DE2606372A1

DE2606372A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE2606372A1
Application number: DE19762606372
Authority: DE
Inventors: Franz Schulte
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-18
Filing date: 1976-02-18
Publication date: 1977-09-01

Description

Paionwmvalt

6903/ma ¹^ Oldenburg

F.Hsabethsttaße 6

Patent- und Gebrauchsmust erhilf sanmeldung

Herr Franz Josef Schulte, Dammstraße 12, 4470 Meppen

Verbrennungsmotor

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit in einer ilapsel mit Verbrennungskammer rotierendem Drehkolben.

ü'in Rotationskolbenmotor hat gegenüber den üblichen Hubkolbenmotoren den Vorteil, daß außer den rotierenden Massenkräften keine oszillierenden Massenkräfte durch hin- und hergehende Teile wie Kolben, Pleuelstangen usw. auftreten. Der Rotationskolbenmotor besitzt vorteilhafterweise nur rotierende Teile.

Das Arbeitsprinzip ist bei beiden Motorenarten gleich, denn auch der Rotationskolbenmotor wird den Kolbenmaschinen zugeordnet, da geschlossene Arbeitsräume mit starren Wänden vorhanden sind, von denen mindestens eine Wand so bewegt wird, daß sich ein veränderliches Volumen des Arbeitsraumes ergibt. Der veränderliche Arbeitsraum wird dabei zwischen dem Leistungsteil und dem keine Leistung übertragenden Absperrteil gebildet.

Rotationskolbenmaschinen liegen bezüglich der mit Kolbenmaschinen erreichbaren Verdichtungen und üxillungsgrade der Hubräume mit zündfähigem Brennstoffluftgemisch oftmals niedriger so daß Rotationskolbenmaschinen ihre abzugebenden Leistungen

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meist auf dem Umweg über hohe Drehzahlen erreichen, müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der eingangs bezeichneten Gattung zu schaffen, der einen hohen Füllungsgrad seiner Verbrennungskammern mit zündfähigem Brennstoffluftgemisch ermöglicht.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst worden, daß der Umlaufkolben als zylinderisches Gehäuse eines zumindest die Verbrennungsluft verdichtenden Kolbenkompressors mit feststehender, an der Kapsel verankerter Kurbelwelle ausgebildet ist und daß der Umlaufkolben in radialen Schlitzen bewegbare, pjesren die Innenwandung der Kapsel vorstehende Leistungsschieber aufweist.

Die Drehachse des Umlaufkolbens ist mit der Achse der Kurbelwelle nicht identisch, so daß deren Kröpfungen bei umlaufendem Kolben eine Hubbewegung der Kolben bewirken. Die Kolben saugen zumindest Verbrennungsluft an. Die Verbrennungsluft wird verdichtet und der Verbrennungskammer zugeführt, wo nach Einspritzung von Brennstoff eine Fremdzündung erfolgt. Die Kolben können jedoch auch ein Brennstoff-Luftgemisch ansaugen.

Die Verbrennungskammer ist bezüglich der Größe ihres Arbeitsraumes durch die Position des Leistungsschiebers veränderlich, d. h. der Leistungsschieber wandert mit dem Umlaufkolben durch die Verbrennungskammer, wobei deren Arbeitsraum von dem Volumen O auf das maximal mögliche Volumen anwächst. Dadurch wird das gezündete Brennstoffluftgemisch bis zu einem Druck von O bar entspannt und die dabei freiwerdende Energie wird in

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Form von mechanischer Arbeit über den Leistungsschieber als Drehmoment auf den Umlaufkolben übertragen.

Die Innenfläche der Kapsel weist eine die Verbrennungskammer ausbildende exzentrisch zur Drehachse angeordnete Ausnehmung auf, und jeder Leistungsschieber ist über eine Steuerstange mit einem zugehörigen Kurbelzapfen der feststehenden Kurbelwelle gekuppelt, deren den Kurbelzapfen bildende Kröpfung der Lage der Ausnehmung bzw. der Verbrennungskammer zugeordnet ist. Der Umlaufkolben weist noch in seiner Umfangsflache vertieft eingeformte Kompressionskammern auf, und zwischen den Hubräumen der Zylinder des Kolbenkompressors und den Kompressionskammern sind verbindende Überströmkanäle angeordnet.

Dadurch kann die Verbrennungsluft, z.B. bei Brennstoffeinspritzverfahren, oder durch einen Vergaser erzeugtes Brennstoffluftgemisch von den Kolben des Kompressors zunächst verdichtet werden und über die tToerströmkanäle in Kompressionskammern geleitet werden, wo eine Speicherung, z. B. der komprimierten Lu-Jt, erfolgt, bis bei weiterem Umlauf des Umlaufkolbens die gefüllte Kompressionskammer in eine mit der Verbrennungskammer in der Kapsel kongruierende Position kommt. In diesem Moment setzt auch die Einspritzung von Brennstoff und auch die !fremdzündung ein, so daß sich die bereits beschriebenen Vorgänge des Arbeitstaktes abspielen können.

