DE2253585A1 - Verbrennungsmotor mit zumindest einem im verbrennungsraum hin- und herbewegbaren kolben - Google Patents

Description

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Andrejewski, Honke & Gesthuysen Patentanwälte

Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Anwalfsakte: 40 072/Ja.sa Hans Dieter Gesthuysen

4300 Essen, den 30. Okt. 1972 Theaterplatz 3

Patentanmeldung des Herrn

Luigi Maria MURONE

Rom (Italien) Piazza S.G. Bosoo 5

Verbrennungsmotor mit zumindest einem im Verbrennungsraum hin- und herbewegbaren Kolben

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem im Verbrennungsraum hin- und herbewegbaren Kolben, Brennstoffzuführung und Abgasabführung, wobei der Kolben über eine Pleuelstange auf den Kurbelzapfen der Motorwelle arbeitet. Verbrennungsmotoren der vorstehend beschriebenen Gattung sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt₍ Bei den bekannten Ausführungsformen ist der Verbrennungsraum als Zylinderkammer ausgebildet, in der der Kolben axial verstellbar ist. Der Kolben ist dabei einseitig über die Pleuelstange an einen Kurbelzapfen der Motorwelle angeschlossen. Die thermodynamische Leistung dieser bekannten Verbrennungs-

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motoren befriedigt nicht. Ferner besteht keine Möglichkeit, die Kolben doppelseitig zu beaufschlagen. Die bekannten Verbrennungsmotoren sind daher in bezug auf ihre Leistung platzaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor so zu gestalten, daß bei kompakter Bauweise eine wesentliche Verbesserung der thermodynaraischen Leistung erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verbrennungsmotor der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gelöst, daß das Volumen des Verbrennungsraumes mittels eines um seine Achse hin- und herbewegbaren mit einem Dichtansatz abdichtend an der im wesentlichen zylindrischen Wand des Verbrennungsraums geführten Drehkolbens veränderbar sowie der Drehkolben mittels eines Qelenkvierecks, aus an den Drehkolben angeschlossenem Schwenkarm und diesen mit einem Kurbelzapfen der Motorwelle verbindender Pleuelstange, an die Motorwelle angeschlossen ist.

Der durch die Erfindung erzielte technische Portschritt ist vor allem darin zu sehen, daß sich ein kompakter Aufbau ergibt und insbes. eine Doppelbeaufschlagung der hin- und herbewegten Drehkolben erzielbar ist. Vor allem läßt sich eine wesentliche Erhöhung der thermodynamischen Leistung erziehen.

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Im einzelnen läßt sieh die Erfindung auf verschiedene Weise weiter ausbilden. Nach einem besonderen Vorschlag ist der Aufbau so getroffen, daß der Schwenkarm um so viel langer als der Kurbelarm ausgebildet und die Anordnung so getroffen isti daß die Totpunkte des Drehkolbens im wesentlichen auf einer durch die Achse der Motorwelle verlaufenden Geraden liegen. In weiterer Ausbildung geht ein Vorschlag dahin, daß der Kurbelzapfen und ein am freien Ende des Schwenkarms angeordneter Schwenkarmzapfen sich auf Kreisbahnen bewegen, die einander nahezu tangieren. Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist der Aufbau so getroffen, daß der Verschwenkungswinkel des an den Drehkolben angeschlossenen Schwenkarms kleiner als 90° ist. Ferner kann der Aufbau so getroffen sein, daß der Drehkolben mit seinem Dichtansatz den Verbrennungsraum in zwei Brennkammern mit veränderbarem Volumen unterteilt, die symmetrisch zur Motorwelle angeordnet sind. Bei einem derartigen Aufbau kann die Brennstoffzuführung und die Abgasabführung dadurch vereinfacht werden, daß ein von der Motorwelle verdrehbarer Drehschieber vorgesehen ist und der Drehschieber mit zwei voneinander unabhängigen Auskammerungen für die Brennstoffzufuhr und Abgasabfuhr versehen ist sowie Verbindungskanäle zwischen dem Drehschieber und den Verbrennungsräumen vorgesehen sind. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß je zwei Drehkolben und zwei Drehschieber sich jeweils gegenüberliegend in zwei sich in der Achse der Motorwelle rechtwinklig schneidenden Ebenen in zugeordneten Zylinderbuchsen angeordnet sind, wobei alle Drehachsen parallel zueinander verlaufen. Zweckmäßig

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weisen die Drehschieber jeweils zwei um 90° gegeneinander versetzte Auskammerungen auf und sind die Auskammerungen sich über etwa 90° des Umfangs des Drehschiebers erstreckend ausgebildet und ist jede Auskammerung an je einen hohlen Lagerzapfen des Drehschiebers angeschlossen. Ferner kann das Gelenkviereck eine diametral kurze Verbindung großen Ausschwunges aufweisen. Nach einem Vorschlag ist der Schwenkarm als auf das WeBenende des Drehkolbens aufgekeilter Kurbelarm mit Kurbelzapfen oder in Schwanenhalsform ausgebildet und die Pleuelstange an diesen über Bronze- oder Kugellager angeschlossen. Zweckmäßig sind die Zylinderbuchsen für die Drehkolben und die Drehschieber auswechselbar in zugeordneten Halterungen befestigt.

