem erhält man gleiche Geschwindigkeiten an allen Auflagepunkten und vermeidet daher unnötige Reibung.

In Fig. 2 der Zeichnung sind die Leitungen 19 für den Brennstoff- und Lufteinlaß zu erkennen, ferner in der Scheibe 2 angeordnete Schlitze 8 für den Durchtritt des Gemisches nach der erfolgten Komprimierung. In der Darstellung nach Fig. 3 sind eine Glühkerze 18 sowie das Abgasrohr 24 zu erkennen.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Verbrennungsmaschine ist wie folgt: Sobald der Kolben 3 auf der Vorderseite der in Fig. 2 dargestellten Kreisscheibe

-Y-

durch die Walze 17 hindurchgetreten ist und den Eintritt der Leitung 19 passiert hat, beginnt der Ansaugvorgang. ■ Diese Phase endet, sobald der Kolben 4 dieselbe Stellung erreicht hat. Das von dem Kolben 3 angesaugte Gemisch wird in den Gehäuseringraum 6 bei konstantem Volumen geschoben bis der Kolben 3 beginnt in die Dichtungswalze 17 einzutreten. Von diesem Augenblick an wird das Gemisch komprimiert, bis der Scheiben-Durchlaßschlitz 8 mit der Gehäuse-Durchlaßöffnung 16 zur Deckung kommt. In dieser Phasenlage der Kreisscheibe 2 tritt das komprimierte Gemisch durch den Scheibenschlitz 8 hindurch und in die Brennkammer der Scheibenrückseite ein. Die Brennkammer wird gebildet von der Dichtungswalze 7, dem Kolben 13 und denj, zugehörigen Ringraum, der aus rückwärtigem Gehäuseteil und Kreisscheibe gebildet wird. Der Durchtritt des Gemisches durch den Schlitz 8 der Kreisscheibe 2 wird beendet, so-bald Schlitz 8 und Durchlaßöffnung 16 im Gehäuse nicht mehr in Deckung sind. Zu diesem Zeitpunkt steht der Kolben 13 kurz vor Erreichen der Glühkerze 18. Sobald der Kolben 13 bei Weiterdrehung der Kreisscheibe 2 die Glühkerze passiert, kommt das hinter ihm liegende komprimierte Gemisch zur Zündung. Die Expansionsphase dauert an bis der Kolben 14 seinerseits die Glühkerze 18 passiert. Die hinter dem Kolben 13 befindlichen Verbrennungsgase werden von dem Kolben 14 durch das Abgasrohr 24 ausgetrieben und zwar während des Zeitraumes zwischen dem Eintritt des Kolbens 13 in die Dichtungswalze 7 und dem Passieren des Abgasrohres 24 durch den Kolben 14.

-JB-

Bei der Verwendung von jeweils zwei Kolben auf einer Seite der Kreisscheibe viertaktetf der Kreiskolbenmotor zweimal voll bei nur einer Achsumdrehung.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß eine mit tragbarem Aufwand durchführbare Abdichtung der Kammern durch die ellipseide Form der Kolben und der sie umgebenden Gehäuse ermöglicht wird. Für eine gute Abdichtung bei geringstem Reibungsverlust sorgt ferner die Kegelstumpfform der Walzen.

Der Kreiskolbenmotor gemäß der Erfindung dient der Verbesserung stationärer und vor allem nicht ortsgebundener Verbrennungsltraftmaschine»; insofern als durch Auswahl und besondere Gestaltung der einzelnen Teile sowie ihre Zuordnung zueinander die Gewinnung mechanischer Arbeit aus Treibstoff und Luftsauerstoff ohne wirkungsgradschädliche Umsetzung einer linearen Bewegung in eine kreisförmige Bewegung erreicht werden kann. Die beträchtlichen Einsparungen an Teilen, Material, Gewicht ind Raum sind von ökonomischen Mutzen.

Die Arbeitsscheibe, die fest auf einer Mittelachse montiert ist, stellt den zentralen Ort aller Arbeitsabläufe dar. Kennzeichnend sind ferner die ellipsoide oder annähernd ellipsoide Form der Kolben, welche eine flächenhafte Abdichtung gewährleisten, die kegelstumpf förmigen Dichtungswalzen, die Durchmesser ihrer kreisförmigen Kegelschnitte in laLber Größe des Arbeitsscheibenradius vom Auflagepunkt bis zum ^chsmittelpunkt, ihre Aussparung für den Kolbendurchtritt sowie ihre Zahnradsteuerung.

Leerseite

Claims

Karl-Horst Fried
Finkenweg 9

Wain

7900 Ulm, 01.07.83 P 336

Patentansprüche:

LjAIs Kreiskolbenmotor ausgebildete Viertakt- Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch eine auf der Motorachse (1) angeordnete, beidseitig mit als Kolben wirkenden Gebilden (3, 4, 13, 14) besetzte Kreisscheibe (2), die in abgedichteter Weise von einem Gehäuse (5) umgeben ist, welches beidseitig der Scheibe (2) zwei Ring-Hohlräume (6) mit einem den rotierenden Kolben (3, 4, 13, 14) entsprechenden Querschnitt, ferner steuerbare Abdichtelemente (7, Jp) innerhalb der Ring-Hohlräume (6), Einlaßkanäle (19) für das Brennstoff-Gemisch, Auslaßkanäle (24) für das Verbrennungsgas sowie eine Zündeinrichtung (18) in solcher räumlicher Lage aufweist, daß das Ansaugen und Verdichten des Verbrennungsgemisches auf der einen Seite, das Verbrennen und Ausstoßen des verbrannten Gemisches auf der anderen Seite der Kreisscheibe (2) stattfindet.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die ^reisscheibe (2) angesetzten Kolben (3, 4, 13, 14) eine etwa einem Ellipsoid entsprechende Form aufweisen
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Abdichtelemente aus im Gehäuse derart gelagerten Dichtungswalzen (7»17 ) bestehen, daß deren Mantellinie in einem Kreisscheibenradius an der Kreisscheibenfläche anliegt und daß die Dichtungswalzen (7, ΛΊ) dem Profil der Kolben (3, 4, 13, 14) korrespondierende Aussparungen (10) für deren abwälzenden Durchtritt bei Rotation der Kreisscheibe (2) aufweisen.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungswalzai (7,17) über auf der Kreisscheibe (2) angeordnete Zahn-Stirnräder (11) kraftschlüssig antreibbar sind.
5. Verbrennungskraftmaschinen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der Dichtungswalzen (7,17) an jedem Auflagepunkt jaeils dem η-ten Teil des Abstandes zwischen Auflagepunkt und Mittelpunkt der Kreisscheibe (2) entspricht, wobei η die Anzahl der Kolben auf einer Scheibenseite bedeutet.
6. Verbrennungskraftmashine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisscheibe (2) auf einer Seite zwei, um 180 gegeneinander versetzte und auf der anderen Seite ebenfalls zwei, um 180° gegeneinander, jedoch gegenüber dem auf der ersten Seite angeordneten um einen dem gewünschten Verdichtungsgrad entsprechenden Winkel versetzte Kolben aufweist.
7. Verbimnungskraftmaschine nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Achse (1) als Hohlachse ausgebildet ist, deren Hohlraum mit in der Kreisscheibe (2) vorgesehenen Kühlkanälen (21) in Verbindung steht.