DE2355372A1

DE2355372A1 - Rotations-verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2355372A1
Application number: DE19732355372
Authority: DE
Inventors: Barton L Cotton; Gerald F Humiston
Original assignee: Pollution Control Inc
Current assignee: Pollution Control Inc
Priority date: 1972-12-08
Filing date: 1973-11-06
Publication date: 1974-06-27
Also published as: GB1393058A; FR2226008A5; JPS4986705A; IT994706B

Description

PATENTANWALT
DR- I.MAAS
8 MÖNCHEN 40

SCHLHSSHEIMER STR. 2»
TEL. 5592201 /2Oi

POLLUTION COHTROL·,. INO. South. Barre, Vermont, V. St. A,

Rotati ons-VerbrennungskraftmagiShine

Die Erfindung betrifft eine mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitende Verbrennungskraftmaschine*

Während der letzten Jahre wurden umfangreiche Bemühungen darauf verwendet, verschiedene Konstruktionen von Verbrennungskraftmaschinen der Bauart mit umlaufenden Kolben zu entwickeln. Ein großer Seil der auf diesem Gebiet durchgeführten Arbeiten, befaßte sich in erster Irinie mit der Vervollkommnung einer Rotationsverbrennungs-kraftmaschine bzw, eines Motors, der geeignet sein sollte, als Ersatz für die bis ^etzt gebräuchlichen Verbrennungsmotoren verwendet zu werden. Seit langer Zeit ist bekannt, daß,der gesamte Betriebswirkungsgrad der bekannten Verbrennungsmotoren relativ niedrig ist. Dies ist der Hauptgrund dafür, daß diese Verbrennungsmotoren zu einer schwerwiegenden Verschmutzung der Atmosphäre

4098267Q691

führen. Jedoch erst in neuerer Zeit wuxde der ernsten Sorge über die schädliche Wirkung Ausdruck gegeben, welche die Abgase von Verbrennungsmotoren auf die Umweltbedingungen ausüben. Als Antwort hierauf wurden Maßnahmen ergriffen, um entsprechende Arbeiten auf zwei Hauptgebieten durchzuführen, von denen man sich erhoffte, daß es möglich sein würde, die bis jetzt zu beobachtende Verschmutzung der Umwelt auf ein Minimum zu verringern» Einerseits befaßt man sich mit der Entwicklung von Vorrichtungen, die in Verbindung mit Verbrennungsmotoren der bis jetzt gebräuchlichen Art benutzt werden können und dazu dienen, aus den Abgasen diejenigen Bestandteile zu entfernen, welche zu schädlichen Wirkungen auf die Umwelt führen. Andererseits ist man bemüJit₉ im wesentlichen keine Umweltverschmutzung herbeiführende Verbrennungsmotoren zu entwickeln, die sich anstelle der üblichen Verbrennungsmotoren zum Antreiben von Fahrzeugen benutzen lassen, Viele Fachleute sind der Ansicht, daß ein Rotationsmotor mit umlaufenden Kolben einen solchen Ersatz für die bekannten Verbrennungsmotoren mit hin- und hergehenden Kolben bilden könnte.

Ein weiteres ^merkmal jedes bekannten Verbrennungsmotors besteht darin, daß er von relativ komplizierter Konstruktion ist, d.h. daß er eine relativ große Anzahl von sich bewegenden Teilen aufweist. Da bekanntlich bei jedem technischen Erzeugnis die Häufigkeit der auftretenden Betriebsstörungen direkt proportional zur Anzahl der vorhandenen arbeitenden (Teile ist, liegt es auf der Hand, daß bei einem solchen Erzeugnis, z.B. bei einem Verbrennungsmotor, die erzielbare Anzahl der störungsfreien Betriebsstunden im allgemeinen niedriger sein wird als bei einer anderen Kraftmaschine mit einer kleineren Anzahl sich bewegender Teile. In dieser Beziehung ist daher ein Rotationsmotor mit der kleinstmöglichen Anzahl bewegter Teile einem normalen Verbrennungsmotor erheblich überlegen.

Bei den meisten bis jetzt bekannten Rotationsmotoren ist ein allgemein dreieckiges Bauteil bzw. ein Drehkolben

409826/0691

vorhanden, der auf einer Welle montiert ist und sich zusammen mit ihr in einem Hohlraum dreht. Die Eckenabschnitte des Drehkolbens arbeiten mit der Umfassungswand des Hohlraums zusammen, um Kammern abzugrenzen, in denen sich die Verbrennung abspielt. In der Praxis befriedigen jedoch diese bekannten Drehkolbenmotoren nicht in jeder Hinsicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen und verbesserten, mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Rotations-Verbrerinungsmotor zu schaffen, bei dem ein Anteil von etwa 90% des Kolbenwegs während jedes Arbeitshubes nutzbar gemacht wird, so daß sich bei gegebenen Kolbenabmessungen und gegebener Hubstrecke eine höhere effektive Verdrängung ergibt, der sich außerdem derart vergrößern laßt, daß auf einer einzigen Motorwelle mehrere Kolben bzw. die Kolben tragende Scheiben vorhanden sind, bei dem man im Vergleich zu den bis jetzt gebräuchlichen mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Motoren eine erheblich kleinere Anzahl von arbeitenden Bauteilen benötigt, und bei dem sich wegen des Vorhandenseins einer kleineren Anzahl arbeitender Teile und Reibung erzeugender Flächen ein höherer mechanischer Wirkungsgrad erzielen läßt.

