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B e s c h r e i b u n g Verbrennungsmotor Priorität: 23. April 1969,
Nr. P. 1004/69, Jugoslawien Gegenstand der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit
Schwenkkolben, der nach dem Viertakt-Prinzip arbeitet. Die Nutzleistung des Motors
wird auf die Last durch das den Motor durch strömende KUhll übertragens das durch
die in dem Kolben ausgebildete Pumpe gefördert wird.
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Der erfindungagemäße Verbrennungsmotor ist mit einem drehschwingfähig
gelagerten Kolben mit mindestens einem radial herausragenden Arm versehen, der mit
denn Zylindergehäuse zwei bei Drehung des Kolbens ihr Volumen gegenläufig verändernde,
jeweils mit Einlaß- und Auslaßventilen versehene Arbeitskammern bildete Vorzugsweise
weist der Kolben zwei Arme auf.
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die mit dem Zylindergehäuse vier Arbeitskammern bilden.
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Bei entsprechender Steuerung der Ventile ist es möglich, den erfindungsgemäßen
Motor bei dieser Ausführungsform wie einen klassischen Viertakt-Vierzylinder-Motor
zu betreiben. Bei Motoren für größere Leistung kann der Kolben auch vier Arme aufweisen,
die mit dem Zylindergehäuse acht Arbeitskammern bilden. Der Motor kann dann wie
ein klassicher Achtzylinder-Motor betrieben werden. Es können auch noch mehr Zylinderkammern
gebildet werden, und der Motor kann sowohl als Dieselmotor wie auch als Ottomotor
arbeiten.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist im Kolben eine Pumpe
ausgebildet, die mindestens eine segmentartige Ausnehmung im Kolben mit einem darin
relativ verschiebbaren, zylinderfesten Segment umfaßt, wobei Ausnehmung und Segment
zwei bei Drehung des Kolbens ihr Fassungsvermögen gegenläufig verändernde Pumpkammern
bilden, die in Axialrichtung von zwei Steuerplatten mit je einer Öffnung begrenzt
sind, und wobei die Steuerplatten in Abhangigkeit von der Kolbenbewegung derart
angetrieben sind9 daß die Öffnung der einen Platte die sich vergrößernde Kammer
öffnet und gleichzeitig die Öffnung der anderen Platte die sich verkleinernde Kammer
öffnet. Man erhält dadurch im Kolbenzentrum eine zweizylindrige Druckpumpe, die
das für den Antr@eb der Last und gleichzeitig zur Kühlung des Motors dienende Drucköl
fördert. Die Motorleistung wird also nicht über das Sonwungrad und die Kupplung
übertragen, wie dies bei Hlassischen Motoren der Fall ist, sondern
durch
Ölströmung. Da der Abstand zwischen dem Zentrum der Expansion und dem Zentrum der
Pumpenkammer groß ist, wird das Öl unter hohem Druck gefördert. Eine derartige Leistungsübertragung
ist elastischer und ermöglicht den Antrieb der Last auch ohne Wechselgetriebe und
Kardanwellen durch Änderung der Durchflußgeschwindigkeit. Bei Automobllen besteht
die Last beispielsweise in einem von dem Öl beaufschlagten Turbinenrad, das unmittelbar
in die Räder eingebaut werden kann.
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Vorzugsweise umfaßt der Kolben zwei segmentartige Ausnehmungen mit
Qe einem zylinderfesten Segment, wobei die beiden Steuerplatten je zwei Öffnungen
aufweisen.
