DE2022039A1

DE2022039A1 - Umlauf-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2022039A1
Application number: DE19702022039
Authority: DE
Inventors: Siddons John Royston
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-05-06
Filing date: 1970-05-05
Publication date: 1970-12-03
Also published as: FI50451B; IE34213L; FI50451C; FR2047296A5; BE749963A; GB1315004A; CH508125A; IE34213B1; NO124949B; NL7006571A; ZA703045B; SE356553B; ES379305A1; US3648670A

Description

2022039 Andrejewski & Honke Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski

. ■'.. ■ _,, >.„/„,-■■ Diplom-Ingenieur

Anwaltsakte: 34 6£5/Kle. DMng. Manfred Honke

Essen, den ^. Mal I970 Kettwiger Straße 36 (t)

Patentanmeldung
John Royston Siddons
"Chandella", Rosehill Road,
Lower Plenty,
Victoria / Australien.

Umlauf-Ve rb re nniangsmot or.

Gegenstand der Erfindung ist ein Umlauf-Verbrennungsmotor mit Anordnungen für die Kraftstoffzufuhr zum Rotor und Anordnungen • für die Abfuhr der verbrannten Gase vom Rotor. Dabei kann die Zündung des Kraftstoffes durch dessen Komprimierung oder auch mittels einer Zündkerze erfolgen. Die Erfindung will einen derartigen Umlauf-Verbrennungsmotor in der Weise ausbilden, daß ein hoher Wirkungsgrad und vor allem auch bei niedrigen Drehzahlen eine hohe Leistung erzielhar ist.

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Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. Honke, 43 Essen, Kettwiger Straße 36

Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung ±i erster Linie vor, daß der Rotor wenigstens eine derartige Laufbahn für einen Freikolben aufweist, daß durch dessen Portbewegung längs dieser Laufbahn infolge des auf ihn einwirkenden Druckes bei schlagartiger Verbrennung des Kraftstoffes ein Antriebsdehmoment im Rotor erzielbar ist, und daß eine ein gegenläufiges Drehmoment des Rotors bei der schlagartigen Kraftstoffverbrennung verhindernde Reaktionsanordnung vorgesehen ist.

Gemäß einer Besonderheit der Erfindung verläuft die Laufbahn des Freikolbens im Rotor im wesentlichen S-förmig, geht im Mittelteil durch die Drehachse des Rotors hindurch und ist an den beiden Enden derart in entgegengesetzter Richtung abgebogen, daß in entgegengesetzte Richtungen weisende Endstücke entstehen. Vorzugsweise ist hierbei der Freikolben als Kugel ausgebildet und in jedem Endstück der Laufbahn ist ein Reaktionsqrgan angeordnet, wobei diese Reaktionsorgane derart in den.Endstücken angeordnet und mit einer besonderen Sperreinrichtung derart verbunden sind, daß bei jeder schlagartigen Verbrennung der Gase im Raum zwischen dem Freikolben und einem Reaktionsorgan letzteres gegenüber einer Linearbewegung in Bezug auf den Motorträger fetgehalten wird, sodaß der Freikolben ein Antriebsdrehmoment im Motor erzeugen kann, d.h. also ein Drehmoment in Antriebsrichtung. Es erscheint allerdings nicht unbedingt erforderlich, daß die Laufbahn des Freikolbens unbedingt S-förmig verläuft, vielmehr kann sie zur Drehrichtung auch im wesentlichen geradlinig tangential oder bogenförmig, d.h. bogenförmig um die Drehachse herum verlaufen. Die einzelnen Teile des Rotors können in einem gewichtsmäßig ausgeglichenen Schwungrad angeordnet sein und die verschiedenen Hilfsorgane, welche für die

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Kraftstoffzufuhr, die Schmierung usw. erforderlich sind, können in diesem in irgendwie geeigneter Weise untergebracht werden.

