DE3022871A1 - Viertaktmotor ohne ventile - Google Patents

Description

• Viertaktmotor ohne Ventile
• Die bekannten Viertaktmotoren besitzen als wesentlicher bestand teil eine Nockenwelle, deren Nocken über Hebel die Ventile zehen den Druck der Ventilfedern öffnen. Der Ventilantrieb verschlin-t einen Teil der Motorleistung, die Ventile behindern die ein- und ausströmenden Gase. Die lande der Zylinder bedürfen einer intensiven SchmierunF, weil die Pleuelstangen die Kolben, wenn sich diese während des Arbeitstaktes etwa in der Mitte zwischen dem oberen und dem unteren Umkehrpunkt befinden, stark gegen die eine Seite der Zylinderwände drücken. Zur Aufrechterhaltung des Dchmierfilms ist eine gute Kühlung der Zylinderwände erforderlich.
• Ein weiterer Nachteil des 4-Zylinder-Reihenmotors besteht darin, daß der Massenmittelpunkt der beweglichen Notorteile wahrend einer Umdrehung der Kurbelwelle seine räumliche Lage verändert.
• Der nachstehend beschriebene Motor vermeidet diese Nachteile: 1. Er besitzt eine geringe innere Reibung, weil die Ventile fehlen und die (Flügel-)Kolben sich nicht gegen das umgebende Notorgehäuse abstützen müssen sondern auf Wälzlagern laufen.
• 2. Die Ein- und Auslaßöffnungen können groß dimensioniert werden.
• 3. Wegen der symmetrischen Anordnung der beweglichen Teile bleibt der Massenmittelpunkt dieser Teile bei Drehung der Ahtrielswelle in Ruhe.
• 4. Die Zündvorrichtung kann im Motorgehäuse so angebracht werden (etwa an der Stelle, auf die der Pfeil bei G in Fig.5 weist), daß das Luft-Benzingemisch während der Kompressionsphase nicht mit der Zündvorrichtung in Berührung kommt. Es ist dsher möglich, die Zündung z.B. durch ein elektrisch heheiztes Metallstück (Glühkerze) einzuleiten, wodurch auch sehr kraftstoffarme Gemische sicher gezündet werden.
• Wegen des unter 1. genannten Vorteiles bietet sich ferner die Möglichkeit, Motoren zu entwickeln, bei denen durch Verkleidung der Innenwände des Motorgehäuses und der Flügelkolben mit hitzebeständigem Materisl und durch Verwendung eines gut gleitenden Stoffes für die Dichtleisten die Kühlleistung herabgesetzt werden kann, sodaß der Anteil der Energie, die den Motor in der unerwünschten Form der Wärme verläßt, vermindert wird.
• Wegen des geringen Verschleißes eignet sich der Motor hesonders zum Antrieb von Wärmepumpen. Dabei kann die Pumpe im wesentlichen denselben Aufbau wie der Motor aufweisen - statt der Zündvorrichtung besitzt das Gehäuse der Pumpe eine weitere Einlaß- und Auslaßöffnung, die Flügelkolben haben keine Aushöhlungen (die beim Motor als Verbrennungsräume dienen). Ein hesonderes Getriebe ist für. die Pumpe nicht erforderlich, der Planetenträger des zum Motor gehörenden Getriebes müßte an der Stelle, wo die A-triebsachse angesetzt ist, eine oeffnung besitzen, durch welche die Hohl und die Massivwelle des Motors geführt und mit den Flügelkolben der Pumpe verbunden werden.
• Aufbau und Wirkungsweise des Motors: Der Motor besteht a) aus einem zylindrischen Gehäuse, in welchem sich die Kolben bewegen, die flügelartig entweder an einer ohl-oder an einer Massivwelle angesetzt sind (Fig. 1 .... Fig. 4) und b) aus einem speziellen Getriebe (Fig. 23 ....Fig. 27), welches die Flügelkolben in der Weise antreibt, daß diese gegeneinander Drehschwingungen ausführen und sich dabei gleichzeitig um die Achse des Zylindergehäuses drehen.