Zur Lösung dieser. Aufgabe ist durch die Erfindung ein mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitender Rotationsmotor geschaffen worden, der ein Gehäuse aufweist, das eine offene Kammer umschließt, ferner eine Einlaßeinrichtung, die in dem Gehäuse in Verbindung mit der offenen Kammer steht und das Einspritzen von Kraftstoff ermöglicht-, sowie eine Auslaßeinrichtung, die ebenfalls in dem Gehäuse in Verbindung mit der offenen Kammer steht und es ermöglicht, Verbrennungsprodukte aus- der Kammer abzuleiten. Ferner sind · in dem Gehäuse neben der offenen Kammer Ventileinrichtungen bewegbar gelagert, die sich so betätigen lassen, daß sie sich intermittierend in die offene Kammer hinein bewegen, um die Kammer in mehrere geschlossene Abschnitte zu unterteilen. Weiterhin weist der Motor eine in dem Gehäuse

409826/0691

drehbar"gelagerte Welle auf, mit der eina Scheibe drehfest verbunden ist. Auf dieser Scheibe sind jeweils in einem Abstand von der Welle mehrere Kolben so angeordnet, daß sie in Eingriff mit der offenen Kammer stehen und sich längs der Achse der Kammer bewegen, wenn sich die Scheibe zusammen mit der Welle dreht. Zum Drehen der Welle dient der Druck von Gasen, die in den abgeschlossenen Abschnitten der Kammer auf die verschiedenen Kolben wirken, Diese Gase werden dadurch erzeugt, daß der in die offene Kammer über die Einlaßeinrichtung eingespritzte Kraftstoff gezündet wird. . ■

Bei der bevorzugten Ausführungsfor der Erfindung läßt sich die offene Kammer im Gehäuse des Rotationsmotors in drei geschlossene Abschnitte unterteilen. Um dies zu ermöglichen, sind drei gleitend geführte Ventile in gleichmäßigen Winkelabständen über den Umfang der offenen Kammer verteilt, und es ist eine Einrichtung vorhanden, mittels welcher sämtliche verschiebbaren Ventile nacheinander betätigt werden, um in die offene Kammer einzutreten und zwischen je zwei Ventilen einen geschlossenen Kammerabschnitt abzugrenzen. Zu der Einlaßeinrichtung gehören drei in dem Gehäuse ausgebildete und in der offenen Kammer mündende Ansaugkanäle. Hierbei ist jeweils einer Seite jedes der drei Ventile ein Ansaugkanal benachbart. Entsprechend gehören zu der Auslaßeinrichtung drei in dem Gehäuse ausgebildete Auslaßkanäle, die in Verbindung mit der offenen Kammer stehen. Je ein Auslaßkanal ist der "betreffenden anderen Seite jedes der Ventile benachbart. Die erwähnte Scheibe trägt an ihrem Umfang drei in gleichmäßigen Winkelabständen verteilte Kolben. Wird die Scheibe zusammen mit der Welle gedreht, wird jedes Ventil veranlaßt, sich vorzeitig zu öffnen, damit sich ein Kolben an dem Ventil vorbei bewegen kann. Sobald sich das betreffende Ventil wieder geschlossen hat, ist zwischen diesem Ventil und dem betreffenden Kolben ein kleiner Verbrennungsraum vorhanden, in dem über den zugehörigen Ansaugkanal Kraftstoff eingespritzt wird, der dann gezündet wird, um eine Ver-

409826/0691

brei .nnung stattfinden zu lassen, die in der Kammer einen Druck erzeugt, durch, den der Kolben in einer "vorbestimmten Richtung angetrieben wird. Bewegt sich der Kolben in der Vorwärtsrichtung, bewirkt die Stirnfläche des Kolbens, daß die Verbrennungsprodukte, d.h. die während des vorangegangenen Arbeitsspiels entstandenen Abgase, über den auf der Auslassexte des Ventils angeordneten Auslaßkanal abgeführt werden. Diese Folge von Arbeitsschritten spielt sich gleichzeitig bei jedem der drei Kolben ab, so daß die Welle in Drehung versetzt wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen teilweise weggebrochen gezeichneten axialen Schnitt einer Ausführungsform eines mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Eotationsmotors;

i*ig. 2 perspektivische ieildarstellungen eines Kolbens und der offenen Kammer, in der sich die Kolben des Eotationsmotors nach, Fig. 1 bewegen;

Fig. 3 eine sehemätische Darstellung eines Efockens, der bei dem Eotationsmotor nach Eig. 1 nacheinander das Öffnen und Schließen ä.ei^ Ventile bewirkt;

Fig. 4- ein Steuerungsdiagramffl, das für den Eotationsmotor nach Fig. 1 gilt, und bei dem sich die Ventile in ihrer Öffnungsstellung befinden;

Fig. 5 ein weiteres Steuerungsdiagramm, das die Ven tile in ihrer Schließstellung zeigt, bei der Kraftstoff in die offene Kammer eingespritzt wird;

Fig. 6 ein Steuerungsdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs eines Verbrennungsyorgangs; und

