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Kreiskolben-Motor mit Vollkreiszündung - oler Vollkreiswirkung bei
innerer oder äusserer Verbrennung Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf die
Grundpatentanmeldung 2 060 943 und betrifft die Gestaltung eines Kreiskolbenmotors
mit zentral und konzentrisch innerhalb eines kreisrunden Gehäuseteiles angeordneten
und rotierenden Kreiskolbens mit zwei zugehörigen, gegenüberliegenden und in zwei
separaten Gehäusekammerg oder Zylindern hin und herbewegten Ventilkolben oder Kolben,
die gemeinsam mit dem Kreiskolben einmal - mit einer Vollkreiszündung - nach dem
Viertaktprinzip und ein andermal - mit einer Vollkreiswirkung -in Anlehnung an das
Stirlingprinzip arbeiten.
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Die Erweiterung der Erfindung betrifft sowohl die Gestaltung des Kreiskolbens
1 als auch die Gestaltung und Steuerung der Ventilkolben 59 der Dichtschieber 6
sowie die Gestaltung der Gehäuseteile und die Anordnung der prinzipbedingten Rohre
7 und Rohrleitungen 21.
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Erfindungsgemäß erfolgt der konstruktive Aufbau der gegenüberliegenden
Ventilkolben 3 und Dichtschieber 6 auf der gedachten und bekannten Aohse 0 - 0 in
der Weise, daß die Steuerarme 32 mittels eines Gelenkes 32a am Kreiskolben 1 und
eines weiteren Gelenkes 32b am Dichtschieber 6 beziehungsweise an der Kolbenstange
13 gelenkig und schwenkbar angeordnet werden, so daß sich neue Steuerungsmöglichkeiten
der Dichtschieber 6 und der Ventilkolben 3 ergeben.
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Die Erfindungserweiterung ist nachfolgend beschrieben und beispielsweise
dargestellt in 3 Figuren
Fig. 1 zeigt eine Kreiskolbenmotor-Aufsicht
teilweise im Schnittnaoh dem Viertaktprinzip - in Zündstellung.
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Fig. 2 zeigt eine Kreiskolbenmotor-jufsioht teilweise im Schnittnach
dem Viertaktprinzip - mit einer Viertel Kreiskolbendrehung nach der Zündstellung.
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Fig. zeigt eine Kreiskolbenmotor-Aufsicht teilweise im Schnittmit
äusserer Verbrennung.
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Die in Fig.1 dargestellte Kreiskolbenmotor-Aufsicht zeigt einen -mit
innerer Verbrennung nach dem Viertaktprinzip arbeitenden -Kreiskolbenmotor mit Vollkreiszündung,
wobei der zentral und konzentrisch angeordnete Kreiskolben 1 eine Kreiskolbenauesparung
1 b besitzt, die sich über die ganze Hälfte des Kreiskolbens erstreckt und deren
Kurvenverlauf und Tiefe sich nach dem Bewegungsablauf des durch den Jeweiligen Steuerarm
32 bewegten Dichtschiebern 6 richtet. Eine weitere,kleine Kreiskolbenaussparung
1 a befindet sich in der zweiten Kreiskolbenhälfte und nimmt bei der Zündstellung
(wie gezeichnet) das durch den Jeweiligen Ventilkolben 3 gemeinsam mit dem Kreiskolben
1 komprimierte reibstoffgemisoh teilweise in sich auf. Zum anderen Teil befindet
sich dieses komprimierte Treibstoffgemisch wechselseitig in einem separaten Kompressionsraum
2 b, der im Kreiskolbengefläuse 2 in Nähe des Ventilkolbens 3 angeordnet ist und
in welchen auch die jeweilige Zündkerze 45 eingreift. Während der Zündstellung liegt
das Gelenk 32 a des Steuerarmes 32 in der gedachten Achse ol -die bekanntlich im
reohten Winkel zur gedachten Achse 0 - 0 steht.
