DE2610869A1

DE2610869A1 - Verbrennungsmotor mit mehreren in einem rotationskoerper angeordneten zylindern

Info

Publication number: DE2610869A1
Application number: DE19762610869
Authority: DE
Inventors: Heinz Rohde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-15
Filing date: 1976-03-15
Publication date: 1977-09-29

Description

Patentanwalt Dr.-Ing. Günther Ackmann, 41 Duisburg, Claubergstraße 24

Duisburg, den 8. März 1976 (22.1278/32.873/Hu)

Heinz Rohde, 42 Oberhausen, Bügelstraße 1

Verbrennungsmotor mit mehreren in einem Rotationskörper angeordneten Zylindern

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mehreren in einem Rotationskörper tangential zu einem Kreis angeordneten Zylindern, die von einem mit Ansaug- und Auslaßöffnungen versehenen feststehenden Gehäuse umgeben sind, wobei die Hubkolben über ihre Pleuelstange exzentrisch an Planetenräder angelenkt sind, welche über ein mit dem Gehäuse verbundenes feststehendes Sonnenrad laufen und hat eine besonders zweckmäßige Ausbildung zum Gegenstand, durch welche die Arbeitsweise verbessert wird.

Bei einem bekannten Verbrennungsmotor, wie er in der DT-Po 328 959 beschrieben ist, sind zwei tangential zu einem Kreise angeordnete Zylinder vorgesehen, die von einem die Einlaß- und Auslaßkanäle tragenden feststehenden Gehäuse umgeben sind, wobei die Zylinder in Drehrichtung geneigt in einem Schwungring angeordnet sind. Die Kolben sind durch Pleuelstangen mit Kurbelwellen verbunden, deren freie Enden Zahnräder tragen, welche mit einem mit dem umschließenden Gehäuse verschraubten Innenzahnkranz in Eingriff stehen.

Eine solche Ausführung war jedoch für eine praktische Anwendung ungeeignet, da der Arbeitshub des Kolbens der Drehrichtung des Schwungringes entgegengesetzt ist. Durch eine größere Zylinderwand in Drehrichtung sollte daher ein zusätzliches Drehmoment geschaffen werden. In nachteiliger Weise

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finden bei einer vollen Umdrehung des Schwungringes acht Hubbewegungen statt, da der Umfang der Planetenräder einem Viertel Umfang des Sonnenrades entspricht. Durch die symmetrische Anordnung arbeiten beide Zylinder im gleichen Takt; das führt zu einem ungleichförmigen Lauf und zu Anlaufschwierigkeiten. Die Verwendung eines innenverzahnten Sonnenrades bedingt außerdem sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten.

Bekannt sind aus der DT-OS 2243573 und 2411554 Vorschläge, die Abgasenergie bei Verbrennungsmotoren mittels Turbinen nutzbar zu machen, wobei auch eine Nachverbrennung stattfinden soll. Der Wirkungsgrad der Verbrennungsmotoren wird aber durch solche nachgeschalteten Einrichtungen nicht verbessert.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor der gattungsgemäßen Art derart auszubilden, daß eine wesentlich bessere Ausnutzung der Druckenergie erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Arbeitskammer der Zylinder auf der der Drehrichtung entgegengesetzten Seite der Zylinderbohrung angeordnet ist und die Auslaßöffnung im Gehäusemantel einen Schlitz über einen Kreisbogen von mehr als 90° bildet.

In vorteilhafter Weise wird hierdurch die in der Arbeitskammer aufgebaute Druckenergie etwa zur Hälfte unmittelbar in Drehenergie umgewandelt. Nach Erreichen des höchsten Druckes durchläuft der Zylinder den Bereich der schlitzförmigen Auslaßöffnung, in welche die Gase mit einer hohen Geschwindigkeit aus der Arbeitskammer strömen und dabei eine Schubkraft in Drehrichtung des Rotationskörpers bewirken. Gleichzeitig beaufschlagt der Druck in der Arbeitskammer aber auch den Kolben. Diese Kolbenhubarbeit wird durch die auf dem Sonnenrad ablaufenden Planetenräder ebenfalls in Drehenergie umgewandelt. Da die Druckenergie nur etwa zur Hälfte über den Kolben umgesetzt wird, werden die Kurbel-709839/0075

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welle und das Umlaufgetriebe entsprechend weniger beansprucht, so daß eine größere Lebensdauer erreicht wird. Auch können Kurbelwelle und Umlaufgetriebe von einer leichteren Ausführung sein, und es entstehen wesentlich geringere Reibungsverluste.