Fig. 7 ein- Steuerungsdiagramm, das das Abführen der Abgase veranschaulicht, wobei die Ventile begonnen haben, sich zu öffnen, damit sich die Kolben an ihnen vorbei bewegen können.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichneter, mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitender Rotationsmotor nach der Erfindung dargestellt. Zu dem Motor 10 gehört ein Gehäuse 12 von allgemein ringförmiger äußerer Gestalt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse vorzugsweise zweiteilig ausgebildet, und es setzt sich aus einem äußeren Gehäuse 14- und einem inneren Gehäuse 16 zusammen. Die beiden Gehäuseteile 14 und 16 sind gemäß Pig. auf beliebige Weise, z.B. mittels mehrerer Schrauben 18, verbunden, die durch Öffnungen des äußeren Gehäuses 14 ragen und in Gewindebohrungen des inneren Gehäuses 16 eingeschraubt sind. Nachdem die beiden Gehäuseteile in dieser Weise miteinander verbunden worden sind, grenzen sie zwischen sich eine Kammer 20 ab, die auf eine noch zu erläuternde Weise einen Kühlmantel bildet, durch das ein Kühlmittel für den Motor 10 geleitet werden kann.

Gemäß Fig. Ϊ ist in dem Gehäuse 12 eine insgesamt mit 22 bezeichnete Welle in Lagern 24 und 26 drehbar gelagert. Die Lager 24 sind in eine Bohrung 28 des Gehäuses eingebaut, Auf der entgegengesetzten Seite weist das Gehäuse 12 eine weitere Bohrung 30 auf, in der die Lager 26 fest in ihrer Lage gehalten werden.

Die Enden 22a und 22b der Welle 22 sind vorzugsweise mit Außengewinde versehen. Gemäß Fig. 1 ist am linken Ende 22a der Welle 22 eine Siemenscheibe 32 bekannter Art befestigt, die in der üblichen Weise dazu dient, mittels eines Riemens 34 bestimmte nicht dargestellte Hilfsgeräte, z.B. eine Wasserpumpe usw. _s anzutreiben, welche bei einem "Kraftfahrzeug gewöimlicln iroriiaiiden sind. Außerdem dient der Treibriemen 34 vorzugsweise dazu, die Welle 22 über die Riemenscheibe 32 mit einem nicht dargestellten elek-

trischen Anlasser zu verbinden, wie er normalerweise "bei einem Kraftfahrzeug vorhanden ist, damit der Motor nach Bedarf angelassen werden kann.

Gemäß Fig. 1 bildet das rechte Ende 22b der Welle das Kraftabgabeende der Welle, das vorzugsweise ebenfalls mit einem Außengewinde versehen ist, so daß sich mit ihm eine beliebige nicht dargestellte Einrichtung kuppeln läßt, die durch den Motor 10 angetrieben werden soll. Bei einer Anwendung des Motors 10, an die gemäß der Erfindung gedacht ist, kann das Kraftabgabeende 22b der Welle 22 mit der Antriebswelle eines ,nicht dargestellten Kraftfahrzeuggetriebes gekuppelt werden, dessen Kraftabgabewelle auf bekannte Weise mit den Rädern eines Kraftfahrzeuges verbindbar ist, so daß die Welle 22 dazu- dienen kann, die Bäder des Kraftfahrzeugs anzutreiben, dessen Kraftquelle durch den Motor 10 gebildet wird.

Die. Welle 22 weist zwischen ihren Enden einen Flansch 36 auf, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen festen Beständteil der Welle bildet, auf der in Anlage an dem Plansch 36 eine Scheibe 38 angeordnet ist, die gemäß I¹Xg. 1 als von der Welle 22 getrenntes Bauteil ausgebildet ist. Die Scheibe 38 hat eine zentrale Öffnung 40, durch die sich das Kraftabgabeende 22b der Welle 22 hindurchführen läßt, bis die Scheibe 38 an dem Flansch 36 anliegt, wie es aus Fig. 1 ersichtlich ist. Der Durchmesser der Öffnung 4-0 der Scheibe 38 entspricht dem Durchmesser des zugehörigen Abschnitts 22c der Welle 22, der dem Flansch 36 benachbart ist, und die Passung zwischen der Öffnung 4-0 und dem Wellenabschnitt 22c ist vorzugsweise so gewählt, daß ein Eeibungssitz vorhanden ist. Außerdem ist jedoch die Scheibe 38 mit dem Flansch 36 vorzugsweise durch mehrere Kopfschrauben 42 verbunden, von denen in Fig. 1 nur eine dargestellt ist, so daß sich die Scheibe 38 zusammen mit der Welle 22 dreht. Die Kopfschrauben 42 sind von Gewindebohrungen 36a des Flansches 36 und von Öffnungen 38a der Scheibe 38 aufgenommen. ■ -

409826/0691

Die Scheibe 58 ist mit mehreren in gleichmäßigen Winkelabständen verteilten Kolben 44 versehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sin drei Kolben 44 längs des Umfangs der Scheibe 38 in Winkelabständen von etwa 120° verteilt. Gemäß Fig. 1 bilden die Kolben 44 feste Bestandteile der Scheibe 38, doch könnten sie im Rahmen der Erfindung auch als gesonderte Bauteile ausgebildet und auf beliebige Weise an der Scheibe 38 befestigt sein. Die Kolben 44 ragen in radialer Richtung von der Scheibe 38 weg nach außen, und wenn die Scheibe 38 in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise an der Welle 22 befestigt ist, stehen sie in Eingriff mit der offenen ringförmigen Kammer 46.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist die ringförmige Kammer 46 in dem inneren Gehäuse 16 ausgebildet, das sich gemäß Fig. 1 aus zwei Gehäusehälften 48 und. 50 zusammensetzt, die z.B. durch Kopfschrauben 52 verbunden sind, welche durch nicht dargestellte Öffnungen eines Flansches 50a des Gehäuseteils 50 ragen und in nicht dargestellte Gewindebohrungen eines Flansches 48a an dem Gehäuseteil 48 eingeschraubt sind.