Nach einem besonderen Vorschlag der Erfindung ist in den Dichtansatz des Drehkolbens ein hitzebeständiger und selbstschmierender Barren, z.B. aus Graphit, eingesetzt. Nach einer besonderen Ausführungsform ist die Zündkammer in den Verbindungskanälen angeordnet. Ferner können im Gehäuse Kühlwasserkanäle und/oder außenseitig am Gehäuse Kühlrippen ausgebildet sein. Die vorstehend beschriebenen Ausbildungen ermöglichen es ferner, daß lediglich die Lager der Motorwelle und Drehschieber sowie Kurbel- und Schwenkzapfen in einen Schmiermittelkreislauf einbezogen sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeiclmung erläutert; es zeigen:

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Fig. 1 schematisch das Gelenkviereok bei der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine,

Fig. 2 schematisch die Verbindung zwischen Motorwelle und dem zugeordneten Drehkolben,

Fig. ^ einen Schnitt durch einen^ erfindungsgemäßen Motor in schematischer Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform eines Verbrennungsmotors nach der Erfindung,

Fig. 5 einen Schnitt in Richtung der Pfeile V-V durch den Gegenstand nach Fig. 4 und

Fig. 6 einen Schnitt in Richtung der Pfeile VI-VI durch den Gegenstand nach Fig. 4.

In der Fig. 1 ist schematisch ein Gelenkviereck dargestellt, bestehend aus den Scheiteln OGMN, mit vier Innenwinkeln: cKfßßf, <f*oi= NOG,/¹= OGM, ^T= GMN,/= MNO, und vier Seiten abrR, welche jeweils als Basis a = OG, Pleuelstange b = NM, Kurbelarm r = ON, Schwenkarm R = GM bezeichnet sind. Einige Betrachtungen betreffend das jeweilige Dreieck OGI (I = 1st der Schnittpunkt der Verlängerungen von r und R), das zur folgenden rechteckigen Gleichung führt, gemäß zwei äquivalenten Darstellungen; (l) Rb.sen,^+ ra.seniXl= Ra«seny£+ rb*sen</

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(2) Ra.cos/? + ra.00s.9O Rr.oos (^C+ β) + 1/2 (R² + r² + a² -b²) Bei Änderung nur der Winkel (·χ, β, v~, </) und in Betrachtziehung als fixe Parameter der vier Seiten (abrR), besitzt für (2) das Viereck nur einen Grad Freiheit. Die sich ergenden Bewegungen zur Basis (a=0G) werden als "Pleuelstangen" bezeichnet. Im allgemeinen bei den Pleuelbewegungen, werden sowohl der Schwenkarm (R) als auch der Kurbelarm (r) um die jeweiligen Zentren G bzw. 0 verschwenkt und decken jeweils die Winkel^ = MqGM₁ undtR = N ON,. Angenommen R>r, um dem Kurbelarm r = ON eine ganze Drehung um seinen eigenen Mittelpunkt 0 zu ermöglichen, genügt es den vier Seiten des Gelenkvierecks abrR den folgenden Aufbau zu geben: R - r > a - b (R>r).

Dadurch bewegt sich das Ende N der Pleuelstange b = NM mit einer Kreisbewegung mit Radius r = ON (Kurbelarm) um die Motorachse 0, während das andere Ende M sich mit einer Hin- und Herbewegung auf einer Kreisbahn mit Radius R = GM (Schwenkarm) bewegt, unter Verschwenkung zwischen zwei äußeren Totpunkten MM-,, um die Motorachse 0. Beispielsweise ist dies stets möglich, wenn a = b ist. Als normal werden ferner die Gestängebewegungen teeichnet, die auch der Regel (3) entsprechen und als abwegig alle übrigen. Unter den normalen Pleuel·- bewegungen erweisen sich als besonders wichtig, diejenigen, bei denen die drei Punkte OM M auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Dies tritt ein, wenn die vier Seiten abrR und der Schwenkwinkel β = N GM, ist und vom Arm R, dem folgenden System entsprechen:

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(4) (\ r/R ) = sen ( ß_Q/2)

R²-r²

Der Mechanismus, welcher außer den vorgenannten, diese Zustände bewirkt, wird im weiteren als Gelenkviereck: bezeichnet. Es handelt sich jedoch um eine vornehmlich praktische Verbindung, bei welcher sich die Zufügung einer weiteren empfiehlt, welche die geeignetsten Relativabmessungen des Vierecks bestimmt. Als Grenze werden dieselben den Zustand der Tangierung der runden Bahnen annehmen, welche die beiden Enden NM der Pleuelstange beschreiben, was gemäß R + r = a geschieht. Wir erhalten damit das folgende Gleichungssystem, welches das auslöst, was als "Gelenkviereck mit kurzer Pleuelstange" oder einfach als "kurzes Gelenkviereck¹¹ bezeichnet werden wird, wobei sich diese Bezeichnung auch auf die Fälle der beinahen Tangens bezieht.