Insbesondere ist vorgesehen, daß die Reaktionsorgane gleitend in den Endstücken der Laufbahn angeordnet sind und kraftschlüssig mit irgendeinem geeigneten feststehenden Teil verbunden sind, um gegenüber einer rückläufigen Bewegung festgehalten zu werden. Diese Verbindung kann beispielsweise als Gleitverbindung mit einem äußeren Trägerteil ausgebildet werden, wobei ein Organ verwendet wird, welches eine Drehung nur in einer Richtung erlaubt wie beispielsweise ein Rollengesperre, wenn auch andere derartige Verbindungen möglich sind."Da der Rotor sich gegenüber dem 'Reaktionsorgan im Anschluß an jede Zündung des vergasten Brennstoffes verdreht, ist es erforderlich, das Reaktionsorgan im Anschluß an jede Relativbewegung in seine Ausgangslage gegenüber der Laufbahn zurückzubringen, zu welchem Zweck unter Druck stehendes Gas verwendet werden kann, wobei erfindungsgemäß die Auspuffgase verwendet und in Bezug auf die Laufbahn hinter das Reaktionsorgan geleitet werden. Andererseits lassen sich naturgemäß auch andere Anordnungen wie beispielsweise Federeinrichtungen verwenden.

Um den Kraftstoff an die Stelle des Rotors zu bringen, an welcher er entzündet werden soll, besitzt gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung jedes Reaktionsorgan ein Einlaßventil, wie ein Klappenventil, ein Tellerventil oder auch, in anderer Ausbildung, durch welches der Kraftstoffluß von einer zum Ende der Laufbahn führenden Kraftstoffleitung gesteuert wird.

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Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen, in einem Motorträger eingebauten Umlauf-Verbrennungsmotors,;

Figur 2 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie 2-2;

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2 mit einer Schnittdarstellung des Reaktionsorganes;

Figur 4 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie 4-4;

Figur 5, β und 7 schematisierte Darstellungen in ähnlicher Weise wie Fig. 2, wobei jedoch das Rollengesperre in vereinfachter Form dargestellt ist und drei aufeinanderfolgende Betriebsstufen des Motors dargestellt sind;

^ Figur 8 einen Schnitt durch Fig. 1 längs der Linie 8-8;

Figur 9 einen Schnitt durch Fig. 8 längs der Linie 9-9; und

Figur 10 eine schematische Darstellung der Bewegung des

Freikolbens vom einen Ende der Laufbahn zum anderen und zurück, wobei die Einzeldarstellungen a, b, c und d die verschiedenen Bewegungszustände des Freikolbens auf seiner Bahn darstellen.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Motorträger 11 zwei Stützen 12 und 1>, welche die Kraft stoff einlaßleitung 14 und die Auslaßleitung 15 tragen, wobei die Einlaßleitung 14 am einen Ende an einen Vergaser 16 und weitere Kraftstoff zufuhr organe wie eine Brennstoffpumpe und dergl. angeschlossen ist, während ihr anderes Ende zur Hohlwelle 17 des Rotors 18 führt, wobei zwischen der Leitung 14 und der Welle eine geeignete Dichtung angeordnet ist. Die Auslaßleitung 15 ist an den Auslaßkanal I9 des Rotors 18 angeschlossen, wobei wiederum eine geeignete Dichtung 20 an der Verbindungsstelle zwischen beiden eingesetzt ist.

