DE2321348A1 - Doppeldrehkolbenmotor - verbrennungskraftmaschine mit innerer verbrennung - Google Patents

Doppeldrehkolbenmotor - verbrennungskraftmaschine mit innerer verbrennung

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DE2321348A1
DE2321348A1 DE19732321348 DE2321348A DE2321348A1 DE 2321348 A1 DE2321348 A1 DE 2321348A1 DE 19732321348 DE19732321348 DE 19732321348 DE 2321348 A DE2321348 A DE 2321348A DE 2321348 A1 DE2321348 A1 DE 2321348A1
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internal combustion
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rotary valve
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Udo Dr Ing Ohrt
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01CROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

  • Doppeldrehkolbenmotor-Verbrennungskraftmaschine mit inneren Verbrennung Beschrei.bunE Die klassischen Verbrennungskraftmaschinen sind der Otto- uAld der Dieselmotor, beides Bliaschinerl, bei denen thermische Energie, die durch Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in einem Zylinder entsteht, über Kolben, Pleuel und Kurbelwelle in mechanische Arbeit umgewandelt wird.
  • Nachteiledieser heute sehr hoch entwickelten Motoren sind ihre translatorischen Massen, die die Laufruhe heeintrach-tigen können, und die hohe Anzahl an beweglichen Teilen, deren Fertigung bei den erforderlichen Tolleranzen entsprechende Kosten verursacht, und deren Verschleiß die Lebensdauer der Maschine beeinflußt.
  • Mit zunehmender Zylinderzahl vervielfacht sich die Anzahl der beweglichen Teile; dafür ist aber das Problem des Massenausgleichs bei mehrzylindrigen Maschinen in den meisten Fällen einfacher zu beherrschen.
  • Bei Motoren mit kleiner Zylinderzahl werden Ausgleichsmassen an der Kurbelwelle angebracht, oder man erreicht den Massewauegleich mit Hilfe einer blind mitlaufenden mit entsprechenden Unwuchten versehenen Ausgleichswelle. Erst bei Motoren mit größerer Zylinderzahl können sich je nach Bauart die Massenkräfte ohne Hilfe von Zusatzmassen vollständig gegeneinander ausgleichen wie z.B. beim 8-Zylinder-V-Motor.
  • Abgesehen von Turbinen, bei denen die Fragen der translatorischen Massen und der Anzahl beweglicher Teile wohl optimal gelöst sein dürfte, die aber- aus Gründen der Wirtschaftlichkeit erst bei größeren Einheiten sinnvoll eingesetzt werden, gibt es heute auch noch andere zum Teil schon serienreife Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung, bei denen die oben genannten Probleme einfach gelost sind oder nicht auftreten, z.B. Wankel- und huf-Motor. Bei dem von NSU gefertigten Wankelmotor handelt es sich um einen Kreiskolbenmotor, bei dem nur kreisförmig umlaufende Massenkräfte auftreten, die einfach und vollstandig ausgeglichen werden können. wird bei einem Motor dieser Bauart zusätzlich das Gehäuse um seine Achse drehbar gelagert, so wird aus dem Kreiskolbenmotor ein Drehkolbenmotor, der keinerlei äußere Massenkräfte kennt.
  • Anstelle der bei den Hubkolbenmaschinen aufgezeigten Probleme gibt es aber bei den Kreis- und Drehkolbenmotoren eine ganze Reihe anderer Schwierigkeiten. So sind für die Herstellung des Motorblocks und des Läufers komplizierte Spezialmaschinen erforderlich, da die Querschnitte der Bohrung im Motorblock und des Kolbens eine Trochoide und deren Hüllkurve darstellen, die nicht auf konventionellen Fertigungsmaschinen hergestellt oder nachgearbeitet werden können. Diese Formen von Gehäuse und Kolben'bringen auch erhebliche Schwierigkeiten in der Abdichtung zwischen beiden Teilen, und auch die Gestaltung des Verbrennungsraumes ist nicht günstig.
  • In der erfindungsgemäß beschriebenen Verbrennungskraftmaschine werden die oben genannten Probleme weitestgehend vermieden. Der Doppeldrehkolbenmotor ist damit durch folgende Vorteile gekennzeichnet: 1> Ausschließlich dynamisch voll ausgeglichene rotierende Massen 2) keine translatorischen Massen 3) geringste Anzahl beweglicher Teile 4) kleInes Bauvolumen 5) sehr einfache Bauweise und damit 6) einfach und kostengünstig zu fertigen.
  • 7) Viertaktmotor ohne Ventilsteuerung Aufbau des Doppeldrehkolbenmotors Das Antriebsaggregat besteht im wesentlichen aus einem außen gekühlten, æylinderförmigen Gehäuse mit ebenfalls zylinderförmiger Bohrung, in der sich zwei Drehschieberpaare befinden (Abb. 1). Lurch die Drehschieber wird der hohlraum des Gehauses in vier segmentförmige Kammern aufgeteilt, von denen jeweils die sich gegenüberliegenden Kammern die gleiche Größe besitzen, da die sich--gegenüberstehenden Schieber paarweise starr miteinander verbunden sind. Die Drehechieberpaare sind voneinander unabhängig In Freilauflagern gelagert, wodurch die für beide Paare gleiche Drehrichtung vorgeschrieben ist.
  • Laufen die Schieberpaare um, so ist ihre mittlere Winkelgeschwindigkeit zwangsläufig gleich. Bei einer als Funktion der Zeit oder Winkellage pulsierenden Winkelgeschwindigkeit mit einer Phasenverschiebung für die beiden Drehschieber gegeneinander tritt zusätzlich zu der Drehbewegung durch Voreilen bzw. Nacheilen ein @Gegeneinanderdrehen" der Schieber auf, wodurch die Kammern zwischen zwei benachbarten Schiebern abwechselnd vergrößert und verkleinert werden. Auf diese Weise läßt sich Gasarbeit in mechanische Arbeit umwandeln. Die Bewegung der Drehschieber laßt sich grundsätzlich auch durch ein entsprechendes Getriebe zwangsläufig steuern.