(5) f ( r/R ) = sen (β _Q/2)

R²-r² = a² - b²
/ R + r ~ a

Zum Zwecke der Entwicklung empfiehlt es sich die Basis a - OG und den Schwenkwinkel β = M GM, des veränderten Endes M festzulegen. In diesem Falle definiert das System (5) die Länge der drei übrigen Seiten (brR). Aber gerade am SchwenkwinkelA¹ zwingt die erste Gleichung der Systeme (4) (3) zur Einschränkung 0 <ß <'1T, da keine Werte von β kleiner als Null

/o — f-^o

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und auch nicht größer als ff möglich sind. Insbesondere für c=0 muß R = oOsein (herkömmliche Kupplungen mit Pleuelstange - Kurbelarm) und für B = 77"muß R = r sein (Ende M, das sich mit Wechsel-Drehung oder mit kontinuierlicher Drehung dreht, jedoch eine Schrittbewegung bewirkt). Um daher die Gewißheit zu haben für eine Schwenkbewegung des Armes R = GM muüß_o<.Tf sein, während die beiden Enden NM der Pleuelstange eine Bahn mit einem Biegeradius durchlaufen , der kleiner ist je näher β beiTT liegt. Bei sämtlichen Gelenkvierecken erlauben diese Beschränkungen die kleine von der großen Verschwenkung zu unterscheiden, so daß im Falle des Systems (5) in der Annahme, daß β möglichst nahe bei TT'liegt, (ß_o —^fT) um ein kurzes Gelenkviereck mit großer Verschwenkung herbeizuführen. Mit ziemlicher Genauigkeit ist dies der Fall gemäß der Fig. 1, nachdemiXT = N ON₁ = JT angesetzt ist, währendß_Q = M₀GM₁ mit 135° = 377/4 rad. angesetzt ist.

(B) Verbrennungsmotoren und thermodynamische Leistungen. Es sei ein Motor mit hin- und herbewegbarem Kolben ohne jegliche Reibung in Betracht gezogen, bei welchem die normale Pleuelstangenübersetzung (l) (2) (3) zur Verwendung kommt, wie sie in der Fig. 1 schematisch gezeigt ist, wo die Pleuelstange b = NM die motorische Kraft P vom äußersten Kehrpunkt M bis zum kontinuierlichen N überträgt, wo die Kupplung mit der Motorwelle mit Motorachse 0 über die Kurbel r = ON besteht. Aufgrund der Abwesenheit der Reibung ist die

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Resultante Q der Widerstandskräfte, die an N angelegt sind, bestimmt tangential zur Umlaufbahn mit Zentrum 0 und dem Radius r gerichtet, ^ira angenommen, daß auch die Resultante P der Motorkräfte, die bei M angelegt wird, in tangierender Richtung zur runden Kreisbahn mit dem Mittelpunkt G oder zum Radius R erzeugt wird, zeigt sich, daß zwecks Herstellung des dynamischen Gleichgewichts die Komponente von P in Richtung NM (also P/sen^") notwendigerweise gleich und entgegengesetzt zur Komponente von Q in Richtung MN sein muß (also - Q/sen,/"), nachdem die übrigen Komponenten durch die starre Gegenwirkung von den Befestigungen neutralisiert werden, so daß die folgende Stabilitätsgleichung erhalten wird, die. auch im besonderen Falle Pleuelstange-Kurbelarm gilt.

Q ₌ sen V

P sen ^-

Es sei eine ganze Verschwenkung B= 2 β des Schwenkarmes R angenommen, also zwei aufeinanderfolgende Hübe und entgegen dem Umkehrende N zwischen den Totpunkten NL, beispielsweise derjenige, der seinen Anfang und Ende am äußeren Totpunkt N₁ hat, während welchem angenommen wird, daß die Resultante P der Motorkräfte eine mechanische Arbeit in geschlossenem Kreis-· lauf leiste, die beispielsweise auf der mechanischen Ebene Kraft liegt. Verstellung oder Moment.Winkel etc. Es ist bekannt, daß welches auch die geometrische Form des ausgeführten Kreislaufs sein mag, in jedem Arbeitsmoment die einfache

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mechanische Arbeit (P.Rd^?), die seitens der Motorkräfte P geleistet wird, gleich derjenigen (Q. rdcK) ist, die durch die Widerstandskräfte Q, also PR.doC ausgeführt wird, und daher wird elementarische mechanische Arbeit unverändert vom äußersten Umkehrpunkt N bis auf die Motorwelle mit Motorachse 0 übertragen, nachdem die Transmissions-Elemente keiner Reibung unterliegen. Der Gesamtumfang des Kreislaufs bildet daher die mechanische Endarbeit, deren abnehmender Wert unverändert auf die Motorwelle übertragen wird. Es ist jedoch wichtig zu bemerken, daß auf jeder mechanischen Ebene, die geometrische Form des durch die Motorkräfte P gelieferten Arbeitszyklus immer verschieden von derjenigen des durch die Widerstandskräfte Q geleisteten Arbeitszyklus ist, aufgrund der Stabilitätsgleichung (6), welche entsprechend als Verformungsgleichung bezeichnet wird. Im Endergebnis verformt die mechanische Übertragung vom Umkehrende N bis zur Motorwelle 0 die Geometrie des Arbeitszyklusses während sie dessen unendlichen oder endlichen Bereich unverändert bewahrt und diese Verformung hängt von den mechanischen Organen ab, welche die Gleichung (6) erfüllen.