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Die Dichtschieber 6 werden über einen jeweiligen Steuerarm 32 mit
den daran befestigten Gelenken 32 a und 32 b während der Rotation - Arbeitstakt
des Kreiskolbens 1 innerhalb des jeweiligen Ventilkolbens 3 in der Weise hin und
herbewegt, daß einmal Ventilkolben 3 und Dichtschieber 6 gemeinsam - während des
Ansaugtaktes - in den jeweiligen Ventilkolbenzylinder 5 geschoben werden (wobei
zum Beispiel über die jeweilige Einlaßöffnung 17 das Treibstoffgemisch eingespritzt
wird), während sie ein andermal -während des Verdichtungstaktes - aus dem Ventilkolbenzylinder
5, zum Kreiskolben hin, herausgezogen werden. Bei dieser Bewegung zum Kreiskolben
hin wird die gemeinsame Bewegung am Ende des Verdiohtungstaktes aufgehoben und nur
der Jeweilige Dichtschieber 6 wird weitergezogen, so daß dieser gleichmässig und
drucklos auf
der Kreiskolbenaussparung 1 b anliegend entlanggleitet.
Dieser Vorgang beginnt bei der Zündstellung und endet nach einer halben umdrehung
des Kreiskolbens 1. Die Tiefe der Kreiskolbenaussparung 1 b wird auf die Weise durch
den Radius R bestimmt, den das Gelenk 32 a des jeweiligen Steuerarmes 32 während
der Kreisdrehung beschreibt. Ferner bestimmt der Radius R bei gleicher Steuerung
der Ventilkolben 3 auch die Weglänge des jeweiligen Ventilkolbens, den dieser gemeinsam
mit dem Jeweiligen Dichtschieber 6 im zugehörigen Ventilkolbenzylinder 5 zurücklegt.
Diese gemeinsame Steuerung kann beidseitig vom Jeweiligen Ventilkolbenzylinder 5
und vom Kreiskolbengehäuse 2 zusammenhängend oder unabhängig voneinander erfolgen.
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(Der Ventilkolben 3 kann beispielsweise unabhängig nach Fig.2 und
Fig.3 der Grundpatentanmeldung gesteuert werden). Bei der Steuerung des Dichtschiebers
6 durch den Steuerarm 32 wird am Dichtschieber ein querstehender Verbindungsarm
69 angeordnet, der parallel zum Verbindungsarm 33 der Kolbenstange 13 verläuft und
an dem das Lager/Gelenk 32 b des Steuerarmes gelenkig angreift. (Als unverbindliche,
veränderliche Konstruktionsrichtzahlen werden beispielsweise genannt : Radius R
- 3, Weglänge des Dichtschiebers 6 - 6, Weglänge des Ventilkolbens 3 S 3, Durchmesser
des Ventilkolbens 3 - 12, Durchmesser des Kreiskolbens s 18.) Zum Zwecke des Massenausgleiches
wird am Kreiskolben 1 Ausgleichs-Gewicht G angeordnet. Die Formgestaltung des Ventilkolbens
3,zum Kreiskolben hin, ist symmetrisch und verläuft bogenförmig aus dem Ventilkolbenzylinder
5 heraus, so daß während des Verdichtungstaktes - der gemeinsam mit dem Kreiskolben
1 erfolgt - ein zügiger Flußablauf des Treibstoffes entsteht. Dabei wird der Treibstoff
vom Ventilkolben 3 in den Kompressionsraum 2 b gedrückt, der innerhalb des Ereiskolbengehäuses
2 angeordnet und so gestaltet ist, daß er eine Wölbung nach -aussen bildet, die
sich in Borm eines Zapfens 12 b der Gegenfläche 12 fortsetzt und dabei die Gehäuse-Offnung
11 freiläßt, während er nach aussen in die geschwungene Gegenfläche 12 übergeht.
Der Ausstoßtakt und das Ausstossen des verbrannten Treibstoffes aus dem Auspuff
7 erfolgt in der bekannten Weise durch den Kreiskolben 1.
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Und nach einer halben Umdrehung des Kreiskolbens 1 wird der Vier taktvorgang
gegenseitig, also auf der Gegenseite der gedachten Achse O - 0 wiederholt, so daß
eine echte Vollkreiszündung mit Vollkreiawirkung des Kreiskolbens q entsteht
Die
in Fig.2 dargestellte Kreiskolbenmotor-Aufsicht zeigt den Ereiskolbenmotor nach
Fig.1 mit einer viertel Kreiskolbendrehung nach der ersten Zündung - also während
des ersten Arbeitstattes - , bei gleichzeitiger Treibstoffeinspritzung in den unteren
Ventilkolbenzylinder 5. Hierbei erreicht die Kreiskolbenaussparung 1 b mit ihrem
tiefsten Ausschnittspunkt die gedachte Achse 0 - 0, und der obere Dichtschieber
6, gesteuert durch den Steuerarm 32, erreicht die tiefste Stellung innerhalb des
Kreiskolbengehäuses 2. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der Dichtschieber 6
gemeinsam mit dem Ventilkolben 3 nach unten in den Ventilkolbenzylinder 5 geschoben.