Der neuartige Verbrennungsmotor kann konstruktiv verschieden ausgebildet sein. Bei einer oevorzugten Ausführung ist im Rotationskörper auf der in Drehrichtung liegenden Seite der Zylinderbohrung eine Querbohrung angeordnet, durch welche eine mit der Pleuelstange des zugehörigen Kolbens verbundene Kurbelwelle ragt, die an ihren Enden je ein mit seitlich neben dem Rotationskörper angeordneten, außenverzahnten Sonnenrädern in Eingriff stehendes Planetenrad aufweist. Eine solche Ausbildung hat den Vorteil einer besonders günstigen Kraftübertragung, da seitliche Biegemomente vermieden sind. Auch ist für jede Zylindereinheit ein günstiger Massenausgleich in Bezug auf die Drehmasse gewährleistet.

In besonders vorteilhafter Weise sind im Rotationskörper zwei Zylinderbohrungen angeordnet, und der Umfang der Planetenräder entspricht dem halben Umfang der Sonnenräder. Eine solche zweizylindrige Motoreinheit führt je Umdrehung vier Hubbewegungen bzw. Takte aus, die dem Ansaugen der Verbrennungsluft oder des Brennstoffgemisches, der Kompression, dem Arbeitshub und dem Ausstoß der restlichen Abgase dienen. Da die beiden Zylinder je Umdrehung über einen Kreisbogen von mehr als 90° Arbeitsenergie abgeben, findet ein besonders gleichförmiger Lauf statt. Während die Druckenergie des einen Zylinders durch Rückstoß- und Hubarbeit in Drehenergie umgewandelt wird, findet bei dem gegenüberliegenden Zylinder gleichzeitig das Ansaugen statt. Die benötigte Ansaugarbeit wird also direkt der Leistung des arbeitenden Zylinders entnommen. Hierdurch wird der Gleichlauf des Verbrennungsmotors besonders unterstützt.-Mehrere scheibenförmige zweizylindrige Motoren können schließ3.ich auch auf einer gemeinsamen Welle zu großen

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Motoreinheiten, gegebenenfalls um 90° versetzt, zusammengefaßt werden.

Um eine verbesserte Zylinderfüllung zu gewährleisten, erfaßt die schlitzförmig ausgebildete Ansaugöffnung vorzugsweise ebenfalls einen Kreisbogen von mehr als 90°. Da der Kolben während der Ausgangsphase voreilt, wird der Ansaugvorgang noch unterstützt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in der Auslaßöffnung vorzugsweise Leitelemente aus einem katalytisch wirkenden Werkstoff angeordnet. Diese unterstützen durch eine aerodynamisch günstige Form die Schubwirkung der ausströmenden heißen Gase. Weiterhin sorgen die von den heißen Gasen beaufschlagten und erhitzten Leitelemente für eine katalytisch^ Nachverbrennung unverbrannter Abgasbestandteile, so daß praktisch von Schadstoffen freie, den Umweltschutzbestimmungen entsprechende Abgase entweichen.

Zweckmäßig ist am Anfang der Auslaßöffnung im Gehäusemantel eine Rückstoßkammer angeordnet, in welche die Druckgase der Arbeitskammer zu Beginn der Expansionsphase strömen, ehe sie über die Leitelemente frei durch die Auslaßöffnung strömen. Hierdurch wird der Rückstoßeffekt gleichmäßiger eingeleitet.

