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Die
Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit wenigstens einem
Zylinder, einer Kurbelwelle und Einrichtungen, welche abhängig vom
Drehwinkel der Kurbelwelle dem Zylinder Verbrennungsluft über einen
ersten Kanal zuführen
und vom Zylinder über
einen zweiten Kanal Abgas abführen.
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Bekanntlich
umfassen herkömmliche
Verbrennungsmotoren als Einrichtungen zum Zuführen von Verbrennungsluft und
Abführen
von Abgas Ventile, die in Abhängigkeit
von der Drehposition der Kurbelwelle, welche eine Nockenwelle antreibt,
gesteuert werden. Konstruktion und Herstellung solcher Ventileinrichtungen
erfordern einen verhältnismäßig hohen
Aufwand. Die Betätigung
der Ventile schmälert
die Motorleistung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen Verbrennungsmotor
der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, der bei erhöhtem
Wirkungsgrad konstruktiv vereinfacht ist.
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Der
diese Aufgabe lösende
Verbrennungsmotor nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass die genannten Einrichtungen einen abhängig vom Drehwinkel der Kurbelwelle
drehbaren Rotationskörper
aufweisen, der mit seiner Rotationsfläche gegen eine am Zylinder
entsprechend geformte Gegenfläche
anliegt, dass innerhalb der Gegenfläche eine durch den Rotationskörper verschließbare Öffnung in
der Wand des Zylinders gebildet ist, dass sich der erste und/oder
zweite Kanal durch den Rotationskörper hindurch jeweils zu einer Öffnung in
der Rotationsfläche
erstrecken bzw. erstreckt und dass sich durch die Drehung des Rotationskörpers die Öffnungen bzw. Öffnung in
der Rotationsfläche
zu der Öffnung
in der Wand des Zylinders ausrichten lassen bzw. lässt.
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Vorteilhaft
treten an die Stelle gegen eine Federkraft bewegter Ventile rotierende
Körper.
In einer Ansaugphase tritt Verbrennungsluft, der ggf. Kraftstoff
beigemischt ist, durch die betreffende Öffnung in der Rotationsfläche hindurch
aus dem Rotationskörper
in den Verbrennungsraum des Zylinders ein. In einer Ausstoßphase strömt durch
die betreffende Öffnung
in der Rotationsfläche
des Rotationskörpers hindurch
aus dem Verbrennungsraum Abgas in den sich durch den Rotationskörper erstreckenden
Kanal. Die Einrichtungen zur Zufuhr von Verbrennungsluft und Abfuhr
von Abgas brauchen keine translatorisch bewegten Teile aufzuweisen.
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Ein
solcher Motor kann eine beliebige Zahl von Zylindern aufweisen und
lässt sich
mit allen für Verbrennungsmotoren
in Betracht kommenden Brennstoffen betreiben.
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Während es
möglich
wäre, für den Rotationskörper einen
gesonderten, von der Kurbelwelle mechanisch unabhängigen Antrieb
vorzusehen, steht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der
Rotationskörper
in mechanischer Antriebsverbindung mit der Kurbelwelle, wobei ein
bestimmtes Übersetzungsverhältnis, vorzugsweise
1:1, besteht. Im letzteren Fall dreht sich der Rotationskörper halb so
schnell wie die Kurbelwelle. Es wäre ferner möglich, den Rotationskörper intervallweise
zu drehen.
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Vorzugsweise
ist der Rotationskörper
auf der dem Zylinder abgewandten Seite zum Verschluss der Öffnungen
bzw. Öffnung
in der Rotationsfläche
gekapselt, wobei durch die Kapselung z. B. eine gegen die Rotationsfläche des
Rotationskörpers
anliegende Gegenfläche
gebildet ist.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Zylinderraum des Zylinders, in Richtung der
Zylinderachse gesehen, zu dem Rotationskörper hin über seine gesamte Querschnittsfläche geöffnet. In
diesem Fall schließt
der Rotationskörper
den Verbrennungsraum des Zylinders auf einer Seite ab. Vorzugsweise
schneidet in diesem Fall die Drehachse des Rotationskörpers die Zylinderachse
des Zylinderraums senkrecht.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst der Rotationskörper ein Rohr, dessen Mantelfläche die
Rotationsfläche
bildet. Insbesondere kann dieses Rohr ein Außenrohr bilden, in welchem
ein Innenrohr angeordnet ist, dessen Innenraum mit wenigstens einer
der Öffnungen
in der Mantelfläche
des Außenrohres über einen
Verbindungskanal in Strömungsverbindung steht.