Der Rotor 18 besitzt eine im Motorträger 11 mittels Lagern 2:5 um die gemeinsame Achse der koaxialen Einlaßleitung 14 und Auslaßleitung I5 drehbar gelagerte Nabe 22. Von dieser Nabe 22 gehen zwei Arme 24 und 25 nach außen ab. Diese im Inneren hohlen Arme verlaufen im Inneren geradlinig und diametral entgegengesetzt, wie dies aus Fig. 2 zu sehen ist. Jeder Arm trägt ein um etwas mehr als 90° abgebogenes Ende 27, wobei das Bogenstück mit 26 angedeutet ist. Diese beide η End stücke 27 der Arme verlaufen im wesentlichen parallel zueinander in entgegengesetzten Richtungen, und zwar geradlinig. In diesen Armen 24 und 25 ist eine Laufbahn 29 für einenkugelförmigen Freikolben 29 ausgebildet, welche auch.durch die Nabe 22 hindurchgeht, sodaß der Kugelkolben 29 glatt vom Endstück 27 des Arme s 24 zum Endstück 27 des anderen Armes 25 und zurück ungehindert hindurchlaufen kann. Diese Laufbahn 28 ist als glatte Bohrung mit kreisrundem Querschnitt in einem derartigen Durchmesser in den Armen 24 und · 25 ausgebildet, daß sie für den Kugelkolben 29 einen regelrechten

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Zylinder bildet. In der Mitte dieses Zylinders 28 1st eine Auslaßöffnung vorgesehen, welche ihn mit dem Auslaßkanal I9 verbindet, sodaß die verbrannten Gase aus diesem Zylinder durch den Auslaßkanal I9 und die Auslaßleitung 15 in's Freie entweichen können. Die Hohlwelle 17 bildet ein Teil mit der Nabe mk 20 und besitzt einen Einlaßkanal 31, der sich in 32 (Pig. 8) teilt, sodaß er zu zwei Kraftstoffleitungen 33 und 34 führt, welche an ihren inneren Enden "mit der Nabe 22 verbunden sind und mit ihren äußeren Enden an den Endstücken 27 der beiden Arme 24 bezw. 25 angeschlossen sind, sodaß der Kraftstoff diesen Endstücken des Zylinders 28 zugeführt werden kann.

Am äußeren Ende der Endstücke 27 der Arme 24 und 25 ist eine Kappe 35 befestigt, welche über eine kurze Rohrleitung 36 mjt dem zugehörigen Arm 24 bezw. 25 in Verbindung steht (Fig. 2). In diesen Endstücken 27 der Arme 24 und 25 sind jeweils ein Reaktionsorgan 37 und ein stößel 38 abdichtend gleitend angeordnet, deren Ausbildung insbesondere in den Figuren 3 und 4 P dargestellt ist. Dieser Stößel 38 ist als sauberes Gußstück im Gleitsitz in der Abschlußkappe 35 eingesetzt und trägt am Außenende einen Ansatz 39 mit kleinerem Durchmesser als Anschlag zur Begrenzung seiner Auswärtsbewegung, wobei durch diesen geringen Durchmesser des Ansatzes eine Behinderung des Gasstromes durch die Rohrleitung 36 in das Innere der Abschlußkappe 35 vermieden wird. Das Reaktionsorgan 37 besitzt an seinem dem Zylinder 28 zugewandten Ende ein Kopfteil 40 und am anderen Ende einen Flansch 41, wobei beide Teile einen derartigen Durchmesser besitzen, daß das Reaktionsorgan im Endstück 27 des Zylinders 28 abdichtend gleiten kann. Das Mittelteil 42 des Reaktionsorganes 27 passt sich in der Breite der Form des End-

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Stückes 27 an, besitzt jedoch eine geringere Höhe als dieses Endstück, sodaß der Kraftstoff von den Zuleitungen 33 bezw. umgehindert einströmen kann. >

Im Mittelteil 42 des Reaktionsorganes ist eine Öffnung 43 und im Inneren des Kopfteiles 4Ö ein Ventilsitz für ein Tellerventil 44 ausgebildetj, während zwei Kanäle 45 zur Ventilöffnung