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Vorzugsweise umfassen die Einlaß- und Auslaßventile mit einer diametralen
Bohrung versehene Zylinderkörper. die von in Abhängigkeit von der Kolbenbewegung
angetriebenen Nockenscheiben betätigt werden0 Bei dieser Ausführungsform der Ventile
tritt minimale Reibung auf: es sind größere Ventilkanal-Querschnitte möglich, und
die Öffnunge- und Schließzeiten sind kürzer. Daraus ergeben sich höhere Geschwindigkeiten,
besseres Füllen und Spülen der Zylinderräume sowie eine bessere Verbrennung und
damit eine größere Nutzleistung des Motors. Die Ventile sind vorzugsweise ölgekühlt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich -aus
der nachstehenden Beschrelbung eines Ausführungsbeispi,els anhand der Zeichnungen;
darin zeigen
Fig. 1 einen Axialschnitt durch den erfindungsgemäßen
Verbrennungsmotor längs der Linie A-A der Fig, 3; Fig, 2 einen weiteren Axialachnitt
längs der Linie B-B der Fig. 3; Fig. 3 einen in zwei Ebenen aufgenommenen Querschnitt
des Verbrennungsmotors mit dem Mechanismus, der die schwingende Kolbenbewegung in
eine Drehbewegung umsetzt; Fig. 4 einen weiteren Querschnitt, der die Pumpensteuerplatte
und ihren Antrieb darstellt; und Fig. 5 einen Querschnitt zur Darstellung der Nockenscheiben
fUr den Antrieb der Ventile.
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Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor besteht aus einem Zylindergehäuse
10 mit einem um einen Drehzapfen 11 ,drehschwingfähig gelagerten Kolben 9. Der Kolben
9 weist zwei diametral gegenüberliegende Arme auf, die das Zylindergehäuse in vier
Arbeitskammern A, B, C und D unterteilena In das Zylindergehäuse 10 sind vier Auslaßventile
1, 2, 3, 4 und vier Einlaßventile 5, 6, 7, 8 eingeätzt, wobei Jeweils ein Einlaß-und
ein Auslaßventil einer der vier Arbeitskammern sugeordnet ist.
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Der Kolben 9 weist stirnseitig und seitlich Dichtungestege 21 und
Ölnuten 22 sowie eine stirnseitige Öldichtung 31 auf. In ähnlicher Weise sind die
Ventile an Mantel- und Stirnseiten mit Dichtungsstegen versehen, während sie im
Inneren hohl sind und von durchströmendem Öl gekühlt werden.
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In den Kolben ist ein Antriebehebel 12 eingesetzt, der über eine Pleuelstange
13 exzentrisch an einer Hebelwelle 14 angreift. Durch diesen Mechanismus wird die
Schwingbewegung des Kolbens 9 in eine kontinuierliche Drehbewegung der Hebelwelle
14 umgewandelt.
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Das Zylindergehäuse 10 ist auf den beiden Stirnseiten durch eine vordere
Zylinderwand 32 und eine hintere Zylinderwand 33 abgeschlossen. Fest mit beiden
Zylinderwänden verschraubt sind Pumpen-Segmentstücke 15, die durch segmentartige
Ausnehmungen im Kolben 9 rühren und gegenüber diesen abgedichtet sind. Auf die Hebelwelle
14 ist von der vorderen' Se'ite her ein Antriebszahnrad 17 aufgesetzt, das über
ein Zwischenzahnrad 20 mit einer auf dem Drehzapfen 11 befestigten Pumpen-Steuerscheibe
16 in Eingriff steht. Das Verhältnis der Umdrehung zwischen dem Antriebazahnrad
17 und der Steuerscheibe 16 ist 2 : 1. Eine weitere Steuerscheibe 45 ist auf der
hinteren Seite des Kolbens 9 auf dem Drehzapfen 11 bofestigt.
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In der hinteren Zylinderwand 33 sind Abflußnippel 42 für Schmieröl
befestigt; die Zylinderwand 33 ist mit einem hinteren Motordeckel 39 abgeschlossen,
der mittels Schrauben 27, angebracht ist. Der Deckel 39 wird nach hinten von der
Hebelwelle 14 durchsetzt, an deren Ende ein Schwungrad 43 befestigt
ist0
In die vordere Zylinderwand 32 sind Zuflußnippel 41 für Schmieröl eingesetzt; die
vordere Zylinderwand 32 ist von einer Ventilträgerplatte 54 bedeckt. Am vorderen
Ende der Hebelwelle 14 ist ein Zentrifugalpumpen-Rad 38 befestigt, wobei die Pumpe
durch einen Pumpendeckel 47 abgedeckt ist.