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Das
Außenrohr
kann zur Bildung des ersten Kanals und das Innenrohr zur Bildung
des zweiten Kanals dienen, oder umgekehrt.
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Insbesondere
lässt sich
der Innenraum des Innenrohres durch eine den ersten vom zweiten
Kanal trennende Wand unterteilen.
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In
dieser Ausführungsform
wird dem rotierenden Innenrohr an einem Ende Verbrennungsluft aus
einem drehfesten Anschlussrohr zugeführt, welche über einen
Verbindungskanal zu der betreffenden Öffnung in der Rotationsfläche und
dann in den Zylinder gelangt. Abgas strömt aus dem Zylinderraum durch
einen weiteren Verbindungskanal in den durch die Trennwand abgetrennten
Teil des Innenrohrs und gelangt am anderen Ende aus dem Innenrohr
heraus in ein feststehendes Abgasrohr.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist ein erster, den ersten Kanal aufweisender Rotationskörper und
ein zweiter, den zweiten Kanal aufweisender Rotationskörper vorgesehen.
Bei den Rotationskörpern
handelt es sich vorzugsweise um Rohre. Ein Rohr führt Verbrennungsluft
zu, das andere Abgas ab.
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Die Öffnung in
der Rotationsfläche
des ersten Rotationskörpers
bzw. Rohres und die Öffnung
in der Rotationsfläche
des zweiten Rotationskörpers bzw.
Rohres kann während
der Drehung vorübergehend
zu einem Verbrennungsluft enthaltenden Raum bzw. Abgas aufnehmenden
Raum ausgerichtet sein.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden,
sich auf diese Ausführungsbeispiele
beziehenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Teildarstellung eines Verbrennungsmotors nach der Erfindung in einer
Schnittansicht,
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2 einen
in dem Verbrennungsmotor von 1 und 2 verwendeten
Rotationskörper
schematisch in einem Längsschnitt,
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3 den
Rotationskörper
von 2 in einem Querschnitt,
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4 einen
die Arbeitstakte des Verbrennungsmotors von 1 erläuternde
Darstellung,
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5 und 6 ein
zweites und drittes Ausführungsbeispiel
für einen
Verbrennungsmotor nach der Erfindung in einer Teilschnittansicht,
und
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7 einen
Rotationskörper
gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel
für die
Erfindung in schematischer Darstellung.
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Ein
in 1 im Querschnitt gezeigter Motorblock 1 weist
mehrere, z. B. vier, in einer Reihe angeordnete Zylinder 2 auf.
Im Zylinderraum 3 des Zylinders 2 läuft ein
Kolben 4, der über
ein Pleuel 5 mit einer nichtgezeigten Kurbelwelle in Verbindung
steht. Den Zylinder 2 umgeben in üblicherweise Hohlräume 6,
durch welche ein Kühlmittel
strömt.
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An
seinem der Kurbelwelle abgewandten Ende ist der Zylinderraum 3 unter
Bildung einer Öffnung 7 über seine
gesamte Querschnittsfläche
offen. Der Motorblock 1 weist eine im Querschnitt halbkreisförmige Anlagefläche 8 auf,
gegen welche ein in 1 schematisch dargestelltes
Rohr 9 unter Abdichtung der Öffnung 7 anliegt.
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Mit
dem Rohr 9 verbunden ist ein zum Rohr 9 koaxiales
Innenrohr 10. Wie 2 und 3 zeigt, dienen
zur Verbindung des Rohres 9 mit dem Innenrohr 10 Ringstege 11 mit
Durchgangsbohrungen 12.
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Über die
Länge des
Motorblocks 1 durchgehend ist der aus den Rohren 9 und 10 gebildete
Rotationskörper
durch ein Kopfteil 13 gekapselt, welches eine im Querschnitt
halbkreisförmige
Anlagefläche 14 zur
Anlage gegen das Rohr bildet. Zur stabilen Drehlagerung des Rotationskörpers dienen
Lager 15 und 16 an den beiden Enden des Rohres 9.