Weiterhin ist im Gehäusemantel am Ende der Kompressionszone eine Zündvorrichtung angeordnet. Der Verbrennungsmotor kann entweder durch Ansaugen eines Luft-Brennstoffgemisches oder durch Ansaugen von Frischluft und Einspritzen eines Brennstoffes betrieben werden, wobei im Gehäusemantel in der Kompressionszone eine Einspritzdüse untergebracht ist.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt; es zeigt:

Figur 1 einen Verbrennungsmotor in einem mittleren Längsschnitt nach Linie I-I der Figur 2,

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Figur 2 den Gegenstand der Figur 1 in einem mittleren

Querschnitt nach, der Linie II-II und

Figur 3 einen Teil des Gegenstandes der Figur 1 in

einem Querschnitt nach Linie III-III.

Der Verbrennungsmotor besteht im wesentlichen aus einem in einem feststehenden Gehäuse 3 angeordneten Rotationskörper, dessen Welle 2 an den Seitenwänden 4 des feststehenden Gehäuses gelagert ist. Der Gehäusemantel ist mit 5 bezeichnet.

Wie insbesondere Figur 1 zeigt, ist in dem Gehäusemantel 5 eine Ansaugöffnung 6 vorgesehen, an welche ein Ansaugrohr anschließt. Diese An Säugöffnung 6 ist schlitzförmig ausgebildet und erstreckt sich über einen Umfang von etwa 105 · An der gegenüberliegenden Seite ist im Gehäusemantel 5 weiterhin eine Auslaßöffnung 7 von schlitzförmiger Ausbildung angebracht, an welche ein Abgasrohr 9 anschließt. Diese schlitzförmige Auslaßöffnung 7 erstreckt sich über einen Umfang von etwa 125°.

7/ie insbesondere Figur 1 zeigt, sind in dem Rotationskörper 1 nebeneinander zwei Zylinderbohrungen 1ö angeordnet. Diese liegen symmetrisch zu der Drehachse. In den Zylinderbohrungen 10 befindet sich je ein Kolben 11, wobei der von diesem Kolben begrenzte Arbeitsraum 12 auf der der Drehrichtung entgegengesetzten Seite liegt. In der Darstellung nach Figur 1 dreht sich der Rotationskörper 1 entgegen dem Uhrzeigersinn, während die Arbeitsräume 12 der beiden Zylinder im Uhrzeigersinn liegen. Die Arbeitsräume 12 werden durch einen Zylinderkopf 13 begrenzt, welcher an der Mantelfläche des Rotationskörpers 1 Zylinderöffnungen bildet. Vor und hinter jeder Zylinderöffnung 14 sind Dichtungsleisten 15 angeordnet, welche gegen die Innenfläche des Gehäusemantels 5 anliegen.

Jeder Kolben 11 ist über eine Pleuelstange 16 an eine Kurbelwelle 17 angelenK-t. Die Kurbelwellen durchragen je eine

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richtung des Rotationskörpers liegenden Ende der Zylinderbohrung angeordnet sind. Wie insbesondere Figur 3 zeigt, sind zur Drehlagerung der Kurbelwellen Lagerstücke 19 vorgesehen, die von außen an dem Rotationskörper 1 befestigt sind. Diese weisen Lagerzapfen auf, welche in entsprechende Bohrungen der Kurbelwelle 17 eingreifen. Aa den Enden der Kurbelwelle 17 ist je ein Flanetenrad 21 angeordnet, welches mit einem außenverzahnten Sonnenrad 22 in Eingriff steht. '«Vie Figur 2 erkennen läßt, hat der Rotationskörper 1 auf beiden Seiten Schultern 24, welche oeitenräume 26 bilden, welche die aus den Planetenrädern und je ein Sonnenrad gebildeten Umlaufgetriebe aufnehmen. Derartige Umlaufgetriebe sind auf beiden Seiten des Rotationskörpers angeordnet. Die Sonnenräder 22 sind mittels Schrauben 23 an den Seitenwänden 4 des feststehenden Gehäuses 3 befestigt. Figur 2 zeigt weiterhin, daß an den Rändern des Rotationskörpers 1 Dichtungsringe 25 angebracht sind.