führen. Der Ventilteller wird durch eine In der Öffnung 43 angeordnete und gegen einen Federteller am Ende des Ventilschaftes drückende Feder auf seinen Sitz zurückgezogen. Dabei kann der Kraftstoff durch die Kanäle 45 in den Zylinder 28 einströmen, wenn der Ventilteller von seinem Sitz abgehoben wird, was durch den Druck des zugeführten Brennstoffes und die saugwirkung der Auspuffgase erzielt werden kann. Im rückwärtigen Teil des .Reaktionsorganes ist ein Zapfen 47 eingesetzt, welcher durch Längsschlitze 48 an beiden Seiten der Endstücke 27 der Arme 24 und 25 nach den Seiten herausragt. Dieser Zapfen 47 begrenzt die Vorwärtsbewegung des Reaktionsorgane s 37 im Endstück 27 des Zylinders28 und verbindet gleichzeitig diese Reaktionsorgane 37 mit zwei Gelenkhebeln 49. Jeder dieser Gelenkhebel 49 ist mit einer Quer stange 50 verbunden, welche zwischen den Außenenden zweier Hebelarme 5I und 52 verläuft, welche an ihren inneren Enden mit den Außengehäusen eines Rollengesperre s 53 be zw. eines Kugellagerkäfigs 54 fest verbunden sind (Fig. 1). Da jeweils zwei Hebelarme 5I, 52 für jeden der die Zylinder bildenden Arme 24 und 25 vorgesehen sind, sind auch zwei Rollengesperre vorgesehen, die jeweils mit einem Hebelarm 51 verbunden sind, und zwei Kugellagerkäfige 54, die jeweils mit einem Hebelarm 52 verbunden sind. Die beiden Rollengesperre 53 sitzen auf einem Ansatz des Ständers 13, während

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die beiden Kugellagerkäfige 54 auf der Rotornabe 22 gelagert sind. Da die beiden Rollengesperre 53 ebenso wie die beiden Kugellagerkäfige 54 nebeneinander liegen, können naturgemäß die beiden Hebelarme 5I ebenso wie die beiden Hebelarme 52 nicht völlig gleichartig ausgebildet sein. Aus Gründen der Einfachheit wurden jedoch für die beiden Arme 5I und die beiden Arme 52 die gleichen Bezugszeichen gewählt. Die beiden Rollengesperre sind derart ausgebildet, daß der Rotor 18 sich in den Figuren 2, 5, 6 und 7 entgegen dem Uhrzeigersinn verdrehen kann, im Uhrzeigersinn £doch an einer Drehung gehindert wird. .

In den Endstücken 27 der beiden Arme 24 und 2.5 ist außerdem eine Zündkerze 56 und ein Unterbrecher 57 für dieselbe angeordnet, wobei letzterer schematisch als durch den Kugelkolben 29 betätigbare Plungeranordnung angedeutet ist. Selbstverständlich sind auch die üblichen in der Zeichnung jedoch nicht dargestellten Einrichtungen vorgesehen, um die Zündkerze 56 bei Betätigung des Unterbrechers 57 mit dem erforderlichen Zündstrom zu versorgen.

Der Abtrieb seitens des Rotors 18 kann über ein Zahnrad, über eine Riemenscheibe oder ein anderes geeignetes Organ erfolgen, welches in Fig. 1 schematisch als Riemenscheibe 58 dargestellt ist.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Umlauf-Verbrennungsmotors ist schematisch in den Figuren 5, 6, 7 und 10 dargestellt. In Figur 5 befindet sich das Reaktionsorgan 37 ursprünglich in seiner vordersten Position, während der Kugelkolben 29 auf seinem