Der Rotationskörper
wird durch die Kurbelwelle über
eine nicht gezeigte Antriebsverbindung im Übersetzungsverhältnis 1:2
angetrieben.
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Mit
dem Innenraum des Rohrs 9 gasdicht verbunden ist ein drehfestes
Anschlussrohr 17 für
die Zuführung
von Verbrennungsluft, in welcher ggf. Kraftstoff zerstäubt ist.
Der Innenraum des Rohrs 10 ist an einem Ende durch eine
Wand 18 verschlossen. An das andere Ende schließt sich
gasdicht ein drehfester Rohranschluss 19 für die Abfuhr
von Abgas an.
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Das
Rohr 9 weist den jeweiligen Zylindern 2 zugeordnete Öffnungen 20 auf.
Die Öffnungen 20 sind
von Zylinder zu Zylinder am Umfang des Rohrs 9 versetzt
angeordnet. Weitere Öffnungen 21 stehen jeweils über einen
Verbindungskanal 22 in Verbindung mit einer Öffnung 23 im
inneren Rohr 10. Auch diese, den jeweiligen Zylindern zugeordneten Öffnungen
bzw. Verbindungskanäle
sind von Zylinder zu Zylinder im Drehwinkel versetzt zueinander
angeordnet.
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Die Öffnungen 20 und 21 erstrecken
sich jeweils über
den gleichen Drehwinkel. Die Summe dieser beiden Drehwinkel und
der Winkel, welcher zu dem die Öffnung 7 verschließenden Kreisbogen
des Rohrs 9 gehört,
bilden in der Summe einen Winkel von 90°.
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Im
Betrieb des Motors wird gemäß 4a in einem ersten Arbeitstakt durch die Öffnung 20 hindurch
ggf. mit Kraftstoff vermischte Verbrennungsluft angesaugt, welche
durch das Anschlussrohr 17 in den Innenraum des Rohrs 9 gelangt
und durch die Durchgangsbohrungen 12 in den Stegen 11 hindurchströmt, um den
gesamten freien Innenraum des Rohrs 9 auszufüllen.
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Im
zweiten, in 4b gezeigten Arbeitstakt ist
die Öffnung 20 nicht
mehr zu der Öffnung 7 des Zylinderraums 3 ausgerichtet
und der Zylinderraum 3 durch das Rohr 9 abgedichtet.
In diesem Arbeitstakt erfolgt eine Verdichtung der angesaugten Luft
bzw. des angesaugten Kraftstoffluftgemischs. Ggf. wird Kraftstoff
in der Endphase des Verdichtungstakts eingespritzt.
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In
dem in 4c gezeigten Arbeitstakt ist
der Zylinderraum 3 durch das Rohr 9 noch immer
verschlossen und das durch eine nicht gezeigte Zündkerze oder durch Selbstzündung gezündete Kraftstoffluftgemisch
verbrennt und treibt den Kolben 4 in Richtung Kurbelwelle
an.
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Im
vierten, in 4d gezeigten Arbeitstakt sind
die Öffnungen 21,
der Durchgangskanal 22 und die Öffnung 23 zu der Öffnung 7 des
Zylinderraums 3 ausgerichtet und Abgas kann in das Rohr 10 hinein ausgestoßen und über das
Anschlussrohr 19 abgeführt
werden.
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Die Öffnungen 20 und 21 sind
bei vier Zylindern derart am Umfang des rohres 9 versetzt
angeordnet, dass nach der ersten der dritte, nach dem dritten der
zweite und nach dem zweiten der vierte Zylinder ansaugt, verdichtet
usw..
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Es
wird nun auf die 5 bis 7 Bezug genommen,
in denen gleiche oder gleichwirkende Teile mit derselben Bezugszahl
wie in den vorangehenden Figuren bezeichnet sind, wobei der betreffenden
Bezugszahl jeweils der Buchstabe a, b bzw. c beigefügt ist.
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Das
Ausführungsbeispiel
von 5 unterscheidet sich von dem vorangehenden Ausführungsbeispiel
dadurch, dass voneinander getrennte, jeweils einen Rotationskörper bildende
Rohre 9a und 9a' vorgesehen
sind, welche jeweils eine Einlassöffnung 7a und eine
Auslassöffnung 7a' eines Zylinderraums 3a abdichten.