Durch die erfindungsgemäße Eauart wird ermöglicht, daß die bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben üblichen hohen Drücke und Füllungsgrade der Arbeitskammern auch bei einer einfach konstru-

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ierten Maschine mit umlaufendem Kolben genutzt werden können. Der umlaufende Kolben hat dabei noch den Torteil, daß keine nach außen frei wirkenden Massenkräfte vorhanden sind. Die Kolben des Kolbenkompressors verbleiben in ihrer Position, weil der Drehpunkt ihrer Pleuelstangen gleich einem Festpunkt ist. Die Kolben werden weder beschleunigt noch abgebremst. Dadurch ist auch die gegen die Drehrichtung des ümlaufkolbens gerichtete Bormalkraft sehr klein. Die in den Pleulen der Kolben auftretenden Stangenkräfte werden über die Kurbelwelle direkt auf das Gehäuse bzw· die Kapsel übertragen. Die aufzunehmenden Kräfte setzen sich deshalb zusammen aus den eigentlichen von dem Kompressionsdruck abhängigen Kräften sowie der Reibung zwischen Kolben und Zylindern. Damit ist die Summe der Kräfte, die gegen die Drehrichtung des Drehkolbens gerichtet ist, verhältnismäßig klein, weil sie fast ausschließlich aus !Reibungskräften besteht .

Die Versorgung des Motors mit Frischluft bei Brennstoffeinspritzverfahren bzw. mit einem Brennstoffluftgemisch bei Vergasern erfolgt ähnlich der an sich bekannten Kurbelkastenspülung bei Zweitaktmotoren.

Vorzugsweise ist unter Vermeidung der üblichen überströmschlitze in den Kolbenboden jedes Kolbens des beschriebenen Kompressors ein !Rückschlagventil eingebaut, das sich bei auf den unteren Totpunkt zurückziehendem Kolben öffnet, so daß aus dem Kurbelkasten Luft in den Hubraum einströmen kann. Bei einsetzender Verdichtung schließt das Rückschlagventil im Kolbenboden, und es öffnet sich ein Rückschlagventil in einem Über-

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strömkanal, der die beschriebene Kompressionskammer mit dem Kubraum des jeweils verdichtenden Kolbens verbindet. Dadurch wird die Kompressionskammer gefüllt.

Die Steuerung der Leistungsschieber hat den Vorteil, daß ein übermäßiger Verschleiß der zum Beispiel mittels Federdruck gegen die Innenwand der Kapsel angepreßten Schieberstirnseiten nicht auftritt, denn der Schieber wird durch einen zugeordneten Kurbelzapfen bei rotierendem Umlaufkolben derart gesteuert, daß er bei Erreichen des Anfangs der exzentrischen Ausnehmung für die Verbrennungskammer anfängt, aus seinem zugeordneten Schlitz im Umlaufkolben auszutreten. Bei maximaler Tiefe der Ausnehmung steht auch der Leistungsschieber am weitesten aus dem Umlaufkolben hervor, hat also seinen oberen 'Totpunkt erreicht. Bei weiter umlaufendem Kolben wird der Leistungsschieber wieder zurückgezogen, so daß keine den Verschleiß erhöhende Reibung mehr auftreten kann.

Um die Abdichtung der Arbeitsräume zu erreichen, sind die Umfangsfläche des Umlaufkolbens umspannende Kolbenringe vorgesehen, die gegen die Innenwand der Kapsel radial vorstehen. Beidseitig der Kompressionskammer ist vorzugsweise je ein Kolbenring angeordnet. Vor und hinter jeder Kopressionskammer wird der zwischen den Kolbenringen liegende Saum durch Dichtleisten überspannt und abgedichtet. Kolbenringe und Dichtleisten können durch Anschläge an einer zu starken Anpressung gegen die Innenwand der Kapsel gehindert werden, die normalerweise durch die fliehkraft bei drehendem Umlaufkolben auftritt. Dadurch werden die iieibungs- und Verschleißwirkungen herabgesetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dar-

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gestellt.
Es zeigen:

Pig. 1 einen Querschnitt durch den Verbrennungsmotor und Pig. 2 einen Längsschnitt durch den Motor gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch einen Motor dargestellt. Die wesentlichsten Bauteile sind die äußere Kapsel 1, die aus zwei zusammengeschraubten Schalen besteht sowie der Umlaufkolben 2, der sich um die Achse 3 dreht. Mit 8 ist eine an einer Stirnseite der Kapsel gelagerte Kurbelwelle bezeichnet, die mit den Pleuelstangen 7 verbunden ist, welche Kolben 6 führt. Bei Drehbewegung des Umlaufkolbens in Pfeilrichtung werden die Kolben 6 in ihren Laufbuchsen innerhalb des Umlaufkolbens 2 hin- und herbewegt. Jeder Kolben weist in seinem Boden ein federbelastetes Ventil auf, durch das aus dem Kurbelkasten für den Kurbelzapfen 8 Frischluft in den Huh raum einströmen kann. Diese Frischluft wird komprimiert bei geschlossenem Ventil, wobei sich die Rückschlagventile 14 im Umlaufkolben öffnen. In dem Umlaufkolben ist eine Kompressionskammer 19 eingefräst, in welche die bei hochgehendem Kolben komprimierte Luft oder das Brennstoffluftgemisch einströmt. Der Umlaufkolben weist noch einander gegenüberliegende Schlitze auf, in denen Leistungsschieber 23 radial verschiebbar sind. Jeder Schieber ist über ein Schiebestößel 9 mit einem zugeordneten Kurbelzapfen der Kurbelwelle 8 verbunden, so daß die radiale Bewegung zum Umlaufkolben bei dessen Drehbewegung gesteuert wird.