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Zwischen dem Ein- und dem Auslaßventil Jeder Arbeitskammer ist ferner
eine Gewindebohrung 23 fUr eine Zündkerze oder eine Einspritzduse vorgesehen.
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Auf den Wellen der zylindrischen Ventile sitzen Jeweils Nokkenplatten
19, während auf dem Drehzapfen 11 Nockenscheiben 18 befestigt sind.
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Am vorderen Ende des Drehzapfens ist ferner ein innen versshntes Zahnrad
35 befestigt, das über ein Zwischenzahnrad 36 mit einer Gebläsewelle 37 in Eingriff
steht. Die Ventilträgerplatte 34 ist von einem vorderen Motordeckel 40 verschlossen,
der ebenfalls mit Hilfe von Schrauben 27 angeschraubt ist0 Auf das vordere Ende
des Drehnapfens 11 wird bei Dieselausführung des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors
die Druckpumpe bzw. bei Otto-Ausführung der Stromverteiler aufgesetzt. Auf der konzentrisch
zu dem Drehzapfen 11 angeordneten Hohlwelle 37 sind das Laufrad eines Kühlgebläses
sowie ein Dynamomotor
angebracht. Das Gehäuse des Kühlgebläses und
der Dynamomotor sind auf dem Motordeckel 40 befestigt. Auf dem zusammengebauten
Motor ist eine Blechumhüllung vorgesehen, die den Luftstrom von dem Kühlgebläse
durch den Zylinder und den Kolben sowie Uber die Kühlrippen 25 führt. Ferner sind
Ölreiniger, Schmierölkühler und ein Kühler für das von der Pumpe geförderte Öl vorgesehen0
Arbeitsweise: Bei der in Fig. 3 dargestellten neutralen oder Mittellage des Kolbens
9 sind die vier Arbeitskammern A, Bc C und D gleich groß. Wird der Kolben 9 gegen
den Uhrzeigersinn verschwenkt, so nimmt das Volumen der Kammern A und C au, während
das der Kammern B und D kleiner wird. Bei entgegengesetztem Verschwenken des Kolbens
ändern sich die Rauminhalte der Kammern entgegengesetzt. Die Ein- und Auslaßventile
1 bis 8 der vier Kammern werden ueber die Nockenscheiben 18 derart gesteuert, daß
in einem ersten Takt die sich vergrößernde Kammer A ansaugt, die eich verkleinernde
Kammer B komprimiert, die sich vergrößernde Kammer C expandiert und die sich verkleinernde
Kammer D die Spülung ausführt. Bei der anschließenden Kolbenverschwenkung im entgegengesetzten
Sinn komprimiert die sich jetzt verkleinernde Kammer A, die sich vergrößernde Kammer
B expandiert nach der Zündung, die sich verkleinernde Kammer C führt die Spülung
aus, und die sich vergrößernde Kammer D
saugt an. Die Vorgänge wiederholen
sich zyklisch. Bei jeder Kolbenbewegung werden also sämtliche vier Takte ausgeführt.
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Ebenso erfolgen sämtliche vier Takte in Jeder einzelnen der Arbeitskammern.