Dies zugegeben, ergibt sich notwendigerweise, wenn die Motorkräfte P mechanischer Natur wären, also temperaturunabhängig, daß die mechanische Leistung r> = (L, - Lp) L des Arbeitszyklus stets auf mechanischer Höhe berechnet und daher nicht von der durch den mechanischen Zyklus aufgrund von (6) erfahrenen geometrischen Verformung abhängen würde. Dagegen ergeben sich in allen Verbrennungsmotoren die motorischen Kräfte P aus der

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therraodyanmisehen Verformung einer Flüssigkeit und hängen daher von der Temperatur ab, daher hängt die thermodynamisehe Leistung-λ_t = (Q-, = Gu)/Q,-, von der geometrischen Form des Arbeitszyklus ab, nachdem dessen Wertung notwendigerweise auf entropischer Ebene erfolgen muß (Temperatur. Entropie) und nicht mehr auf mechanischem Niveau. Auf dem entropischen Niveau wird man daher zwei unterschiedliche geometrische Formen eines gleichen thermodynamisehen Vorgangs erhalten, und zwar die den Zylinder betreffende und die verformte (aus dem mechanischen verformten Zyklus erhaltene) für die Motorwelle. Beide werden den gleichen Gesamtbereich aufweisen, aber nicht mehr den gleichen Elementarbereich und daher werden im allgemeinen die entsprechenden thermodynamisehen Leistungen verschieden sein. Andererseits kann derselbe Zyklus keine zwei verschiedenen Leistungen in einem und demselben Motor hervorrufen, und daher hat von Beiden nur derjenige einen Wert, der sich auf die Motorwelle bezieht und nicht der auf den Zylinder bezogene. Tatsächlich wird die mechanische Energie nur an der Motorwelle mit einem Drehmoment abgenommen (M = Qr), welches als unmittelbar verwendbar betrachtet wird, ohne weitere Verformungen, während die gleiche mechanische Energie aueh unmittelbar aus dem verformt-en Zyklus selbst erhalten werden kann, also unter Verzicht auf jegliche mechanische Übersetzung unter Aufbringen eines aehsengleichen Zylinders auf die Motorwelle mit einem entsprechenden Rotor, wobei sich genau der vorstehend beschriebene Zyklus abwickeln kann. Dies alles kann einfach auf jeden Typ von Verbrennungs-

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motoren angewandt werden, der nicht notwendigerweise ein Hin- und Hergang-Motor zu sein braucht, wobei auf alle Fälle behauptet werden kann, daß "η abhängt: von dem vorgesehenen Zyklus der motorischen Energie, aber ebenso von der geometrischen Verformung, welche derselbe auf dem Wege zur Motorwelle erfährt, also die dynamische Leistung v, der Wärmekraftmaschinen hängt von der Motortype ab. ^Aus dieser Gewißheit heraus und nachdem die beträchtlichen Vorteile überprüft worden sind, wird die vorerwähnte normale Gestängekupplung mit Gelenkviereck als neuer Übertragungsmechanismus für Verbrennungsmotoren mit hin- und herbewegbarem Kolben vorgeschlagen, anstelle des Mechanismus aus Pleuelstange und Kurbel, welcher übrigens einen Fall für sich darstellt. Diesbezüglich wurde festgestellt, daß die thermodynamische Leistung Mindestwerte erreicht (beispielsweise n, = 37 f 39 % im Falle von Ottomotoren) gerade wenn die Pleuelstangenkupplung in eine Pleuelstangen-Kurbel-Kupplung ausartet, also wenn β = 0 und R = cO, während die Höchstwerte (in manchen Fällen sogar den theoretischen der zugeteilten Zyklen überlegene) mittels eines kurzen Gelenkvierecks mit großer Verschwenkung erzielt werden könnten, also indem der Winkel β so nahe wie möglich an 'TT gelegt wird, so daß die von N M beschriebenen Kurven fast gleich werden, also die Radien rR.

(C) Pleuelstangen-Motor: Die Kraftübertragung mittels Pleuelstangen in Verbrennungsmotoren erfolgt einerseits unter Umkehrung der geradlinigen Laufbahn eines Endes M einer Pleuel-

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stange und andererseits einer Kreisbahn mit dem Radius r = ON, zwischen den äußeren Totpunkten N₀N₁ des anderen Endes und bei unveränderter Funktion der Pleuelstange b = NM des Kurbelarms r = ON und der Motorachse 0. Zu diesem Zweck läuft nach der Erfindung ein Drehkolben mit gemischiinigern Profil, mit dem Schwenkarm R = GM verbunden, gasdicht in einer toroidalen Ausnehmung mit dem Drehpunkt G, der als Motorzylinder bezeichnet wird, in der die Expansion der Verbrennungsgase stattfindet, die durch den Schwenkwinkel β begrenzt wird, unter Bildung des Nutzraumes V. Die thermische Energie wird im Motorzylinder in Form eines thermodynamisehen Zyklus geliefert, und daher überträgt die Pleuelstange b = NM die mechanische Arbeit vom hin- und herbewegten Ende M zum auf einer Kreisbahn umlaufenden Ende N, also zur Motorwelle mit der Motorachse 0. Der Motor kann einfach oder zweiseitig wirkend sein, wenn der Drehkolben jeweils von einer einzigen Seite oder von beiden Seiten beaufschlagt wird; außerdem kann er aus einem oder mehreren Zylindern und dem Gelenkviereck bestehen, die verschiedenartig angeordnet sein können, und jeweils auf eine Motorwelle 12 arbeiten. Ausgehend von der Totpunktlage $_o oder M-. können die beiden Enden NM der Pleuelstange b in gleicher Richtung drehen, welche wir als gleichartig bezeichnen wollen oder in entgegengesetztem Sinne also ungleich, so daß in bezug auf die Drehung der Motorwelle 12 selbst, dem Gleichlauf stets der ungleiche Lauf und umgekehrt folgt. Außerdem kann das Umkehrende M in bezug· auf den äußeren Totpunkt M₁ verstellt werden, in direktem Sinne, oder der innere Totpunkt M in umgekehrtem Sinne. Diese Faktoren beeinflussen