Die Kolben 44 bewegen sich auf eine noch zu erläuternde Weise durch die ringförmige Kammer 46, wenn die Welle 22, die in dem Gehäuse 12 gleichachsig mit der Kammer 46 gelagert ist, gedreht wird, so daß sich die die Kolben tragende Scheibe 38 ebenfalls dreht. Wie im folgenden erläutert, kann die Welle 22 durch den Druck von Gasen in der Kammer 46 angetrieben werden, die bei der Verbrennung von in die Kammer eingespritztem Kraftstoff entstehen und einen Druck auf die Kolben 44 ausüben. Damit der gewünschte Druck in der Kammer 46 aufrechterhalten wird, ist es natürlich erforderlich, eine gute Abdichtung zwischen den Kolben 44 und der Wand der Kammer 46 zu gewährleisten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines Motors 10 wird diese Abdichtung durch eine Labyrinthdichtung 54· sowie dadurch bewirkt, daß jeder Kolben 44 mehrere Kolben-

409826/0691

ringe 56 (Fig. 2) trägt.

Gemäß Fig. 2 weist das innere Gehäuse 16 einen kreisrunden Kanal 16a auf, der sich, über den ganzen inneren Umfang der ringförmigen Kammer .46 erstreckt. Der äußere Randabschnitt 38b der Scheibe 38, mit dem die Kolben 44 verbunden sind, bewegt sich in dem Kanal 16a, während die Kolben die Kammer 46 durchlaufen. Hierbei arbeitet die Labyrinthdichtung 54 zum Bewirken einer Abdichtung zwischen den Seitenwänden des Kanals 16a und dem Randabschnitt 38b der Scheibe 38 derart, daß sich die Kolben ungehindert längs der Kammer 46 bewegen können, wenn sich die Scheibe 38 dreht. Zu- der Labyrinthdichtung 54- gehören zwei Ringnuten 48b und zwei Ringnuten 50b, die gemäß Fig. 2 dem inneren Rand der Kammer 46 benachbart und in dem Gehäuseteil 48 bzw. dem -Gehäuseteil 50 ausgebildet sind. Der Randabschnitt 38b der Scheibe 38 weist auf jeder Seite zwei in axialer Richtung vorspringende ringförmige Ansätze 58 auf. Der Abstand zwischen den Ansätzen 58 und die Abmessungen dieser Ansaätze sind so gewählt, daß die Ansätze von den zugehörigen Ringnuten 48b bzw. 50b aufgenommen werden können und sich in ihnen ungehindert bewegen, wobei sie jedoch verhindern, daß die Gase aus der Kammer 46 um den Randabschnitt 38b der Scheibe 38 herum sowie durch den Kanal 16a in das Innere des Gehäuses 12 entweichen.

Die Kolbenringe 56 dienen dazu, die Umfangsflächen der Kolben 44 gegenüber der Innenwand der Kammer 46 so abzudichten, daß die Bewegung der Kolben längs der Kammer nicht wesentlich behindert wird, denn anderenfalls würde der Drehung der Welle 22 ein Widerstand entgegengesetzt werden. Wenn diese Dichtungswirkung erzielt werden soll, können die Kolbenringe 56 von gleicher Art sein wie die Kolbentinge, welche gewöhnlich bei den Kolben bekannter Verbrennungsmotoren'zürn Antreiben von Kraftfahrzeugen'verwendet werden.

409826/0691

In Fig. 1 ist eine Ventil einrichtung 60 dargestellt, die in das ^uehäuse 12 nahe der Kammer 46 "bewegbar eingebaut ist. Zwar zeigt Fig. 1 nur eine Ventileinrichtung 60, doch sind gemäß Fig. 4 bis 7 bei der bevorzugten Ausführungsform des Motors 10 drei Ventileinrichtungen 60 vorhanden, die in dem Gehäuse 12 gelagert und in Winkelabständen von etwa 120° über den Umfang der Kammer 46 verteilt sind. Da alle drei Ventileinrichtungen von gleicher Konstruktion sind und in der gleichen Weise arbeiten, wird im folgenden nur eine Ventilanordnung beschrieben.

Gemäß Fig. 1 gehört zu jeder Ventileinrichtung 60 ein relativ dünner, ebener Ventilkörper 62 sowie eine Einrichtung 64, die den Ventilkörper 62 betätigt und ihn gegenüber der Kammer 46 abwechselnd nach innen und außen schwenkt.