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Bei zwei Kolbenbewegungen dreht sich die Hebelwelle 14 einmal um 3600,
während der Drehaapfen 11 und damit die Nockenscheiben 16 für eine volle 360°-Drehung
vier Kolben-Schwingbewegungen erfordern Während dieser vier Kolbenbewegungen ist
in allen vier Kammern die Expansion erfolgt, und die Nockenscheiben haben nacheinander
alle vier Nockenplatten der Auslaßventile und alle vier Nockenplatten der Einlaaventile
betätigt (geöffnet und wieder geschlossen). Da die Betätigung der Ventile nicht
um jeweils 900 versetzt erfolgt, sind zwei Nockenscheiben 18 vorgesehen, wobei ein
Unterschied von 90° in der Verteilung berücksichtigt ist. Die eine Nockenscheibe
aktiviert dabei zum Beispiel unter einem Winkel von 1800 die Auslaßventile 1 und
3, während die andere Nockenscheibe die Auslaßventile 2 und 4 aktiviert. Entsprechend
werden auch die Einlaßventile betätigt. Für die genaue Ventileinstellung ist auf
der Ventilwelle die Rerbo-Verzahnung verwendet, Die mit den Ventilachsen verbundenen
Nockenplatten 19 gleiten auf dem Umfang der Nockenscheiben 18. Der auf den Nockenscheiben
ausgebildete
Buckel bewegt die jeweilige Nookenplatte sanft, während der eigentliche Nocken auf
der Nockenscheibe die jeweilige Nockenplatte um volle 900 dreht. Der nächste Buckel
und der nächste Nocken auf der Nockenscheibe bewirken die gleiche Verstellung. Dabei
öffnet der erste Nocken das Ventil, während es der zweite schließt.
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In der Kolbenmitte werden durch die im Kolben vorgesehenen segmentartigen
Ausnehmungen sowie die diese Ausnehmungen durch setzenden Segmentstücke 15 ebenfalls
vier Kammern gebildet, die mit I, II, III, IV bezeichnet sind0 Auch in diesen Kammern
ändert sich durch Bewegung der Kolben der Jeweilige Rauminhalt; und zwar erfolgt
immer gleichzeitig in zwei Kammern eine Vergrößerung und in zweien eine Verkleinerung.
Durch Öffnungen 28 in den Pumpensteuerplatten 16 und 45 werden die Öffnungen im
Kolben 9 geöffnet bzw. geschlossen. Vergrößern sich beispielsweise die Kammern I
und III, so befinden sich die Steuerscheiben 16 und 45 in einer Stellung, in der
die Kammern I und III zur Vorderseite hin offen und die sich gleichzeitig verkleinernden
Kammern II und IV zur Rückseite hin offen sind. In dießem Zeitpunkt sind die Kammern
I und III zur Rückseite und die Kammern II und IV zur Vorderseite hin g.-schlossen.
Die Kammern I und III saugen also bei diesem Vorgang Öl von der Vorderseite her
an, während die Kammern II und IV das Öl nach hinten verdrängen0
Zwischen
der vorderen Zylinderwand 32 und der Ventilträgerplatte 34 befindet sich ein Olresorvoir,
das über Kanäle und Durchführungen mit dem Zylinder, den Ventilen und der Pumpe
verbunden ist. Zwischen der hinteren Zylinderwand 33 und dem hinteren Motordeckel
39 befindet sich ferner ein Raum, in den das KUhlöl aua den Zylinderkanälen im Innern
der Ventile abfließt. Der hintere Notordeckel 39 ist ferner mit einem Druckölbehälter
46 versehen, der mit einem Verzweigungsventil an die Last, beispielsweise ein Turbinenrad,
angeschlossen ist0 Bei Freilauf des Motors kreist das Öl aus der Pumpe und dem Druckölbehälter
durch die Ventile in den Kühler und zurück in die Pumpe.
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Das KUhlöl dient zur Motorkühlung sowie durch die Pumpe im Kolben
für die Übertragung der Motorleistung auf die Läst.
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Das Schwungrad 43 und die Hebelwelle 14 dienen für den Motorantrieb
und die Steuerung der einzelnen Motorelemente. Der Antrieb des Kühlgebläses, des
Dynamos, der Kraftstoffpumpe und/oder des Zündverteilers ist oben angedeutet worden;
es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich.
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PatentansrUche