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Die Mitnahme des Ventilkolbens durch den stangengesteuerten Diohtschieber
6 nach aussen erfolgt erfindungsgemaß durch ein Anschlagstück 6 c des Dichtschiebers
6, welches am Dichtschieber befestigt ist und gemeinsam mit diesem innerhalb der
Kolbenstange 13 angeodnet ist, während die Mitnahme des Ventilkolbens 3 nach innen,
zum Kreiskolben 1 hin, durch eine oder mehrere innerhalb der Kolbenstange/n 13 gelegene/n
Druckfedern 51 erfolgt. Diese Betätigung durch Druckfedern 51 kann aber auch hydraulisch
oder in beliebiger anderer Weise erfolgen. Erfindungßgemäß ist das Anschlagstück
6 c so gestaltet, daß es mit seinem querstehenden Verbindungsarm 69 in die Kolbenstange
13 eingreift und ferner einen Lagerzapfen 69 a besitzt, an welchen das Gelenk 32
b des Steuerarmes 32 angreift, während die Kolbenstange 13 mit ihrem querstehenden
Verbindungsarm 33 die Anschlagfläche des Anschlagstückes bildet. Die Formgestaltung
der Kammer-Ummantelung 27 a ist der Konstruktionsgestaltung organisch angepaßt und
entsprechend angeordnet0 Die erfindungsgemäße Kreiskolbenmotor-Gestaltung ist ferner
dadurch gekennzeichnet, daB die der bogenförmigen Ventilkolbengestaltung angeglichenen
Gegenflächen 12 verhältnismässig weit nach aussen verlaufen, so daß an ihren übergängen
zum jeweiligen Ventilkolbenzylinder 5 hin mit renativ weitem Abstand vom Kreiskolbengehäuse
2 ein Gehäusemantel 43a angreift, der teilkreisförmig gestaltet ist. Dieser Gehäusemantel
43 a wird durch die bekannten Rippen 43 mit dem Kreiskolbengehäuse fest verbunden,
und auf diese Weise entstehen Kammern 43 b für eine Motorkühlung. Und durch Zwisohensetzen
eines zweiten Gehäusemanteis 43 c wird (wie gezeichnet) eine kombinierte Wasser-Luftkühlung
konstruktionsmöglich.
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Die in Fig.3 dargestellte Kreiskolbenmotor-Aufsicht zeigt einen -mit
äusserer Verbrennung arbeitenden - Kreiskolbenmotor mit Vollkreiswirkung, der sich
an das Stirlingprinzip anlehnt. Hierbei erfolgt die Gestaltung des Kreiskolbens
1 mit einer Aussparung 1 b sowie die Steuerung der Dichtschieber 6, der Ventilkolben
3 zum Beispiel in der gleichen Weise, über die Steuerarme 32 und Lager 32a, 32b,
wie sie zuvor in Fig.1/Fig.2 beschrieben worden ist.