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die Art des Wechsels der Winkel χ" </Ίη der Verformungsgleichung (6) und deshalb empfiehlt es sich, die vier möglichen Bewegungen der Pleuelstange und des Drehkolbens wie folgt zu klassifizieren: 1) ungleiche direkte Bewegung, wenn N und M ungleich sind, aber M einen direkten Sinn aufweist; 2) ungleiche umgekehrte Bewegung, N und M stimmen nicht überein, doch M hat einen umgekehrten Sinn, j5) gleiche direkte Bewegung N und M sind übereinstimmend, aber M hat direkten Sinn; 4) umgekehrte gleiche Bewegung, N und M sind gleich, doch M hat umgekehrten Sinn. Im besonderen Fall sind N und M stets gleichartig, also es finden nur zwei Bewegungen statt: der direkte und der umgekehrte. Offensichtlich erfährt ein gleicher Zyklusabschnitt verschiedene mechanische Verformungen je nachdem ob derselbe während des einen oder des anderen der vier Bewegungen abläuft, so daß also für jeden thermodynamischen Zyklus auch die möglichen vier Verwendungsstellungen in Betracht gezogen werden müssen, beispielsweise indem die besondere Bewegung hervorgehoben werden muß, die die nützliche Expansionsstufe verwirklicht. Unter dieser Bezugnahme erhalten wir die zweite Klassifikations-Stellung:

1) direkte ungleiche (nicht übereinstimmende) Stellung,

2) ungleiche umgekehrte Stellung, 3) gleiche (übereinstimmende) direkte Stellung, 4) übereinstimmende umgekehrte Stellung. Damit nimmt ein gleicher thermodynamischer Zyklus, beispielsweise derjenige nach CARNOT eine übereinstimmende direkte Stellung ein, wenn seine Expansions-Nutzstufe während der direkten übereinstimmenden Bewegung etc. (gleichartig) erfolgt. In den vier Nutzstellungen hat ein gleicher thermodynamischer

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Zyklus verschiedene Leistungen, die in der Reihenfolge 1), 2), 3)* ^) wie oben zunehmen und deren größte stets in der übereinstimmenden umgekehrten Stellung erzielt werden, welche die günstigste ist. Ein einseitig wirkender Pleuelstangenmotor kann ohne weiteres eine der vier Zyklus-Stellungen annehmen, beispielsweise diejenige der Höchstleistung, während einem zweiseitigen Betrieb, bei dem beide Seiten des Drehkolbens beaufschlagt werden, notwendigerweise eine übereinstimmende Stellung mit einer nicht übereinstimmenden in Gegenrichtung zugeordnet werden muß, beispielsweise übereinstimmend umgekehrt und nicht übereinstimmend direkt.

(D) Unter Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 wird ein Verbrennungsmotor nach der Erfindung näher beschrieben, wobei die funktioneile mechanische Darstellung nur auf die hauptsächlichsten und kennzeichnenden Teile beschränkt wird. Der Verbrennungsmotor besitzt zwei hin- und herbewegbare Drehkolben 10, 11, zwei Gelenkvierecke, kurzstreckig, OGMN und OG'M'N' und eine Motorwelle 12, welche ihren Antrieb über diese Gelenkvierecke von den Drehkolben erhält. In der Figur 2 sind schematisch in gegenüberliegenden Stellungen die beiden kurzen Gelenkvierecke OGMN und OG¹M¹N' gezeigt, die auf den gleichen Kurbelarm r = ON arbeiten"und daher die gleiche Motorwelle 12 mit Motorachse 0, wobei dieselben in der Stellung gezeigt sind, in welcher die beiden Pleuelstangen b = NM und b¹ = N¹M' sich in der mit den Totpunkten N , N-,, M₁ (siehe Figur 1) ausgerichteten Lage befinden.

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Mit jedem Schwenkarm R-GM und R' = G¹M¹ mit Achse G bzw. G', ist ein Drehkolben 10, 11 mit zweiseitig zylindrischer Oberfläche fest verbunden, deren Querschnitte gleioh und symmetrisch zur Ebene nach der Linie Gm sind. Diese Ebene ist um den Winkel £ = ß~ +ß /2 (Figur 1) versetzt zur Achse GM bzw. G¹M¹, und daher ist auch ihre Wechseldrehung um die Achse G bzw. G' symmetrisch zur Basis-Linie OG, offensichtlich mit einem Schwenkwinkel β , welcher naoh beiden Seiten des Drehkolbens einen Raum doppelzylindrischer Ausbildung begrenzt, mit einem Ringquerschnitt mit Achse G,G', ein Raum, welcher von der Ausgangsgröße V bis zur Endgröße V, = V +V, Gesamtzylinderraum, veränderlich ist, wobei V der wirksame Raum ist. Dieser veränderliche Raum (siehe Figur 3) wird durch den Innenraum einer äußeren zylindrischen Gegenkammer 15, 14 mit Achse G bzw. G' gebildet, die gasdicht ist und der Drehkolben kann genau und wiederholt die Verdrehung um den Winkel B ausführen, welohe durch das Gelenkviereck herbeigeführt wird. Beide Zylinder 15, 16 (welche die Gegenkammern 13, 14 begrenzen), zusammen mit den Drehkolben 10, 11 sind in einem zentralen Motorblock 17 an entgegengesetzten Teilen zur Motorwelle 12 angeordnet bzw. aufgekeilt, jedoch symmetrisch ausgerichtet, also gemäß den jeweiligen Achsen G, G^f, die zur Motorachse 0 parallel verlaufen. Auf diesen zentralen Motorblock 17 sind, jeweils in seitlicher Lage (parallel) zur Motorachse 0, in gleichem Abstand In der Diagonalen zu den Kolben, zwei Zylinderbuchsen 18, 19 nach den Achsen Q und Q' ausgerichtet, aufgekeilt, in welchen