Mit 22 sind um den Umfang des Umlaufkolbens verteilt ange-

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ordnete Dicht le ist en. "bezeichnet. Mit 25 ist eine exzentrisch zur Drehachse 3 in die Kapselinnenwand eingeformte Ausnehmung bezeichnet, die als Verbrennungsraum genutzt wird. Dieser Verbrennungsraum ist mit der äußeren Umgebung der Kapsel über den Auslaß 24 verbunden. Die verbrannten Gase können hier in einem Auspuff abgeleitet werden. Mit 26 ist eine Zündkerze bezeichnet, durch die eine Fremdzündung des Brennstoffluftgemisches in der Kompressionskammer 19 erfolgt.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Motor gemäß Fig. 1. G-leiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen versehen. Die Kapsel 1, ind der sich der Umlaufkolben 2 um den Antriebszapfen 10 mit der Drehachse 3 dreht, ist als Zylinder ausgebildet, dessen Stirnseiten durch den vorgeschraubten Deckel 5 und den Aufnahmeflansch 4 verschlossen sind. Die Kurbelwelle 8 mit den Pleuelstangen 7 ist im Deckel 5 befestigt. Die Kurbelwelle 8 weist an einem Ende noch eine Abkröpfung auf, wodurch ein Kurbelzapfen zur Aufnahme der Schiebestößel 9 ausgebildet wird.

Der Umlaufkolben weist umlaufende Kolbenringe 2? auf. Der Antriebs zapf en ist mittels Rollenlagern 11 im Aufnahme!¹ lansch gelagert. Mit 12 ist ein Distanzrohr bezeichnet. Auf das freie Ende des Antriebszapfen 10 ist eine Hiemenscheibe 13 geflanscht. Der Aufnahmeflansch selbst ist über einen Abschlußdeckel 20 verschlossen. Mit 15, 16 und 17 sind Ölbohrungen für den Zufluß und die Abfuhr von Öl zur Schmierung der Lagerstellen bezeichnet. Die Frischluftzuführung in den Kurbelkasten innerhalb des Umlaufkolbens 2 erfolgt über die Luftgemisch-Einlaßbohrung 18.

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Claims

Ansprüche:

(^Verbrennungsmotor mit in einer Kapsel mit Verbrennungskammern rotierendem kreiskolDenartigem Umlaufkolben dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufkolben (2) als zylinderisches Gehäuse eines zut mindest die Verbrennungsluft verdichtenden Kolbenkompressors mit feststehender an der Kapsel (1) verankerter Kurbelwelle (8) ausgebildet ist und daß der Umlaufkolben in radialen Schlitzen bewegbare, gegen die Innenwandung der Kapsel vorstehende Leistungsschieber (23) aufweist.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der Kapsel (1) eine die Verbrennungskammer ausbildende exzentrisch zur Drehachse des ümlaufkolbens angeordnete Ausnehmung (25) aufweist und daß jeder Leistungsschieber (23) über einen Schieberstößel (9) mit einem Kurbelzapfen der feststehenden Kurbelwelle (8) gekuppelt ist, deren den Kurbelzapfen bildende Kröpfung der Lage der Ausnehmung zugeordnet ist.

3» Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprücne, dadurch gekennzeichnet, aaß der Umlaufkoloen (2) in seine Umfangsfläche vertieft eingeformte Kompressionskanimern (19) aufweist und oaß zwischen den Hubräumen der Zylinder des Kolbenkompressors und den Kompres-slonskammern verbindende überströmkanäie angeordnet sind.

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< I.

4·_ Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (6) des Kolbenkompressors ein in seinem Kolbenboden angeordnetes Rückschlagventil (21) aufweist.

y. Verbrennungsmotor nach Anspruch 3» dadurch geleanzeichnet, daß jeder Überströmkanal ein zwischengeschaltetes Hückschlagventil (14-) aufweist.

6. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse des Kolbenkompressors eine Verbrennungsluft-Zuführung aufweist.

7» Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die TJmfangsflache des Umlaufkolbens umspannende radial gegen die Innenseite der Kapsel vorstehende Kolbenringe vorgesehen sind.

8. Verbrennungsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kompressionskammer gegen die Kapsel abdichtende Dichtleisten zugeordnet sind.

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