DE2909715A1

DE2909715A1 - Verbrennungsmotor mit scheibenfoermigen kolben

Info

Publication number: DE2909715A1
Application number: DE19792909715
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: STUCKENBROK AUGUST
Current assignee: STUCKENBROK AUGUST
Priority date: 1979-03-13
Filing date: 1979-03-13
Publication date: 1980-09-18
Also published as: CA1119964A; DE2909715C2; US4355603A

Description

Herr Freder Stuckenbrok, Rönnelstraße 87, 2933 Jade 2 Herr August Stuckenbrok, Gewerbegebiet, 2948 Schortens 1

Verbrennungsmotor mit scheibenförmigen Kolben

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit scheibenförmigen Kolben, die Jeweils an ihrem Umfang und ihren Stirnseiten abgedichtet in einer Kammer eines Motorblocks eine Welle antreibend bewegbar angeordnet sind und mit ihrem Umfang in der Größe veränderbare Brennkammern begrenzen.

Es sind sogenannte Drehkolbenmotore dieser Art bekannt, bei denen die Jeweils einen Kolben aufnehmende Kammer des Motorblocks eine nach mehreren einander übersehneidenden Kreisbögen verlaufende komplizierte äußere Kontur aufweist und der Drehkolben die Grundform eines Dreieckes mit abgerundeten Seitenkanten hat. Entsprechend der komplizierten äußeren Kontur der Kammer muß der sich drehende scheibenförmige Kolben nach einer solchen Bahn bewegt werden, daß die an seinen Ecken befindlichen Dichtungen die Innenwand der Kammer abfahren, so daß sich in ihrem Rauminhalt ständig verändernde Brennkammern zwischen den Seitenkanten bzw. Außenflächen des Kolbens und der äußeren Kontur der Kammer vorhanden sind. Bei einem derartigen Motor ergeben sich in verschiedenen Drehphasen Rückdrehkräfte, die bis zu etwa 5036 betragen können, so daß der Motor verhältnismäßig viel Kraftstoff verbraucht. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Motors besteht darin, daß die an den Ecken des Drehkolbens befindlichen Dichtungen wegen der von diesen abzufahrenden komplizierten Bahn abgerundet sein müssen und daher praktisch nur mit Linienkontakt an der Dichtfläche anliegen, was in der Praxis zu großen

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Dichtproblemen führt. Schließlich ist auch ein kompliziertes Getriebe für die Verbindlang zwischera dem Drehkolben und der -Antriebswelle des Motors erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfacher ausgebildeten Scheibenkolbenmotor zu schaffen, der verhältnismäßig wenig Kraftstoff verbraucht, bei dem die Abdichtung zwischen den sich im Motorblock bewegenden Kolben problemlos durchzuführen ist und der nur wenige sich bewegende Teile aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verbennungsrootor der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß jeder Kolben um einen nahe seinem äußeren Ende angeordneten festen Gelenkpunkt verschwenkbar gelagert ist und einen gradlinig hin- und herbewgbaren Schieber enthält, in dem ein auf der Welle befestigter Exzenter drehbar gelagert ist. Vorzugsweise befindet sich der Gelenkpunkt nahe dem einen Ende des Kolbens, während der Motorblock dem Gelenkpunkt gegenüber eine vom Kolben überstrichene Auslaßöffnung enthält.

Beim erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor führt jeder Kolben eine Pendelbewegung um einen festen Drehpunkt aus, so daß dieser Motor als "Schwingkolbenmotor" bezeichnet werden kann. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Drehkolbenmotoren oder Motoren mit in Zylindergehäusen hin- und hergehenden Kolben. Der einzelne Kolben des Schwingkolbenmotors läuft zwar nicht rund, jedoch läßt sich ein Rundlauf des Motors schon dann erreichen, wenn man zwei Kammern mit jeweils einem schwingenden Kolben, deren Exzenter um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind, nebeneinander vorsieht und beide Kolben auf dieselbe Welle wirken läßt. Andererseits kann man die Unwuchten auch durch Gegenmasse ausgleichen. Die Rückdrehkräfte des erfindungsgemäßen Motors sind sehr gering, so daß der Kraftstoffbedarf auf ein Minimum herabgesetzt werden kann.