Die Äuslaßöffnung 7 ist, wie Figur 1 zeigt, in eine Rückstoßkammer 30 unterteilt, welche nach außen hin abgedeckt ist. Daran schließt sich eine Zone an, in welche Leitelemente 27 aus einem katalytisch wirkenden Werkstoff angeordnet sind. Diese Leitelemente haben eine aerodynamisch geeignete Form und sind so angeordnet, daß die aus der Arbeitskammer 12 austretenden Gase etwa in einem Winkel von 45° auftreffen. In einer Abwandlung können diese Leitelemente 27 auch verstellbar ausgebildet sein. Der Zone mit den Leitelementen 27 schließt sich in der Auslaßöffnung 7 eine völlig freie Zone an, die ebenfalls in das Abgasrohr mündet.

Figur 1 zeigt schließlich, noch die Anordnung einer Zündvorrichtung 28, welche in der Regel als Zündkerze ausgebildet ist. Weiterhin ist noch eine Einspritzdüse 29 dargestellt.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotors ist folgende:

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Die Kolben der beiden Zylinder des Verbrennungsmotors fuhren je Umdrehung des Rotationskörpers vier Hubbewegungen aus. Hierdurch entstehen vier Takte für das Aasaugen der Verbrennungsluft oder des Brennstoffgemisches, der Kompression, dem Arbeitshub und dem Ausstoß der restlichen Abgase. Bei der Drehung des Rotationskörpers gelangt Frischluft oder ein Kraftstoffluftgemisch durch die Ansaugöffnung 6 in den Arbeitsraum 12 des betreffenden Zylinders. Der Zylinderkolben eilt während des Ansaughubes vor, wodurch der Ansaugvorgang unterstützt wird. Die Ansaugöffnung 6 ist so groß, daß während des ganzen Rückhubes des Kolbens Frischluft nachströmen kann und hierdurch ein bestmöglicher Füllungsgrad erreicht wird.

Beim Weiterdrehen des Rotationskörpers 1 wird die Zylinderöffnung 14 durch den Gehäusemantel 5 verschlossen und es setzt der entgegengesetzte Verdichtungshub ein. Dieser Verdichtungshub wird durch das Ablaufen der zugehörigen Planetenräder 21 auf den Sonnenrädern 22 bewirkt. Bei diesem Kompressionshub eilt der Kolben nach, so daß für den Weg zwischen den beiden Endlagen des Kolbens ein kleinerer Winkel als 90° vom Rotationskörper durchlaufen werden muß. Daher ist bereits schon nach einer Drehung von weniger als 90° des Rotationskörpers der Verdichtungshub abgeschlossen und es schließt sich der Arbeitstakt an. Nach dem Zünden des Kraftstoffluftgemisches in der Arbeitskammer 12 beim Vorbeilaufen an der Zündvorrichtung 28 drückt die Expansionskraft den Kolben nach innen, wobei über die Kurbelwelle eine Drehbewegung entsteht. Kurz danach, wenn beim Weiterlauf des Rotationskörpers 1 der höchste Expans-ionsdruck entstanden ist, kommt die Zylinderöffnung 14 in den Bereich der Rückstoßkammer 30. Hier nun kann das Druckgas in diese Rückstoßkammer 30 einströmen. Die mit hoher Geschwindigkeit zwischen etwa 150-300 m/s ausströmenden Gase erzeugen eine Schubkraft in Drehbewegung. Der Rotationskörper läuft in Drehrichtung weiter, wobei diese Schubkraft verstärkt einsetzt und die austretenden Gase auf die Leitelemente 27 gelangen. Durch deren aerodynamische Form und einen Aufprall-