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Erfindungsgemäß und prinzipbedingt ist die Ereiskolbenmotor-Gestaltung
in der Weise auf die äussere Verbrennung abgestimmt und dadurch gekennzeichnet,
daß aussen am kreisrunden Kreiskolbengehäuse 2 zum Zwecke der Erhitzung des kreisenden
"Arbeitsmediums" vorbestimmte Brennkammern 70 angeordnet werden, die sich beiderseits
von der gedachten Achse 0 - 0 über das Kreiskolbengehäuse erstrekken, und die oben
und unten durch die Ventilkolbenzylinder 5 unterbrochen werden. Diese Ventilkolbenzylinder
5 sind prinzipbedingt vom Kreiskolbengehäuse 2 abgerückt angeordnet und durch einen
in der gedachten Achse 0 - 0 gelegenen, schlanken Zylinderhals 5 b mit dem Kreiskolbengehäuse
2 fest verbunden. Sie werden zum Zwecke der Kühlung und Regenerierung des tIArbeitsmediumsII
dadurch in die kalten Teile verwandelt, daß ringförmige Kühlrohre oder Kammern 71
organisch um die Ventilkolbenzylinder 5 und den Zylinderhals 5 b angeordnet werden,
die durch ein jeweiliges Rohr 7 (vormals Auspuff) mit dem Kreiskolbengehäuse 2 verbunden
sind. Über die jeweiligen Einlaßöffnungen 17 (vormals Treibstoffeinlaß) im Ventilkolbenzylinder
5 entsteht auf diese Weise zweimal ein geschlossener halber Kreislauf A und B des
"Arbeitsmediums" innerhalb des Kreiskolbenmotors. Zu diesem Zwecke werden die Rohre
7 bogenförmig gestaltet und aussen an der jeweiligen Brennkammer 70 entlanggeführt
und befestigt. Ausserhalb am Kreiskolbengehäuse 2 und innerhalb der Brennkammern
70 sind vorbestimmte Brenner 72 angeordnet, welche bogen- oder teilkreisförmig gestaltet
und um das Kreiskolbengehäuse 2 herumgeführt sind, und die das "Arbeitsmedium" im
Kreiskolbengehäuse erhitzen. Die Intensität der Brennleistung ist zyklusbedingt
regelbar, so daß mal der eine und mal der andere Brenner wirkungsvoller arbeitet
als sein Gegenstück (wie gezeichnet - und mit einseitiger Expansion des "Arbeitsmediums").
Das kalte "Arbeitsmedium" wird erfindungsgemäß über den jeweiligen Ventilkolben
3 mittels Ventilkolbenfläche 3 a und einer in den
Zylinderhals 5
b eingreifenden, konischen Ventilkolbenzunge 3 d zunächst in den vorbestimmten Expansionsvorraum
2 b (vormals Kompressionsraum) gepreßt, welche die gleiche oder eine ähnliche Formgestaltung
hat, wie sie zuvor in Fig.1/Fig.2 beschrieben worden ist0 Während der Expansion
des "Arbeitsmediuma" wird der Kreiskolben 1 in Rotation versetzt, so daß die, wie
zuvor in Fig.1/Fig.2 beschriebene oder eine ähnliche, Steuerung der Ventilkolben
3 erfolgt, welche ihrerseits nun den - aus zwei gleichen Hälften bestehenden - Vollkreislauf
des "Arbeitsmediums" bewirken. Die aus dem Grundpatent bekannte Preßlufterzeugung
der Ventilkolben 3 in den aussengelegenen Ventilkolbenzylinderteilen, wird hierbei
erfindungsgemäß dazu verwendet, diese Preßluft über die bekannten Rohrleitungen
21 entweder direkt in die jeweiligen Brenner 72 (links gestrichelt gezeichnet) oder
in die jeweiligen Brennkammern 70 (rechts gezeichnet) zu leiten, mit denen sie an
den konstruktionsbedingten Stellen verbunden sind.
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An den Brennkammern 70 befinden sich zum Zwecke der äusseren Verbrennung
weitere konstruktionsbedingte beliebige Lufteinlässe 73 (links gezeichnet) sowie
die jeweiligen konstruktionsbedingten Brennauslässe 74, die ebenfalls beliebig gestaltet
werden können. Die Anordnungen und Gestaltungen der Kühlrohre oder Kammern 71 sind
auf das Konstruktionsprinzip abgestimmt und zweckmässigerweise als "Wärmetauscher"
ringförmig um den jeweiligen Ventilkolbenzylinder 5 herumgelegt. Ausserdem werden
zusätzliche konstruktionsbedingte Kammern oder Rohre 75 an den Übergängen vom Kreiskolbengehäuse
2 zu den Ventilkolbenzylindern 5 und den Zylinderhälsen 5 b angeordnet, die sich
entsprechend der Kreiskolbenmotor-Gestaltung organisch einfügen. Zum Zwecke der
Kühlung und Regenerierung des "Arieitsmediums" können sonach beliebige konstruktionsbedingte
Konstruktionsteile und Medien zur Anwendung kommen. Berner sind beliebige Ventilkolbensteuerungen
(zum Beispiel nach Fig.3 des Grundpatentes) und andere Formgestaltungen konstruktionsmöglich,
ohne an dem Erfindungsgegenstand selbst etwas zu andern.
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Der erfindungsgemäße Beitrag der Grundpatent-Erweiterung soll auf
diese Weise das angestrebte Ziel eines relativ "sauberen Motors" zum Zwecke des
Umweltschutzes ergänzen oder ermöglichen.