  • Abbildung 1 zeigt einenLängs- und eie Querschnitt durch den Drehkolbenmotur. Zur eindeutigen Beschreibung des Funktionsprinzips werden folgende Bezeichnungen eingeführt: Die Drehschieber sind mit den Buchstaben A bis D bezeichnet, die dazwischenliegenden Kammern mit den römischen Zahlen I bis IV.
  • Die Bezeichnungen für Schieber und Kammern laufen mit um, während die kleinen Buchstaben a bis d feststehende Zonen oder Bereiche des Gehäuses kennzeichnen. Die von den Freiläufen vorgeschriebene Drehrichtung der Schieber ist durch die Pfeile angegeben.
  • Arbeitsweise des Doppeldrehkolbenmotors In der gezeichneten Stellung der Drehschieber (Abb.2.1) ist Kammer I verkleinert. Kammer II ist vergrößert und hat sich über das Ansaugrohr mit zündfähigem Gemisch gefüllt. In Kammer III befindet sich komprimiertes Gasgemisch und Kammer IV ist über den Auslaßschlitz mit dem Auspuff verbunden. Durch Zündung und Verbrennung des Gasgemisches in Kammer III steigt hier der Druck an und übt auf die Schieber C und D entsprechende Kräfte aus. Durch die von dem Freilauf vorgeschriebene -Drehrichtung kann der Schieber C seine Lage nicht verändern, D dagegen wird in Drehrichtung bewegt (Abb.2.2). Dadurch wird auch Kammer I vergrößert, die sich mit frischem Gemisch füllt. Gleichzeitig wird durch Verkleinern der Kammern verbranntes Gas aus Kammer IV verdrängt und in II das frische Gemisch komprimiert.Das Drehschieberpaar A 0 bleibt dabei solange in Ruhe, bis in den Kammern II und III derselbe Druck herrscht. Bei Druckgleichheit werden sich beide Schieberpaare infolge der Massenträgheit gemeinsam drehen, wodurch Kammer II in ZUndposition gebracht wird (Abb. 2.3). Jetzt bleibt zunächst das Schieberpaar B D in Ruhe, während C A angetrieben wird (Abb. 2.4). Das heißt: Beide Drehschieberpaare werden abwechselnd angetrieben. Zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips wurde in dem bisher Gesagten von einer "Ruhe-" und einer "Antriebsphase" gesprochen. Da aber beide Schieberpaare mit hoher mittlerer Winkelgeschwindigkeit umlaufen, wird keines von ihnen die Geschwindigkett "Null" erfahren, so daß es richtiger ist, den Begriff Verzögerungs-" anstelle von "Ruhephase" einzuführen. Lediglich während das Anfahrens ist der Begriff "Ruhephase" in etwa gerechtfertigt.
  • Die acht Einzelbilder (in Abb. 2) stellen die Vorgänge während einer voller Umdrehung dar. Die Arbeitsweise der Maschinen ist durch einen Viertaktprozeß gekennzeichnet, wobei das Arbeitsmedium in den Kammern umläuft. Dadurch kann der Motor ohne Ventile betrieben werden. Die einzelnen Arbeitstakte sind der Lage des Gasgemisches in den verschiedenen Zonen des Gehäuses (siehe Abb. 1) zugeordnet: a = Ansaugen c = Zilnden, Verbrennen b = Verdichten d = Ausschieben Ausführungsbeispiele Ein Drebschiebermotor, der nach dem oben beschriebenen Funktionsprinzip arbeitet, und der mit zwei gleichen Drehschieberpaaren ausgerUstet list, könnte demnach zwei Antriebswellen besitzen. Diese Wellen wUrden sich dann funktionsgemäß abwechselnd tu der Verzögerungs- bzw. Antriebsphase befinden, und zwar wird Jede Phase von beiden Schieberpaaren zweimal pro Umdrehung durchlaufen. Ein derartig pulsierender Antrieb ist als Motor fUr eine Arbeitsmaschine oder für ein Fahrzeug nicht geeignet, es sei denn, daß die Leistung beider Wellen Fieber entsprechende Wandler auf eine gemeinsame gleichmäßig angetriebene Welle uebertragen wird.
  • Es läßt sich aber auch ohne den Umweg über Wandler eine Antriebsmaschine nach dem genannten Funktionsprinzip bauen, die einen gleichmäßigen Verlauf des Drehmomentes sichergestellt: Durch konstruktive Maßnahmen werden hierfür die Drehschieberpaare so ausgeführt, daß das eine Paar ein möglichst geringes, das andere hingegen durch äußere Schwungnassen ein hohes Massenträgheitsmoment besitzt.
  • Dadurch wird der leichte Drehschieber entsprechend den prozeßbedingten Druckschwankungen in den Kammern seiner Drehbewegung eine Schwingung überlagern, während das schwere Schieberpaar infolge seiner Massenträgheit mit nahezu konstanter Winkelgeschwindigkeit umläuft.
  • Damit fallen den beiden Kolbenpaaren unterschiedliche Aufgaben zu. Während die leichten Drehschieber nur innere Arbeit leisten, wird von dem schweren Drehschieberpaar zusätzlich die mechanische Antriebsleistung abgenommen. Die Kolbenpaare sollen dann durch die Begriffe "Gasarbeits"- bzw UAntriebskolben1, unterschieden werden.
  • Zur Verringerung der Anzahl der Dichtstellen zwischen Gehäuse und Drehschieber kann ein Drehschieberpaar starr mit dem Gehäuse verbunden werden. Das Gehäuse muß dann drehbar gelagert werden, da es mit umläuft, während die Zu- bzw. Abfuhr von Gasgemisch bzw Abgas durch die Achse erfolgen muß.
  • Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren arbeitender Drehschiebermotor kann auch mit verdichteten Gasen oder Dampf getrieben werden, also ohne innere Verbrennung.
  • Dies ist leicht zu bewerkstelligen, indem die Druckleitung etwa in der Zone der Zündkerze am Motor angeschlossen wird. Der Arbeitsablauf bleibt dadurch unverändert bis auf die Art der Energiezuführung.