Genauer gesagt veranlaßt die Betätigungseinrichtung 64 den Ventilkörper 62, sich zwischen der in Fig. 1 mit Vollinien wiedergegebenen Stellung und der mit gestrichelten Linien angedeuteten Stellung zu bewegen. Damit der dünne Ventilkörper 62 in die Kammer 46 hineingeschwenkt werden kann, ist das innere Gehäuse 16 mit einem relativ engen Schlitz 66 versehen, durch den der Ventilkörper gleitend geführt wird. Ferner weist das Gehäuse 12 eine Ausbuchtung 68 auf, die den Ventilkörper 62 aufnimmt, wenn er nicht in die Kammer 46 hineinragt, d.h. wenn er sich, in der in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeuteten Stellung befindet.

Gemäß Fig. 1 führt der Ventilkörper 62 bei seiner Bewegung in die Kammer 46 hinein und aus ihr heraus Schwenkbewegungen um einen Lagerzapfen 70 aus, d.h. der Ventilkörper ist an einem Ende mit einer Unterstützung 72 durch den Lagerzapfen 70 gelenkig verbunden, so daß er sich zwischen den beiden aus Fig. 1 ersichtlichen Stellungen schwenken läßt. Wie im folgenden in Verbindung mit der Arbeitsweise des Motors 10 beschrieben, muß der Ventil-

409826/0691

körper 62 gegenüber der Kammer 46 in vorbestimmten Zeitpunkten bewegt werden, Zu diesem Zweck weist die Betäti-' gungseinricntung 64 vorzugsweise ein Gabelteil 74- auf, mit dem das eine Ende des ^entilkörpers 62 durch einen Bolzen 76 gelenkig verbunden ist. Das ^üabelteil 74· ist gemäß Fig* 1 zwischen zwei Führungs- und Lagebestimmungs-flächen 78 und 80 senkrecht bewegbar, und wenn das Gabelteil auf eine noch zu erläuternde Weise nach oben bewegt wird, übt der Gelenkbolzen 76 auf den Ventilkörper 62 eine nach oben gerichtete Kraft aus, daß der Ventilkörper gemäß· i"ig. 1 entgegen dem Uhrzeigersinne, d.h. nach oben, geschwenkt wird. Bewegt sich das Gabelteil 74- zwischen den Führungsflächen 78 und 80 nach unten, wird auf den Ventilkörper άμΓοΙι den Gelenkbolzen 76 eine nach unten gerichtete Zugkraft aufgebracht, um den Ventilkörper gemäß Fig. 1 um den ortsfesten Lagerzapfen 70 im Uhrzeigersinne, d.h. nach unten, zu schwenken.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die beschriebene senkrechte Bewegung des Gabelteils 74 vorzugsweise durch eine Nockenwirkung hervorgerufen. Zu diesem Zweck ist das ^abelteil 74 gemäß Fig. 1 mit einem in sein unteres Ende eingebauten Bolzen 82 versehen, so daß das ^abelteil jeder senkrechten Bewegung dieses Bolzens folgt, die dazu herbeigeführt wird, daß der Bolzen mit einem in Fig. 3 dargestellten Kurvenschlitz 84 zusammenarbextet; Gemäß Fig. 5 steht der Bolzen 82 in Eingriff mit dem Kurvenschlitz 84, der durch eine innere Nockenflache 86 und eine äußere Nockenfläche 88 eines Kurvenstücks 90 abgegrenzt wird, das mit der Welle 22 drehfest verbunden'ist, so daß der Bolzen 82 gezwungen wird, sich längs der durch .den Kurvenschlitz 84 bestimmten Bahn zu bewegen. Der Kurvenschlitz 84 hat eine solche- Form, daß der Bolzen 82 das Gabelteil 74 zwingt, sich abwechselnd senkrecht nach oben und unten zu bewegen, um eine intermittierende Bewegung des Ventilkörpers 62 derart herbe!zuführen_s daß der Ventilkörper jeweils im richtigen Zeitpunkt in die Kammer 46 hinein und wieder aus ihr heraus geschwenkt wird·

4TD982S/OS91

Gemäß Fig. 1 weist die Welle 22 ferner zwei Nocken 92 und 94 auf, die an der Welle ausgebildet oder mit ihr drehfest verbunden sein können. Der Nocken 92 dient dazu, periodisch eine Stoßstange 96 zu betätigen, die mit einer nicht dargestellten Einspritzeinrichtung verbunden ist, damit in die Kammer 46 Kraftstoff auf eine noch zu erläuternde Weise eingespritzt werden kann. Der Nocken 94 "betätigt eine weitere Stoßstange 98» die bei der bevorzugten Ausführungsform des Motors in Antriebsverbindung mit einer nicht dargestellten Ölpumpe steht, welche auf bekannte Weise dazu dient, Schmieröl im Gehäuse 12 des Motors 10 zirkulieren zu lassen; gemäß IPig. 1 ist das Gehäuse 12 mit einem Ölsumpf 100 versehen.