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Die Dichtungen des Kolbens können an glatten Flächen gleichmäßiger Kontur anliegen, so daß eine Flächendichtung möglich ist und sich die Dichtungen in die abzudichtende Fläche einschleifen können. Dabei können die Dichtungen auch aus Metall bestehen wie die bekannten Kolbenringe von zylindrischen Kolben. Dabei hat der erfindungsgemäße Schwingkolbenmotor nur drei bewegliche Teile, wobei der .die Bewegungen des Kolbens auf die Abtriebswelle übertragende Schieber gleichzeitig zunf Ansaugen und Einspritzen von Treibstoff- Kraftstoffgemich benutzt wird. Jeder Kolben wirkt mit zwei Brennkammern zusammen, in die jeweils eine Zündkerze mündet, so daß schon bei zwei parallel zueinander angeordneten Schwingkolben vier Zündkerzen zur Verfügung stehen und sich daher keine bedeutenden Leistungsminderungen, insbesondere auch keine Startschwierigkeiten ergeben, wenn aus irgendwelchen Gründen einmal eine Zündkerze ausfallen sollte.

Gemäß einer bevorzugten praktischen Ausführungsform der Erfindung weist der Kolben eine aus drei Kreisbögen gebildete äußere Kontur auf, wobei das Radialzentrum des einen kreisbogens im Gelenkpunkt des Kolbens liegt und die Krümmung der beiden sich beidseits an diesen anschließenden anderen Kreisbögen der kreisförmigen Grundkontur der Motorblockkammer entspricht. Die sich bewegenden Dichtungen laufen daher auf einer nach einem Kreisbogen gekrümmten Fläche bzw. auf ebenen Flächen, d.h. den ebenen Stirnwänden der betreffenden Kammer des Motorblocks. Daher können alle Dichtungen eine im Querschnitt reckteckige Dichtungslippe aufweisen, die mit ihrer freien Stirnfläche auf der gegenüberliegenden Dichtfläche aufliegt.

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Das Treibstoffgemisch wird vorzugsweise durch Kanäle angesaugt, die sich in wenigstens einer Stirnwand der Kammer des Motorblocks befinden und von dem hin- und her schwingenden Kolben bzw. dem in ihm untergebrachten Schieber im gewünschten Takt geöffnet und geschlossen werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Kammer des Motorblocks mit in der neutralen mittleren Stellung befindlichem scheibenförmigen Kolben, w©feei in den rechten Teil

der im Kolben befindlichen Kammer Treibstoffgemisch angesaugt worden ist,

Fig. 2 einen Querschnitt wie in Fig. 1, wobei sich der Kolben (Jedoch praktisch in seiner obersten Stellung befindet und das angesaugte Treibstoffgemisch in die unter dem Kolben befindliche Brennkammer 12a gepumpt wird,

Fig. 3 einen Querschnitt wie in Fig. 1 und 2,im Augenblick der Zündung des in der Brennkammer 12a komprimierten Treibstoffgemisches,

Fig. 4 einen weiteren Querschnitt, welcher die Arbeitsphase zeigt, nachdem das in derBrennkammer 12a gezündete Treibstoffgemisch expandiert worden ist und den Kolben in die entgegengesetzte Stellung verschoben hat, in welcher in der Brennkammer 12b befindliches Treibstoffgemisch komprimiert ist und gerade gezündet wird, und

Fig. 5 ein Schema der Wirkungsweise des Motors mit einer Einzelheit, welche zeigt, wie die stirnseitige Dichtung des Kolbens an der Dichtungsfläche anliegt.