Claims (8)

  1. Patentansprüche
    (Doppeldrehkolbenmotor) ))Verbrennungskra£tmaschine mit innerer Verbrennung gekennzeichnet durch getrennt in Freiläufen gelagerte Drehschieberpaare, die sich um eine gemeinsame Achse- ihre Schwerpunktachse - drehen, und die durch Beschleunigungen bzw. Verzögerungen, die ihrer Drehbewegung überlagert sind, die zwischen ihnen gebildeten Kammern abwechselnd vergrößern und verkleinern, wodurch ohne Ventilsteuerung eine Verbrennung nach dem Viertaktprozeß erfolgt.
  2. 2) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen beider Drehschieberpaare als Antriebswellen dienen.
  3. 3) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß nur die Welle eines Drehschieberpaares als Antriebswelle genutzt wird.
  4. 4-) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) daaurch gekennzeichnet, daß ein Drehschieberpaar starr mit dem Gehäuse verbunden ist, und das Gehäuse drehbar gelagert ist.
  5. 5) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) bis 4) dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung der Drehschieber zur Volumenänderung der Kammern durch ein Getriebe zwangsgesteuert wird.
  6. 6) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) bis 5) dadurch gekennzeichnet, daß der Ansaug- und bzw.
    oder der Auspuffvorgang durch Ventile gesteuert wird.
  7. 7) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) bis 6) dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff eingespritzt wird.
  8. 8) Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1) bis 6) dadurch gekennzeichnet, daß keine innere Verbrennung stattfindet, Die Energiezuführung erfolgt durch Einblasen von komprimierten Gasen oder von Dampf.
    L e e r s e i t e
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1986006786A1 (en) * 1985-05-08 1986-11-20 Hartwig Groeneveld Rotary piston machine
DE102013012128A1 (de) * 2013-07-19 2015-01-22 Gerd E.A. Meier Rotationskolbengerät
DE102014001350A1 (de) * 2014-02-01 2015-08-06 Gerd E.A. Meier Rotationskolbengerät

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013012128A1 (de) * 2013-07-19 2015-01-22 Gerd E.A. Meier Rotationskolbengerät
DE102014001350A1 (de) * 2014-02-01 2015-08-06 Gerd E.A. Meier Rotationskolbengerät

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