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achsengleich ausgerichtet, gasdicht und in kontinuierlichem Sinne die jeweiligen Drehschieber 20, 21 sich drehen, die von der Motorwelle 12 über die Zahnräder 22, 2jJ angetrieben werden, wobei die Letzteren gestrichelt in die Figur eingezeichnet sind und ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 aufweisen. Jeder Drehschieber besteht aus einem massiven Zylinder, in welchem nacheinander in Längsrichtung, zwei tiefe Auskammerungen (24) vorgesehen sind, die zum Umfang einen öffnungswinkel von ca. 90° aufweisen und jeweils-um 90° zueinander versetzt sind, und achsial vom Zentrum bis zu den jeweiligen Enden reichen. Der Drehschieber weist hohle Lagerzapfen auf, mittels der der Drehschieber in den Enden der Zylinderbuchsen 18, 19 gelagert ist. Jede dieser Bohrungen ist an eine der Auskammerungen 24 angeschlossen. Eine der Auskammerungen dient der Brennstoffzuführung und die andere Auskammerung 24 der Abgasabführung, welche in der gleichen Reihenfolge der Drehrichtung einander folgen, so daß die Entleerung vor der Ansaugung in beiden benachbarten Zylindern geschieht und damit die Aufgabe der Verteilung erfüllt wird. Dies geschient mittels vier Kompressionskammern oder Verteilerkanälen A,B,C,D, welche als Zwischenräume oder Durchlässe ausgebildet sind und um die Motorachse herumführen, wobei jeder der Verteilerkanäle in Längsrichtung'und längs der Erzeugenden, an den benachbarten Motorzylinder angeschlossen ist und daher dessen Innenwände das Anfangsvolumen einschließen oder das Endvolumen V , das zusammen mit dem Zyliriderraum V, das Kompressions verhältnis γ bestimmen. Die vier Kompressionskammern oder Vorteilerkanäle sind an leicht

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zugänglicher Stelle angeordnet, beispielsweise in Richtung Fn, zwecks eventueller Anordnung von Injektoren, Zündkerzen, Kontrol!bohrungen und ähnlicher Elemente. Es sei nun der Motor in seiner Gesamtheit in Betracht gezogen, von dem die Figur 3 einen Querschnitt darstellt, teilweise schematisch. Nachdem die beiden Drehschieber 20, 21 gleich ausgebildet sind und sich in gleichem Sinne um die Achsen Q, Q' drehen, befinden sich die jeweiligen für die Abführung der Abgase vorgesehenen Auskammerungen auf einer Motorseite und münden daher in Achsrichtung in die gemeinsame Auslaßkammer, die im hinteren Kopf ausgenommen ist, aus welcher die Motorwelle 12 vorsteht. Ähnlich kann im vorderen Kopf (bei Betrachtung des Schnittes gesehen) eine Ansaugkammer vorgesehen sein, in welche die beiden anderen Auskammerungen münden. Aufgrund ihrer besonderen physikalischen Verhältnisse kann diese Kammer die Zahnräder 22, 23 aufnehmen und außerdem das doppelte Gelenkviereck, das während des Betriebs eine Zentrifugierung der Brenngase bewirken kann, und damit zu einer günstigen Vorverdichtung führt. Wenn man die übliche und aufwendige Ausbildung mit Kröpfung vermeiden will, kann bei den Schwenkarmen eine Zapfenaufkeilung verwendet werden, was die leichte Montage und Demontage gestattet, aber vor allem auch die Verwendung von Wälzlagern auf der Motorwelle selbst ist möglich, und außerdem auf den beiden Schwenkzapfen der Schwenkarme, die mit den Drehkolben verbunden sind und in den Stirnwänden gelagert sein können, die die Kolbenkammern abschließen, anstatt der Bronzelager, kann die Schmierölwanne im unteren

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Teil und längs des gesamt en Motors angeordnet werden. Es wird nun der Mechanismus der Punktion des Motors (Figur J3) in Betracht gezogen, wobei für die Motorwelle eine Drehrichtung im Gegensinne des Uhrzeigers angenommen wird und ferner angenommen sei, daß die beiden im Schnitt gezeigten Drehschieber diejenigen, für den Auslaß seien. Ausgehend von Figur 2, in der zueinander ausgerichteten Lage der beiden Pleuelstangen MNM₁, sehen wir wie die Verteilung der vier Phasen des thermodynamisehen Zyklus erfolgt (Ansaugung, Verdichtung, Expansion, Austritt der Abgase) bei einer einfachen Drehbewegung über den Winkel β der Drehkolben, während welcher (offensichtlich) die Motorwelle 1/2 Drehung im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers beschreibt, während beide Drehschieber 1/4 Drehung im Uhrzeigersinne beschreiben. Unter Bezeichnung der vier in ihrer Größe veränderlichen Räumen mit den Buchstaben A,B,C,D die den jeweiligen Kompressionskammern zugeteilt sind, und unter Beachtung, daß im Drehsinn jeder Drehschieber der Bewegung der Ansaugung um 90° voreilt (nicht gezeichnet), stellen wir fest, daß während der gesamten Verdrehung um den Winkel β für den Drehkolben gleichzeitig die folgende Phasenverteilung erfolgt:

(7) fk besorgt den Austritt der Abgase B bewirkt die Ansaugphase
C bewirkt die Verdichtungs-Phase D bewirkt die Expansions-Phase

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Außerdem führt während der naoheinanderfolgenden Verbrennungsvorgänge jedes der vier veränderlichen Volumen (ABCD( im Umlauf und mit konstanter Häufigkeit genau die vier Phasen des thermodynamisch positiven Zyklus nacheinander aus, also ... Ausstoß / Ansaugung - Kompression / Expansion / Ausstoß .. etc. Daher folgen bei jeder 1/2 Motorwellenumdrehung aufeinander und in der gleichen Reihenfolge nach der Aufstellung (M) (also .., DABCD) die den Antrieb bewirkenden Expansionsphasen, die jeweils wie folgt ablaufen:

(8) B und C bewirken die Expansion gemäß der gleichartigen umgekehrten Bewegung

A und D bewirken die Expansion gemäß der direkten ungleichen Bewegung.

Beim Verzicht auf die beiden veränderlichen Volumen A,D (Zylinder die nur nach einer Seite wirken) und mittels Vornahme entsprechender Änderungen, kann die Expansion nur währ end der gleichförmigen umgekehrten Bewegung verwirklicht werden, der bei jedem thermodynamischen Zyklus derjenige der größten Leistung ist. Schließlich wird noch die Möglichkeit erwähnt, wonach mit dem gleichen Motor die Expansion während der beiden anderen Bewegungen erreicht werden kann, ausgenommen direkter gleichartiger und ungleichartiger umgekehrter, indem einfach der Drehsinn der Motorwelle 12 geändert wird, offensichtlich nachdem die Drehschieber dem neuen Drehsinn

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entsprechend eingestellt worden sind oder mittels Umkippen des Gelenkviereoks um die Basis OG, oder gegenüber der durch 0 laufenden Senkrechten.

In den Figuren von 4 bis 6 ist ein Ausbildungsbeispiel des Verbrennungsmotors entsprechend dem schematisch in den voran-· gehenden Figuren dargestellten Beispiel gezeigt. In diesen Figuren von 4 bis 6 sind gleiche Bezugszeichen für gleiche oder entsprechende Teile benutzt worden.

Der in den Figuren von 4 bis 6 gezeigte Verbrennungsmotor weist also zwei sich hin- und herdrehende Drehkolben 10, 11 auf, die mit den Dichtungen 40 versehen sind und sich in Zylinderbuchsen 15, 16 drehen, welche mit den Drehkolben zusammen Kammern veränderlichen Innenraums 42 4;5, 44 und 45 bilden. Dichtungen 46 beispielsweise aus Graphitstäben sind in einem Teil 47 angeordnet, das innen mit den Zylinderbuchsen 15, l6 verbunden ist, und welche am Kolbenumfang angreifen. Die Drehkolben 10, 11 sind mit einer Welle gekuppelt oder mit Wellenzapfen 48 versehen. Die Wellenzapfen 48 sind drehbar in den Stirnwänden 49 an einem der Enden der Zylinderbuchsen 15, l6 gelagert, während die Wellenzapfen 48 durch das zugeordnete Kopfteil 50 geführt sind und auf die Enden der Wellenzapfen 48 sind die Schwenkarme R aufgekeilt, die mit Schwenk- ■ armzapfen 51 versehen sind, welche das Drehgelenk M (siehe Figur 1) des flachen Gelenkvierecks bilden. An jedem der Schwenkarmzapfen 51 ist eines der Enden der Pleuelstangen b, b' angelenkt (nicht in denFiguren von 4-6, sondern nur in der

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Figur 2 gezeigt). Die anderen Enden der beiden Pleuelstangen b; b¹ sind an einen gemeinsamen Kurbelzapfen N angelenkt und an den auf die Motorwelle 12 aufgekeilten Kurbelarm r. Die Motorwelle 12 ist durch eine im Motorblock 54 ausgenommene öffnung hindurchgeführt, wo sie in den Lagern 52 gelagert ist.

Der Kurbelarm r weist eine Nabe 55 auf, mit der er auf die Welle 12 aufgekeilt ist und diese Nabe ist außenseitig mit einer Verzahnung versehen, welche dem Ritzel 22 der Figur entspricht. Diese Verzahnung greift in zwei, den Zahnrädern 23 entsprechenden Verzahnungen an einem Lagerzapfen der Hohlwelle 60 der Drehschieber 20, 21 an, die gasdicht innen in den Zylinderbuchsen 18, 19 umlaufen, welche an die Kammern 42, 43* 44 und 45 angeschlossen sind, über die Durchlässe 6l die In die Verteilerkanäle ABC und D münden. Die Zylinderbuchsen 18, 19 sind im Motorblock 54 angeordnet und in den Stirnwänden 54 und 54b, die dem letzteren zugeordnet sind.

Die Ausnehmungen der Hohlwelle 60 sind mit der Ansaugkammer verbunden, in welcher sich die flachen Gelenkvierecke bewegen und die durch eine Gehäusestirnwand 63 begrenzt sind, die in beliebiger Weise an die starren Teile des Motors angesetzt ist.

Der andere Lagerzapfen der Hohlwelle 64 der beiden Drehschieber 20, 21 ist mit einer Ausstrittskammer 65 in Ringform verbunden, die aussen durch einen Stirndeckel 66 begrenzt istj

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der in bekannter Weise an die festen Teile des Motors angesetzt ist.