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Der Schwingkolbenmotor hat einen eine weitgehend kreisförmige äußere Kontur aufweisenden Motorblock 1 mit Kühlwasserkanälen 21 in seiner Wandung. Er enthält eine zentrale Kammer 22 mit zum größten Teil kreisförmiger Innenwand 23» die im Bereich eines Abgaskanals 8 Jedoch einen Abschnitt 24 aufweist, der nach einem größeren Radius wie der größte Teil der Innenwand 23 gekrümmt ist.

In der Kammer 22 ist ein scheibenförmiger Kolben 2 entsprechend Pfeilen 25 und 26 um einen feststehenden Gelenkzapfen hin- und herschwenkbar gelagert. Dieser Kolben 2 hat eine aus drei Abschnitten 27, 28 und 29 gebildete äußere Kontur, wobei die Abschnitte 27 und 28 jeweils nach demselben Radius wie die Innenwand 23 der Kammer 22 gekrümmte kreisförmige Abschnitte sind, die an einer Spitze 30 zusammenlaufen, während der Abschnitt 29 parallel zum Abschnitt der Kammer 22 verläuft und daher wie dieser nach einem Radius gekrümmt ist, der vom Mittelpunkt des Gelenkzapfens 6 ausgeht.

In einer Ausnehmung 10 des Kolbens 2 ist ein Schieber 3 in Richtung des eingezeichneten Doppelpfeiles 41 hin- und herschiebbar gelagert, so daß sich je nabh Stellung des " Kolbens 2 vor den beiden abgerundeten Stirnenden 3a und 3b des Schiebers 3 Jeweils mehr oder weniger große Teilkammern 10a bzw. 10b befinden.

Der Schieber3 enthält in seinen Stirnseiten und seinen oberen und unteren Führungsflächen 3c und 3d Lippendichtungen 31 und 32, welche mit der Innenseite von die Kammer 10 begrenzten Abdeckplatten 15 bzw. der Innenwand der Kammer 10 zusammenwirken.

Im Schieber 3 ist eine Exzenterscheibe 4 auf Rollen 33 drehbar gelagert, die auf einer Welle 5 befestigt ist, welche die Abtriebswelle des Schwingkolbenmotors bildet.

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Der Kolben/enthält in seinem Abschnitt 29 zwei parallel zueinander verlaufende und sich über die Tiefe des Kolbens erstreckende Lippendichtungen 13 und im Bereich seiner Spitze 30 eine weitere ebenso lange Lippendichtung 14, welch letztere in eine Nut 34 im Motorblock 1 eingreift. In den Stirnseiten des Kolbens 2 sind parallel zu seiner äußeren Kontur verlaufende v/eitere Lippendichtungen 35, 36 und 37 vorgesehen, welche mit den hier nicht näher dargestellten Stirnwänden der Kammer 22 zusammenwirken.

Über und unter dem Kolben 2 befindet sich je^ eine Brennkammer 12a bzw. 12b, in welche jeweils eine Zündkerze 38 eingeschraubt ist.

Am Motorblock 1 ist in einer vor oder hinter der Kammer 22 liegendmEbene ein Stutzen 39 angebracht, welcher einen Ansaugkanal 7 für Treibstoffgemisch enthält. Dieser Ansaugkanal 7 gabelt sich innerhalb des Stutzens 39 in zwei Teilkanäle 7a und 7b, welche innerhalb einer Stirnwand oder einer Zwischenwand des Motorblocks eine Verbindung zu dem einen bzw. anderen Ende der Kammer 10, in welcher der Schieber 3 angeordnet ist, herstellen, so daß je nach Lage des Kolbens 2fin ¹^Ie ^eeine ¹UIr ^liien Teilkammern 10a und 10b durch eine Öffnung 9a oder 9b frisches Treibstoffgemisch angesaugt wird.

Aus den beiden Enden der Kammer 10 führen Kanäle 11a und 11b in Richtung zu den Brennkammern 12a und 12b, welche je nach Lage des Kolbens 2 mit der ihnen zugeordneten Brennkammer in Verbindung treten, damit der Schieber 3 frisches Treibstoffgemisch in die betreffende Brennkammer einpumpen kann.