Damit der Motor 10 gekühlt werden kann, ist er mit der schon beschriebenen Kammer 20 versehen, durch die ein Kühlmittel, z.B. Wasser, geleitet werden kann. Gemäß "Fig. wird der Kammer 20 das Kühlmittel über eine Rohrleitung 102 zugeführt, die an eine beliebige Kühlmittelquelle angeschlossen ist, z.B. einen Kühler bekannter Art, wie er bei den Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge gebräuchlich ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Motors 10 anhand von Fig. 4- bis 7 beschrieben, wo die Scheibe 58 mit drei daran befestigten Kolben 44- schematisch dargestellt iat. Die Scheibe $8 ist drehfest mit der Y/elle 22 verbunden, und der Motor 10 weist drei Ventileinrichtungen 60 auf, wobei zu (jeder Ventileinrichtung ein Ventilkörper 62 und eine Einrichtung 64 nach Fig. 1 gehört, welch letztere dazu dient, den zugehörigen Ventilkörper intermittierend in die ringförmige Kammer 46 hinein und aus ihr heraus zu schwenken. Natürlich ist das Gehäuse 16 mit drei in Fig. bis 7 nicht dargestellten, relativ engen Schlitzen 66 versehen, damit die drei Ventilkörper 62 in die Kammer 46 eintreten können. Z_um Zweck des Auswuchtens der drehbaren Baugruppe sind die drei Kolben 44 über den Umfang der Scheibe 58 vorzugsweise in Winkelabständen von etwa 120°

40S82S/0691

verteilt. Die drei Ventilkörper 62 si d in entsprechenden Winkelabständen von etwa 120° längs des Umfangs des inneren Gehäuses 16 angeordnet. Gemäß Fig. 4 "bis 7 sind der Kammer 4-6 drei Einspritzeinrichtungen 104 "benachbart, die so angeordnet sind, daß bezogen auf die Drehrichtung der Kolben 44 Jenseits jedes Ventilkörpers 62 eine Einspritz-, einrichtung vorhanden ist. Jede der drei Einspritzeinrichtungen 104 dient dazu, ein Kraftstoffgemisch in die Kammer 46 durch einen nicht dargestellten Einlaßkanal einzuspritzen, der in der Seitenwand der Kammer ausgebildet ist. Außerdem ist bezogen auf die Drehrichtung der Kolben 44 vor jedem Ventilkörper 62 ein Auslaßkanal 106 vorhanden.- Die drei Auslaßkanaäle 106 sind in der Seitenwand der Kammer 46 so ausgebildet, daß sie die Verbrennungsprodukte aus der Kammer 46 abführen können.

Um den Motor 10 anzulassen, wird die Welle 22 zusammen mit der Scheibe 38 in der weiter oben beschriebenen Weise durch eine nicht dargestellte elektrische Anlaßeinrichtung, die durch den Treibriemen 54 mit der Riemenscheibe verbunden ist, in Drehung versetzt. Sobald dies geschieht, veranlassen die Gabelteile 74 der Betätigungseinrichtungen '64 die zugehörigen Ventilkörper 62, -ihre Öffnungsstellung außerhalb der Kammer 48 einzunehmen, wie es in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, damit sich die Kolben 44 an den Ventilkörpern vorbei bewegen können. Sobald sich die Kolben an den Ventilkörpern vorbei bewegt haben, werden die Ventilkörper wieder in ihre Schließstellung in der Kammer 46 gebracht, um gemäß Fig. 5 einen kleinen Verbrennungsraum zwischen jedem Ventilkörper 62 und dem zugehörigen Kolben 44 abzugrenzen. Dann wird.in diese Verbrennungsräume Kraftstoff eingespritzt. Als Kraftstoff kann man ein unter Druck stehendes Kraftstoffgemisch verwenden, das in die Verbrennungsräume eingespritzt und darin gezündet wird, oder einen zersetzbaren Kraftstoff. Im letzteren Fall und wie insbesondere in Fig. 5 dargestellt, werden der Kraftstoff und ein Katalysator mit Hilfe der Einspritzeinrichtungen 104 jeweils gleichzeitig in die

409826/0691

Verbrennungsräume eingespritzt, in denen sich dann eine Reaktion zwischen dem Kraftstoff und dem Katalysator abspielt, die zu einer Zersetzung des Kraftstoffs führt. Der Druck, der sich in den Verbrennungsräumen infolge der Verbrennung des Kraftstoffgemisches bzw. der katalytischen Zersetzung des Kraftstoffs aufbaut, bewirkt gemäß Fig. 6, daß die Kolben 44 in der Umfangsrichtung bewegt werden. Während die Kolben vorwärtsgetrieben werden, treiben die in die Drehrichtung weisenden Flächen der Kolben die während des vorangegangenen Arbeitsspiels entstandenen Abgase vor sich her und durch die Auslaßkanäle 106, von denen aus die Abgase auf nicht dargestellte Weise aus dem Motor 10 abge-r leitet werden. Sobald sich die Kolben 44 jeweils dem nächsten Ventilkörper 62 nähern, wird gemäß Fig. 7 damit begonnen, die Ventilkörper aus der Kammer 46 herauszuschwenken, damit sich die Kolben an ihnen vorbeibewegen können, so daß mit der Durchführung des nächsten Arbeitsspiels begonnen werden kann.

Zum Einspritzen des Kraftstoffs, zum Bewirken einer etwa erforderlichen Zündung und zum Einspritzen des Katalysators dienen Einrichtungen bekannter Art, wie sie auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik gebräuchlich sind, und die gemäß der vorstehenden Beschreibung auf bekannte V/eise von der Welle 22 aus angetrieben werden. Bei der Benutzung mehrerer Kolben in der bezüglich des dargestellten Ausfuhr ungsbeispiels beschriebenen Weise wirkt der erzeugte Druck jeweils gleichzeitig auf alle Kolben 44, so daß die Welle 22 durch die Kräfte angetrieben wird, die gleichzeitig durch alle drei Kolben aufgebracht werden.