Die beiden Drehschieber 20, 21 sind einander gleich und jeder derselben besitzt, entsprechend in Längsrichtung, zwei tiefe gesonderte und U-förmige Auskammerungen 24, die zu etwa 90° in Richtung des Umfangs offen und zueinander um 90 versetzt sind, wobei jede der Auskammerungen an eine andere Ausnehmung der hohlen Lagerzapfen der Drehschieber angeschlossen sind. Jede dieser tiefen Auskammerungen erstreckt sich an der Seite der anderen mit einer geringeren Tiefe versehenen Auskammerung mit einer Winkelausdehnung, die kleiner als 90° ist, so daß eine größere Verbindung mit den Kammern A,B,C und D möglich ist.

Ausnehmungen und Durchlässe 71 dienen dem Durchstrom von Kühlwasser, während noch eine ölwanne vorgesehen ist. Die Kühlung wird mittels der Kühlrippen 72 ergänzt, welche teilweise die Zylinderbuchsen 15* 16 umgeben.

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Claims (1)

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   Patentansprüche :

   IJ Verbrennungsmotor mit zumindest einem im Verbrennungsraum hin- und herbewegbaren Kolben, Brennstoffzuführung und Abgasabführung, wobei der Kolben über eine Pleuelstange auf den Kurbelzapfen der Motorwelle arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Verbrennungsraums (1J5, 14) eines um seine Achse (G) hin- und herbewegbaren mit einem Dichtansatz abdichtend an der im wesentlichen zylindrischen Wand des Verbrennungsraums geführten Drehkolbens (lo, 11) veränderbar sowie der Drehkolben mittels eines Gelenkvierecks (0,N,M,G), aus an den Drehkolben (lo, 11) angeschlossenem Schwenkarm (R,R') und diesen mit einem Kurbelzapfen (M) der Motorwelle (12) verbindender Pleuelstange (b) an die Motorwelle (12) angeschlossen ist.

   2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (R) um so viel langer als der Kurbelarm (r) ausgebildet und die Anordnung so getroffen ist, daß die Totpunkte (MO, Ml) des Drehkolbens (Io bzw. 11) im wesentlichen auf einer durch die Achse (0) der Motorwelle (12) verlaufenden Geraden liegen.

   J. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelzapfen (M) und ein am freien Ende des

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   Schwenkarms (R) angeordneter Schwenkarmzapfen (51) sich auf Kreisbahnen bewegen, die einander nahezu tangieren.

   4. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 - J>, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschwenkungswinkel des an dem Drehkolben (10 bzw. 11) angeschlossenen Schwenkarms ■ (R) kleiner als 9o ist. ■

   5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkolben (10 bzw. 11) mit einem Dichtansatz den Verbrennungsraum (13, 14) in zwei Brennkammern (42, 4j5 bzw. 44, 45) unterteilt und diese symmetrisch zur Motorwelle (12) angeordnet sind.

   6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Brennstoffzuführung und die Abgasabführung ein von der Motorwelle (12) verdrehbarer Drehschieber (2o, 21) vorgesehen ist und der Drehschieber (2o, 21) mit zwei voneinander unabhängigen Auskammerungen (24) für die Brennstoffzufuhr und Abgasabfuhr versehen ist sowie Verbindungskanäle (A,B,C,D) zwischen den Drehschiebern (2o, 21) und den Verbrennungsräumen (1J5, 1^·) vorgesehen sind.

   7. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1, 5 "und 6, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei Drehkolben (10, 11) und zwei Drehschieber (2o, 21) sich jeweils gegenüberliegend in zwei sich in

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   der Achse (0) der Motorwelle (12) rechtwinklig schneidenden Ebenen in zugeordneten Zylinderbuchsen (15, 16, 18, 19) angeordnet sind, wobei alle Drehachsen parallel zueinander verlaufen.

   8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehschieber (2o,21) jeweils zwei um 90° gegeneinander versetzte Auskammerungen (24) aufweisen und die Auskammerungen (24) sich über etwa 90° des Umfangs des Drehschiebers erstrecken und jede Auskammerung (24) an je einen der hohlen Lagerzapfen des Drehschiebers angeschlossen ist.

   9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenkviereck (0,M,G) eine diametral kurze Verbindung großen Ausschwungs aufweist.

   10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkarm (R) auf Wellenenden der Drehkolben (10, 11) aufgekeilte Kurbelarme mit Kurbelzapfen (51) aufweist oder in Schwanenhalsform ausgebildet und die Pleuelstange (b) an diesen über Bronze- oder Kugellager angeschlossen ist.

   11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderbuchsen (l8, 19) für die Drehkolben (10 bzw. 11) und die Drehschieber (2o, 21) auswechselbar in zugeordneten Halterungen befestigt sind.

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   12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Dichtansatz des Drehkorbens (10 bzw. 11) ein hitzebeständiger und selbstschmierender Barren (4o), z„B. aus Graphit, angeordnet ist.

   15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer in den Verbindungskanälen (A,B,C,D) ausgebildet sind.

   14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im zugeordneten Gehäuse Kühlwasserkanäle (71) und/oder außenseitig am Gehäuse Kühlrippen (72) ausgebildet sind.

   15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich die Lager (52) der Motorwelle (12) und Drehschieber (2o, 21) sowie die Kurbel- und Schwenkzapfen $J,51) ■in einen Schmiermittelkreislauf einbezogen sind.

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