Der Kolben 2 enthält im Bereich der Abschnitte 27 und 28 an seinem Umfang nahe seinem äußeren Ende je eine Ausnehmung 16a bzw. 16b, deren Zweck weiter unten) erläutert wird.

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Arbeitsweise des Schwingkolbenmotors

Wird die Welle 5 gedreht, so bewirkt die auf dieser befestigte Exzenterscheibe 4 eine gradlinige hin- und hergehende Bewegung des Schiebers 3 sowie eine Pendelbewegung des Kolbens 2. Der durch den hin- und hergehenden Schieber 3 in der Kammer 10 erzeugte Unter- und Überdruck wird eum Ansaugen von Treibstoffgemisch und zum Einspritzen desselben in jeweils eine der beiden Brennkammern 12a und 12b benutzt. Die Schwingbewegungen des Kolbens 2 komprimieren das jeweils in einer der beiden Brennkammern 12a und 12b befindliche Treibstoffgemisch, bis dasselbe in der einen bzw. anderen Extremstellung des Kolbens 2 gezündet wird (Fig. 3 bzw. Fig. 4), während gleichzeitig aus der entsprechenden anderen Brennkammer das gezündete und expandierte Gemisch entweichen kann, wie Fig. 4 zeigt. Die Öffnungen 9a und 9b der Teilkanäle 7a und 7b werden zum Ansaugen von frischem Treibstoffgemisch in die Kammer 10 abwechselnd vom Schieber 3 geöffnet bzw. geschlossen, so daß diese Öffnungen nur in der Jeweiligen Ansaugphase offen liegen. Entsprechend werden die aus der Kammer 10 in die Brennkammern 12a und 12b führenden Überströmkanäle 11a und 1ib entsprechend den Schwingbewegungen des Kolbens 2 geöffnet und geschlossen, um aus der Kammer 10 frisches Treibstoffgemisch in die eine oder andere Brennkammer zu drücken, während diese ihre größte Ausdehnung hat.

Der Motorblock 1 kann so angeordnet werden, daß der Abgases
kanal/nach unten weist. Eine solche Anordnung ist für den Fahrzeugbau zu empfehlen, weil dann beide Zündkerzen gut zugänglich sind und sich der hier nicht dargestellte Vergaser oberhalb des Motorblocks befinden kann? Vorteile des Schwingkolbenmotors sind anhand Fig. 5 zu erkennen.

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Der Motor hat eine einfache Bauweise, denn er hat nur drei bewegliche Teile, nämlich den Kolben 2, den Schieber 3 und die Welle 5 mit darauf angebrachter Exzenter scheibe' .4. Es lassen sich jedoch beliebig viele derartige Grundelemente parallel zueinander raumsparend anordnen und in Leichtbauweise ausführen,wobei allen Grundelementen eine Welle 5 gemeinsam ist, auf der für jedes Grundelement eine Exzenterscheibe sitz/fc, die gegenseitig jeweils um etwa 180° gegeneinander versetzt sind. Anstelle oder zusätzlich zur versetzten Anordnung der Exzenterscheiben können Ausgleichmassen für den Rundlauf vorgesehen werden. Die Gelenkzapfen 6 aller Kolben 2 können miteinander fluchten, so daß ein durchgehender Gelenkzapfen verwendet werden kann. Die Dicke des Kolbens und/oder der Durchmesser der Kammer 22 bestimmen den Hubraum.

Aus Fig. 5 ist erkennbar, daß der in den Brennkammern 12a und 12b erzeugte Explosionsdruck über den Bereich B des Schiebers auf die Exzenterscheibe 4 übertragen und dabei in ein Drehmoment umgesetzt wird. Da jeder Kolben 2 vom Gelenkzapfen 6 aus betrachtet über die Welle 5 übersteht, wirkt der überstehende Teil des Kolbens als Hebelarm. Verstärkt wird diese Hebelwirkung durch die Ausnehmungen 16a bzw. 16b im Kolben 2, die den Explosionsgasen eine vergrößerte Angriffsfläche bieten.