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Wege längs des Zylinders 28 zum Kopfteil 40 dieses Reaktionsorganes 37 die brennbaren Gase innerhalb des Zylinders zwischen diesem Kopfteil und sich selbst zusammengepresst hat, woraufhin der Unte rbre ehe r 57 be tatigt wird, um e inen Zündfunken an der Zündkerze 56 zu erzeugen und die gasförmige Mischung zu entzünden. Die Kraft der schlagartigen Verbrennung des Oasgemisches wirkt auf das ReaktIonsorgan 37 und den Kugelkolben 29, Das Reaktionsorgan 37 wird an einer rücklaufigen Bewegung durch das Rollengesperre 53 gehindert, welches über die Hebelarme 51, 52, die Querstange 50, die Gelenkhebel 49 und den Zapfen 47 auf es einwirkt, während der Kugelkolben 29 ungehindert im Zylinder fortrollen kann. Infolge der S-förmigen Ausbildung der Zylinderlaufbahn 28 teilt der Lauf des Kugelkolbens 29 entlang dem abgebogenen Teil 26 des Armes 24 dem Rotor 18 eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn. 3ii diesem Augenblick befindet sich das Reaktionsorgan 37 in der in Figur 6 dargestellten Position, d.h. in Bezug auf den Arm 24 in seiner hintersten Position. Während der Kugelkolben 29 nun im geraden Teil des Zylinders 28 nach unten rollt, passiert er die Anschlußöffnung der Rohrleitung 36, sodaß unter Druck stehendes Gas durch diese Rohrleitung 36 in die Abschlußkappe 35 einströmen kann und den Stößel 38 sowie das Reaktionsorgan 37 im Endstück 27 des Armes 24 nach vorne schiebt, wie dies in Pig. 7 dargestellt ist.

Wenn der Kügelkolben 29 die Drehachse desRotors 18 passiert, können die verbrennüngsgase in den Auslaßkanal I9 einströmen und durch die Auslaßleitung 15 entweichen.

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Dabei ist die Geschwindigkeit des Kugelkolbens 29 aber so hoch, daß er dann entlang der Bahn 28 im Arm 25 weitergetrieben wird und die Gasmischung in diesem Arm zwischen sich und dem Kopfteil 40 des Reaktionsorganes 37 im Endstück 27 des Armes 25 komprimiert. Daraufhin wird wie bereits beschrieben, die zündkerze 56 im Arm 25 gezündet, sodaß der Kugelkolben nunmehr in gegenläufiger Bewegung zum Endstück 27 des Armes 24 zurückgetrieben wird. Bei jeder Entzündung des komprimierten Kraftstoffes wird daher der Rotor 18 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben.

Diese Bewegungen des Kugelkolbens 29 im Zylinder 28 sind schematisch in Figur 10 dargestellt. Teil (a) zeigt die Einwirkung der Kräfte auf das Reaktionsorgan 27 und den Kugelkolben 29 beim Zünden des Kraftstoffes im einen Ende des Zylinders 28, Teil (b) die Abfuhr der Verbrennungsgase und den Weiter lauf des Kugelkolbens 29 bei seinem nächsten Kompressionshub sowie den Beginn des Rücklaufes des Reaktionsorganes,TSfil (c) die Einwirkung der Kräfte auf das Reaktionsorgan 37 und den Kugelkolben 29 bei Zündung des Kraftstoffes im anderen Ende des Zylinders 28 und Teil (d) die Abfuhr der Verbrennungsgase aus dem zweiten Teil des Zylinders 28, während der Kugelkolben 29 seinen nächsten Kompressionshub beginnt und die durch die entsprechende Rohrleitung strömenden Gase das Reaktionsorgan 37 in seine Ausgangslage zurückdrücken. Wenn auch die Reaktionsorgane sich gegenüber den Endstücken 27 des Zylinders 28 nach hinten bewegen, bleiben sie doch bei jeder Zündung in Wirklichkeit stehen und der Rotor 18 verursacht die Relativbewegung, sodaß die Außenstellungen der Reaktionsorgane 37* wie sie in dieser Figur dargestellt sind, lediglich als schematisohe Darstellung anzusehen sind.

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Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, wird bei Betrieb des Motors die nach hinten wirkende Kraft, welche aus der schlagartigen Verbrennung des Gasgemisches im einen Endstück des Zylinders 28 resultiert, über das zugeordnete Rollengesperre an den Motortrager 11 übertragen, während die nach vorne wirkende Kraft an den Kugelkolben 29 übertragen wird, |

welcher dann ein nach vorne, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment im Rotor 18 erzeugt.