Zwar ist vorstehend nur ein Ausführungsbeispiel eines mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Eotations-Verbrennungsmotors beschrieben worden, doch kann man bei diesem Motor in der schon angedeuteten Weise im Eahmen der Erfindung die verschiedensten Abänderungen vorsehen. Während der beschriebene Motor nur eine einzige, mit der Welle 22 drehfest verbundene Scheibe 38 aufweist, wäre es

409826/0691

z.B. in "bestimmten Anwendungsfällen möglich, die Welle 22 mit mehreren der Scheibe 38 ähnelnden Scheiben zu versehen. Ferner wurde zwar davon gesprochen, daß die Scheibe 38 drei in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilte Kolben 44 trägt, doch könnte man nach Bedarf auch eine größere oder kleinere Anzahl von Kolben vorsehen. Hierbei ist es jedoch in jedem lall zweckmäßig, auf eine einwandfreie Auswuchtung zu achten· Würde man auf der Scheibe 38 nur einen einzigen Kolben anordnen, würde sich eine Unwucht ergeben. Auch wenn nur zwei Kolben auf der Scheibe angeordnet sind und einander diametral gegenüber liegen, wird bei der Welle 22 immer noch eine gewisse Unwucht vorhanden sein, d.h. wenn die Welle zum Stillstand kommt, wird die Schwerkraft stets bestrebt sein, die Welle in eine Stellung zu bringen, bei der eine bestimmte Beziehung zwischen den Kolben und den Ventilkörpern besteht.

Wie erwähnt, ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Scheibe 38 und das.Kurvenstück 90 sowie die Hocken 92 und 94- an der Welle 22 selbst auszubilden oder sie als gesonderte Bauteile herzustellen und sie mit der Welle drehfest zu verbinden-. Ferner kann das Gehäuse 12 gemäß der Erfindung einstückig ausgebildet sein_s statt sich in der dargestellten Weise aus zwei Bauteilen, zusammenzusetzen«, Schließlich läßt sich der Motor 10 in vielen anderen Fällen verwenden, in denen es nicht erforderlich ist, die Riemenscheibe 32 und manche der vorstehend beschriebenen Hilfsgeräte vorzusehen» Zwar ist vorstehend eine Ausführungsform der Einsprxtzeinrichtungen beschrieben, doch könnte man im Rahmen der Erfindung auch beliebige andere bekannte Einrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoffen anderer Art in die Kammer 46 benutzen« Weiterhin wurde zwar eine bestimmte Ausführungsform von Ventilbetätigungseinrichtungen beschrieben, die bei dem Motor 10 dazu dienen, Ventilkörper in die Kammer 46 hinein und aus ihr heraus zu schwenken, doch· könnte man im Rahmen der Erfindung auch andere Betätigungseinrichtungen verwenden, die es ermöglichen, die Ventilkörper in der beschriebenen ·

40982 8/0691

Weise zu bewegen.

Durch die Erfindung ist gemäß der vorstehenden Beschreibung ein neuartiger, verbesserter, mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitender Rotations-Verbrennungsmotor geschaffen worden, bei dem ein Anteil von etwa 90% des Kolbenwegs während des Arbeitshubes ausgenutzt wird, so daß sich, bei gegebener Kolbengröße und gegebener Hubstrecke ein größeres wirksames Hubvolumen ergibt. Außerdem arbeitet der Motor nach der Erfindung nach einem Eintaktverfahren, wodurch sich bei gegebenen Kolbenabmessungen und gegebener Hubstrecke ein höheres Drehmoment des Motors ergibt. Um den beschriebenen Motor zu vergrößern, kann man auf einer einzigen Motorwelle eine größere Anzahl von Kolben und/oder Scheiben der beschriebenen Art anordnen. Weiterhin ist durch die Erfindung ein Rotations-Verbrennungsmotor geschaffen worden, der eine erheblich kleinere Anzahl bewegter Bauteile aufweist als die bis jetzt bekannten, mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitenden Motoren. Schließlich, bietet der Motor nach der Erfindung im Vergleich zu bekannten Motoren einen höheren mechanischen Wirkungsgrad, da die Verringerung der Anzahl der arbeitenden Teile auch zu einer Verringerung der Anzahl der vorhandenen Eeibungsflachen führt.

Ansprüche;

409826/0691

Claims

ANSPRUCH'E

1./ Mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitender Rotations-Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (12), das eine ringförmige Kammer (46) umschließt, mindestens eine, in dem Gehäuse in Verbindung mit der ringförmigen Kammer stehende Einlaßeinrichtung (104) zum Einspritzen van Kraftstoff in die ringförmige Kammer, mindestens eine in dem Gehäuse in Verbindung mit der ringförmigen Kammer stehende Auslaßeinrichtung (106) zum Abführen von Abgasen aus der ringförmigen Kammer, min·* destens einen in dem Gehäuse-nahe; de.a? ringförmigen Kammer bewegbar gelagerten Ventilkorper (62), der in die ring~ . förmige Kammer hinein bewegbar ist» UJQ sie inter-mittie>rend in mehrere Abschnitte zu unterteilen, eine in dem Gehäuse im wesentlichen gleichachsig mit der ringförmigen Kammer drehbar gelagerte Welle (SS), eine mit- der Welle drehfest verbundene Seheibe (^S) sowie mindestens einen auf der Scheibe angeordneten, in die ringförmige Kammer hineinragenden Kolben (44), der sich bei einer Drehbe« wegung der Scheibe längs der ringförmigen Jammer bewegt, wobei die Welle durch den Druck der Gase in Drehung versetzt wird, die durch die Verbrennung des in die ringför-r· mige Kammer eingespritzten Kraftstoffs erzeugt werden und in jedem Abschnitt der ringförmigen Kammer auf den betreffenden Kolben wirken.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kolben (44) vorhanden sind, die auf der Scheibe (58) angeordnet, und in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt sind.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Einlaßeinrichtungen mehrere Einspritzeinrichtungen (104) gehören, deren Anzahl der