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winkel von etwa 45° wird der Rückstoßeffekt unterstützt. Diese Leitelemente werden weiterhin von den heißen Abgasen erhitzt und bewirken durch katalytisch^ Wirkung eine Nachverbrennung der unverbrannten Gasbestandteile. Geeignete metallische oder keramische Werkstoffe sind hierfür bekannt, '.fahrend dieses Rückstoßeffektes, welcher eine Schubkraft erzeugt, wirkt der Gasdruck in dem Arbeitsraum 12 gleichzeitig auf den Kolben 11 und d rückt diesen entgegen dem Uhrzeigersinn nach innen. Diese Schubkraft wird über die Kurbelwelle 17 auf die Planetenräder 21 übertragen, so daß eine Drehbewegung stattfindet. Daher arbeitet der Verbrennungsmotor sowohl nach dem Schubprinzip wie auch nach dem Rückstoßprinzip. Sobald der Kolben seine Endstellung erhalten hat, durchläuft die Zylinderöffnung 14 den völlig freien Abschnitt der Auslaßöffnung 7, so daß beim folgenden Ausstoßhub des Zylinders 11 kein Hindernis dem Abgasausstoß entgegensteht. Dieser Ausstoßhub ist wegen der Relativbewegung zum Kolben und Rotationskörper ebenfalls kleiner als 90° und bereits in der oberen Lage abgeschlossen, so daß nunmehr eine weitere Taktfolge bei einem nächsten Umlauf des Rotationskörpers eingeleitet werden kann.

Die Erfindung bleibt nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind zahlreiche Änderungen durchführbar, ohne daß der Rahmen der Erfindung überschritten wird. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, mehrere zweizylindrige Verbrennungsmotore nebeneinander auf einer gemeinsamen Welle anzuordnen. Diese können dabei um 90° versetzt sein, so daß bei einer vollen Umdrehung der Welle ständig ein Arbeitstakt zur Wirkung kommt. Der Verbrennungsmotor kann weiterhin mit üblichen Einrichtungen zur Öl- und Wasserkühlung ausgerüstet sein. Ebenso können für die Befestigung und Lagerung der Kurbelwelle andere Ausführungen gewählt werden.

Die Leitelemente (27) aus einem katalytisch wirkenden Werkstoff können auch für andere Verbrennungsmotoren verwendet werden, welche einen dem Gattungsbegriff entsprechenden Aufbau haben.

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Claims

*: ^ ι υ Ö 6 Patentanwalt Dr.-Ing. Günther Ackmann, 41 üuisourg, Claubergstraße 24 Duisburg, den 8. März 1976 (22.1278/32.ÖY3/Hu) Patentansprüche

1. Verbrennungsmotor mit mehreren in einem Rotationskörper tangential zu einem Kreis angeordneten Zylindern, die von einem mit Ansaug- und Auslassöffnungen versehenen feststehenden Gehäuse umgeben sind, wobei die Hubkolben über ihre Pleuelstange exzentrisch an Planetenräder angelenkt sind, welche über ein mit dem Jehäuse verbundenes feststehendes oonnenrad laufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskammer (12) der Zylinder auf der der Drehrichtung entgegengesetzten Seite der Zylinderbohrung (10) angeordnet ist und die Auslaßöffnung (7) im Gehäusemantel (5) einen Schlitz über einen Kreisbogen von mehr als 90° bildet.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotationskörper (1) eine Querbohrung (18) angeordnet ist, durch welche eine mit der Pleuelstange (16) des zugehörigen Kolbens (11) verbundene Kurbelwelle (17) ragt, die an ihren Enden je ein mit seitlich neben dem Rotationskörper angeordneten, außenverzahnten Sonnenrädern (22) in Eingriff stehendes Planetenrad (21) aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Rotationskörper (1) zwei Zylinderbohrungen (10) angeordnet sind und der Umfang der Planetenräder (21) dem halben Umfang der Sonnenräder (22) entspricht.

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4. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmig ausgebildete Ansaugöffnung (6) im Gehäusemantel· (5) einen Kreisbogen von mehr als 90° erfaßt.

5. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßöffnung (7) Leitelemente (27) aus einem katalytisch wirkenden Werkstoff angeordnet sind.

6. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang der Auslaßöffnung (7) im Gehäusemantel (5) eine Rückstoßkammer (30) angeordnet ist.

7. Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäusemantel (5) am Ende der Kompressionszone eine Zündvorrichtung (28) angeordnet ist.

ο Verbrennungsmotor nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäusemantel (5) der Kompressionszone eine Einspritzdüse (29) für Brennstoff vorgesehen ist.

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