Ansprüche;

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Claims

Patentanwälte Dr. W. Andrejewski, Dr. M. HJonke, 43 Essen, Kettwiger Straße

Ansprüche .

\JUy Umlauf-Verbrennungsmotor mit Anordnungen für die Kraftstoffzufuhr zum Rotor und Anordnungen für die Abfuhr der verbrannten Gase vom Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) wenigstens eine derartige Laufbahn (28) für einen Preikolben (29) aufweist, daß durch dessen Portbewegung längs dieser Laufbahn infolge des auf ihn einwirkenden Druckes bei schlagartiger Verbrennung des Kraftstoffes ein Antriebsdrehmoment im Rotor erzielbar ist, und daß eine ein gegenläufiges Drehmoment des Rotors bei der schlagartigen Kraft st off verbrennung verhindernde Reaktionsanordnung vorgesehen ist.
2. Umlauf-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (28) des.Freikolbens (29) im Rotor (18) im wesentlichen S«förmig verläuft und im Mittelteil durch die Drehachse des Rotors hindurchgeht sowie an den beiden Enden derart in entgegengesetzter Richtung abgebogen ist, daß in entgegengesetzte Richtungen weisende Endstücke (27) entstehen.
3. Umlauf-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Endstücke (27) ein Reaktionsorgan (37) angeordnet ist.
4. Umlauf-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das .Reaktionsorgan bezw. die Reak-

' tionsorgane (Ji¹J) gleitend im einen bezw. beiden Laufbahnendstücken (27) angeordnet und kraftschlüssig über eine nur eine Drehung in einer Richtung zulassende Einrichtung (53) mit dem Motorträger (11) verbunden ist bezw. sind.

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5. Umlauf-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das bezw« die Reaktionsorgane (37) ein Kraftstoff-Einlaßventil (44) aufweist.
6. Umlauf-verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kraftstoffzufuhr zum Rotor (18) eine Speiseleitung (31, 32, 33* 34) zu der (den) Stelle(n) des Rotors führt, an welcher (welchen) ein Reaktionsorgan (37) angeordnet ist.
7. Umlauf-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine das bei Zündung des Kraftstoffgemisches verschobene Reaktionsorgan (37) wieder in seine Ausgangslage zurückführende Einrichtung (35* 36, 38) vorgesehen-ist.
8. Umlauf-verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Freikolben als Kugel (29) und die Laufbahn (28) im Rotor (18) als Arbeitszylinder für diese Kugel ausgebildet ist.
9. Umlauf«Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das (die) Reaktionsorgan(e) (37) aus einem das Jeweilige Endstück (27) des Rotors (18) abdichtenden Gleitstück mit einem vorderen Kopfteil (40), einem abgeflachten Mittelteil (42) und einem rückwärtigen Abdichtflansch (41) besteht, im Kopfteil ein Einlaßventil (43) und im Mittelteil zu diesem Ventil führende Einlaßkanäle (45) aufweist, und über eine Gelenkverbindung (47, 49, 50) mit zwei Armen (51, 52) verbunden ist, deren einer (5I) starr mit dem Außenkäfig eines

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mit dem Motorträger (13) verbundenen Rollenge sperre s (53) und deren anderer (52) starr mit dem Außenkäfig (54) eines auf der Rotornabe (22) umlaufenden Kugellagers verbunden ist.
10. Umlauf-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführeinrichtung für das (die) Reaktionsorgan(e) (37) aus einem in einer Abschlußkappe (35) des jeweiligen Rotorendstückes (27) abdichtend gleitenden, am rückwärtigen Planschteil (41) des Reaktionsorganes anliegenden Stößel (38) und einer vom zugeordneten Laufbahnabschnitt (24 bezw. 25) zur Abschlußkappe hinter den Stößel führenden, durch die Auspuffgase beaufschlagbaren Druckleitung (36) besteht.

PAe Dr.Andrejewski, Dr.Honke.

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