Da der Kolben 2 nur Pendelbewegungen ausführt, bewegen sich die Dichtungen 13, 35, 36 und 37 immer über gleiche Flächen, so daß sie sich auch nach leichten Beschädigungen immer wieder einschleifen können. Sollte die Dichtwirkung im Laufe der Zeit nachlassen, neutralisiert sich der Druckverlust. Dies steht im Gegensatz zu den D^chtungsproblemen bei bekannten Drehscheibenmotoren.

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Dernier beschriebene Schwingkolbenmotor arbeitet mit großem Wirkungsgrad und dementsprechend sehr wirtschaftlich, weil sich kein überflüssiger Treibstoffverbrauch ergibt. Außerdem hat er wegen des sinnvollen Aufbaus und der Anordnung der Dichtungen und der geringen Reibungswiderstände eine lange Lebensdauer und ist im übrigen einfach ausgebildet. Er vereinigt in sich alle Vorteile der bekannten Drehkolbenmotore, ohne deren Nachteile wie hohe Rückdrehkräfte, empfindliche Dichtungen, Startschwierigkeiten bei Ausfall einer Zündkerze und dergleichen zu zeigen.

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L e e r s e i t e

Claims

G 51 793
Patentansprüche:

N Verbrennungsmotor mit scheibenförmigen Kolben, die jeweils an ihrem Umfang und ihren Stirnseiten abgedichtet in einer Kammer eines Motorblocks eine Welle antreibend bewegbar angeordnet sind und mit ihrem Umfang in der Größe veränderbare Brennkammern begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kolben (2) um einen nahe seinem einen äußeren Ende angeordneten festen Gelenkpunkt (6) verschwenkbar gelagert ist und einen geradlinig hin- und herbewegbaren Schieber (3) enthält, in dem ein auf der Welle (5) befestigter Exzenter (4) drehbar gelagert ist.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motorblock (1) dem Gelenkpunkt (6) gegenüber eine vom Kolben (2) überstrichene Auslaßöffnung (8) enthält.
_3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) eine aus drei Kreisbögen (27, 28, 29) gebildete äußere Kontur aufweist, wobei das Radialzentrum des einen Kreisbogens (29) im Gelenkpunkt (6) des Kolbens liegt und die Krümmung der beiden sich beidseits an diesen anschließenden anderen Kreisbögen (27 und 28) der kreisförmigen Grundkontur (23) der Motorblockkammer (22) entspricht.
4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (2) nahe den beiden Enden des nach dem um den Gelenkpunkt (6) geschlagenen Kreisbogens gekrümmten Abschnittes (29) je eine in axialer Richtung

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des Kolbens verlaufende Dichtung (13), im Bereich des Gelenkpunktes (6) eine weitere in axialer Richtung verlaufende Dichtung (14) und an seinen beiden Stirnseiten je eine seiner äußeren Kontur folgende Dichtung (35, 36, 37) enthält.
5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Stirnwand der Kammern (22) des Motorblocks (1) Kanäle (7 und 11) zum Ansaugen von Treibstoffgemisch und zum Pumpen desselben in eine der beiden Brennkammern (12a; 12b) angeordnet sind, deren Öffnungen (9; 11) abwechselnd vom Schieber (3) bzw. Kolben (2) freigegeben werden.
6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (13, 35, 36, 37) eine im Querschnitt rechteckige Dichtungslippe aufweisen, die mit ihrer freien Stirnfläche auf der gegenüberliegenden Dichtfläche (24) aufliegt.
7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (4) eine auf der Welle (5) befestigte Scheibe ist, die mittels Wälzlagerelementen (33) im Schieber (3) drehbar gelagert ist.

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