409 826/0691

Anzahl der Kolben (44) entspricht, und daß zu den Auslaßeinrichtungen mehrere. Auslaßkanäle (106) gehören, deren Anzahl der Anzahl der Kolben entspricht,

4. Motor nach Anspruch 3? dadurch gekennzeichnet , daß in dem Gehäuse (12) in gleichmäßigen Winkelabständen längs des Umfangs der ringförmigen Kammer (46) mehrere Ventileinrichtungen (60) angeordnet sind, und daß zu jeder Ventileinrichtung ein Ventilkörper (62) sowie eine Betätigungseinrichtung (64) gehören, wobei jede Betätigungseinrichtung dazu dient, den zugehörigen Ventilkörper entsprechend einem vorbestimmten zeitabhängigen Arbeitsspiel intermittierend in die ringförmige Kammer hinein und aus ihr heraus zu bewegen.

5- Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß jeweils eine der Einspritzeinrich-v tungen (104) der Einlaßeinrichtungen dem zugehörigen Ventilkörper (62) auf seiner in die Prehrichtung der Kolben (44) weisenden Seite nahe benachbart ist, und daß jeweils einer der Auslaßkanäle (106) der Auslaßeinrichtungen mit der ringförmigen Kammer (46) an einem Punkt in Verbindung steht, der in der Umfangsrichtung von dem züge»* hörigen Ventilkörper weiter entfernt ist als die Einspritz einri chtung.

6. Mit zwangsläufiger Verdrängung arbeitender Rotations-Verbrennungsmotor, gekennzeichnet. durch ein Gehäuse (12), das eine ringförmige Kammer (46) umschließt, in dem Gehäuse -in Verbindung mit der ringför-» migen Kammer stehende Einlaßeinrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff, in dem Gehäuse in Verbindung mit der ringförmigen Kammer stehende Auslaßeinrichtungen zum Abfuhren von Abgasen, wobei zu den Einlaßeinrichtungen drei Einspritz einrichtungen (104) gehören, die über den Umfang der ringförmigen Kammer in Winkelabständeη von 120° verteilt sind, und wobei zu den Auslaßeinrichtungen drei in Verbindung mit der ringförmigen Kammer stehende, in Winkelabständen von 120° verteilte Auslaßkanäle (106) gehören,

409826/0691

Ventilkörper (62), die in dem Gehäuse nahe der ringförmigen Kammer bewegbar gelagert und in die ringförmige Kammer hinein bewegbar sind, um sie" intermittierend in drei geschlossene Abschnitte zu unterteilen, eine in dem Gehäuse im wesentlichen gleichachsig mit der ringförmigen Kammer drehbar gelagerte Welle (22), eine mit der Welle drehfest verbundene Scheibe (38) sowie drei auf der Scheibe" angeordnete, in Winkelabständen von 120° verteilte Kolben (44), die in die ringförmige Kammer hineinragen und sich längs der ringförmigen Kammer bewegen, wenn sich die Scheibe dreht, wobei die. Welle durch den Druck der Gase in Drehung versetzt ist, die in den drei geschlossenen Abschnitten der ringförmigen Kammer auf die drei Kolben wirken, wenn sie dadurch erzeugt werden, daß der mittels der drei Einspritzeinrichtungen in die ringförmige Kammer eingespritzte Kraftstoff verbrannt wird.

7» Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß zu den Ventileinrichtungen drei Ventilkörper (62) gehören, die in Winkelabständen von 120° verteilt und in die ringförmige Kammer (46) hinein bewegbar sind, um die Kammer in drei geschlossene Abschnitte von gleicher Größe zu unterteilen.

8.. Motor nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine - der drei Einspritzeinrichtungen (104) der in die Bewegungsrichtung der Kolben (44) weisenden Seite jedes der drei Ventilkörper (62) benachbart ist, und daß jeweils einer der drei Auslaßka™ näle (106) mit der ringförmigen Kammer (46) an einem Punkt in Verbindung steht, der von der; genannten Seite des betreffenden Ventilkörpers in der Umfangsrichtung weiter entfernt ist.

9 ο Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) zweiteilig ausgebildet ist und sich aus einem inneren Gehäuseteil (16) und einem äußeren Gehäuseteil (14) zusammensetzt, und daß die ringförmige Kammer (46) durch das innere Gehäuseteil

409826/0691

abgegrenzt ist.

10. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Ende der Welle (22) eine Einrichtung (32) zum Antreiben von Hilfsgeräten drehfest verbunden ist.

409826/0691

Leerseite