Durch das Rohr 9a' wird
Verbrennungsluft zugeführt,
welche in der Ansaugphase durch eine Öffnung 20a hindurch
in den Zylinderraum 3a einströmt. Die Abgase treten durch
eine Öffnung 21a im
Rohr 9a' hindurch
in der Ausstoßphase
aus dem Zylinderraum 3a aus. Die Rohre 9a und 9a' drehen sich
mit der (nicht gezeigten) Kurbelwelle im Übersetzungsverhältnis 1:2.
Der Antrieb durch die Kurbelwelle kann über einen Zahnriemen erfolgen. 5 zeigt
den Zustand kurz vor der Ausstoßphase, in
welcher die Öffnung 21a in
dem Rohr 9a an die Öffnung 7a' des Zylinderraums 3a heranreicht.
Bei 24 ist ein Kanal zum Einspritzen von Kraftstoff angedeutet.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 6 sind Rohre 9b und 9b' anders als
bei dem Ausführungsbeispiel
von 5 gekapselt. Während
der Drehung der Rohre stellen Öffnungen 20b und 21b jeweils eine
Strömungsverbindung
zwischen einem Verbrennungsluft enthaltenden Raum 25 bzw.
einem Abgas aufnehmenden Raum 26 her. In der Phase, in
der die Öffnung 20b zu
einer Öffnung 7b bzw.
die Öffnung 21b zu
einer Öffnung 7b' ausgerichtet
ist, kann Verbrennungsluft aus dem Raum 25 über weitere,
anderen Zylindern zugeordnete Öffnungen 20b in
das Innere des Rohrs 9b einströmen bzw. aus dem Inneren des
Rohrs 9b Abgas über
weitere solche Öffnungen 21b in
den Raum 26 austreten.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 7 steht ein rotierendes Rohr 10c an einem
Ende gasdicht in Strömungsverbindung
mit einem drehfesten Anschlussrohr 17c, welches Verbrennungsluft
zuführt,
und am anderen Ende in Strömungsverbindung mit
einem drehfesten Anschlussrohr 19c, welches Abgas ableitet.
Eine Trennwand 18c trennt den Innenraum des Rohres 10c in
einen Verbrennungsluft und einen Abgas führenden Kanal. Der Verbrennungsluft
führende
Kanal weist Öffnungen 29 und 29' auf, der Abgas
führende
Kanal Öffnungen 23c und 23c'. Die Öffnungen 29 und 23c sind
einem Zylinder 2c und die Öffnungen 29' und 23c' einem Zylinder 2c' zugeordnet.
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Von
jeder der vier Öffnungen
führt ein
Verbindungskanal 22c zu einer Öffnung 20c, 21c, 20c' bzw. 21c' in einem Außenrohr 30.
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Das
Außenrohr 30 ist
durch Lagerungen 15c und 16c am Motorblock drehbar
gelagert, wobei die den Zylindern 2c und 2c' zugewandte
Halbseite des Außenrohrs
gegen eine entsprechend halbrund geformten Anlagefläche des
Motorblocks anliegt (nicht gezeigt). Angrenzend an die Lagerungen 15c und 16c sind über einen
Halbkreis umlaufende Bügel 31 und 32 vorgesehen,
die einen Kanal 33 bzw. 34 für Kühlmittel bilden. Über den
Umfang des Außenrohrs 30 verteilte Öffnungen 35 bzw. 36 sorgen
für eine Strömungsverbindung
zwischen den Kanälen 33 und 34 und
dem Innenraum des Außenrohrs 30.
Kühlmittel
strömt
durch die Öffnungen 35 hindurch
aus dem Kanal 33 heraus und durch die Öffnungen 36 hindurch
in den Kanal 34 hinein.
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Mit
dem Rohr 10c verbunden sind ein Schaufelrad 37 am
Ausgang des Anschlussrohres 17c und ein Schaufelrad 38 am
Eingang des Rohres 19c. Im Motorbetrieb saugen die Zylinder 2c und 2c' durch das Schaufelrad 37 geförderte Verbrennungsluft
aus dem Innenraum des Rohres 10c durch die jeweiligen Öffnungen
bzw. Verbindungskanäle
hindurch an. Abgas tritt in den Ausstoßtakten durch die betreffenden Öffnungen
und Verbindungskanäle
in das Rohr 10c ein und wird, gefördert durch das Schaufelrad 38, durch
das Anschlussrohr 19c hindurch abgeführt.