• Die Massivwelle 1a (bzw. die Ifohlwelle 1b) besitzt cn ihrem einen Ende eine zylinderförmige Verdickung 2a (bzw. 2b), an der die Flügelkolben 3a und 4a (bzw. 3b und 4b) befestigt sind. Die zYlinderförmigen Verdickungen der Achsen schließen mit dem Gehäuse des Motors einen ringförmigen Raum ein, der durch die angesetzen Flügelkolben in vier Räume I,II,III,IV unterteilt wird (Fig.S ...Fig. . Fig. 22). Das Gehäuse weist eine Einlaßöffnung E und eine Auslaßöffnung A aus, in das Gehäuse ist ferner die Zündkerze Z eingeschraubt.
• In Fig. 5 befindet sich im Raum I das komprimierte Luft-Benzingemisch, welches soeben gezündet wurde. In Fig.6 ... Fig.12 dehnen sich die Im Raum I befindlichen heißen Verbrennungsgase aus, in Fig. 13 ... Fig. 22 werden dieselben durch die Auslaßöffnung A ausgestoßen. Ein ähnlicher jedoch zeitlich verschobener Ablauf ergobt sich für die übrigen Räume II, III, IV.
• Die zeitliche Verschiebung werde am Beispiel der Fig. 9 erläutert: Fig. 9 zeigt den Raum III mitten im 1. Takt (Ansaugen) " " IV " " 2. " (Verdichten) " " I " " 3. " (Arbeitstakt, Expansion) " " II " " 4. " (Ausstoßen der verbrannten Gase) Der in Fig. 5 ... Fig. 22 und in Fig. 25 angegebene Winkel α ist derjenige Winkel, um den sich die Abtriebsachge des Motors gedreht hat, wobei als Ausgangslage (OL- 0°) der Zustand gewählt wurde, in dem der Raum I in der Nähe der Zündkerze sein kleinstes Volumen erreicht hat.
• Den sich an Fig. 22 ( α= 1700) anschließenden Zustand ( , 1800) erhält man, wenn man in Fig. 5 C - 00) die Räume I und III sowie II und IV miteinander vertauscht.
• Der in Fig. 5 ... Fig. 22 dargestellte Bewegungsablauf wird durch ein Getriebe erzeugt, das als Kombination eines Planetengetriebes mit einem Kubbelgetriebe aufgefaßt werden kann. Dieses Getriebe wird in Fig. 23 ... Fig. 27 erklärt, die geonetrisch wesentlichen Einzelheiten sind in Fig. 23 und in Fig. 25 zu erkennen. Der obige Bewegungsablauf ergibt sich bei folgender Wahl der geometrischen Abmessungen ( dabei ist e eine beliebige Längeneinheit): OPi 2 OP2 , 2e, MQ1 s MQ2 = e, OM - 6e, P1Q1 ' P2Q2 ' e.
• In Fig. 23 und Fig. 24 sind die Punkte 0 und M fest, 0 ist der Drehpunkt für die schwingenden Hebel OP1 und OP2, M ist der Drehpunkt für die Kurbeln MQ1 und MQ2. Die Punkte Q1,M,Q2 liegen auf einer Geraden. Wenn sich die Kurbel MQ1 dreht, führt der tiebel °P1, welcher mit der Kurbel M¼ durch die Pleuelstange P1<1 verbunden ist, Drehschwingungen aus. Entsprechendes gilt für OP2. Der Winkel gP10P2 schwankt periodisch zwischen +600 und -60 , wobei die Extremwerte erreicht werden, wenn P1,Q1 und M (bzw. P2,Q2 und M) auf einer Geraden liegen - wie in Fig.24 dargestellt. Wird der Hebel OP2 mit der hohlwelle Ib und OP1 mit der Massivwelle 1a verbunden, so führen die Wellen gegeneinander Schwingungen mit der Winkelamplitude 120° aus.
• Den Schwingungen wird eine Drehung dadurch überlagert, daß die Kurbeln MQ1 und MQ2 fest mit einem Kreis vom Radius 2e verbunden werden, welcher selbst auf einem feststehenden Kreis vom Radius 4e abrollt (Fig. 25). Die aufeinander abrollenden Kreise sind als Zahnräder 7 bzw. 9 auszubilden (Fig.26), wobei zum Zwecke des Massenausgleichs zwei Planetenräder 7 und 8 gewählt wurden. In Fig. 26 sind 16 bzw. 17 die Pleuelstangen, die P1A1 bzw. P2i2 in Fig. 25 entsprechen. 14 bzw. 15 sind die mit den Wellen le bzw. Ib verbundenen Hebel, denen in Fig 5 OP, bzw.
• OP1 entsprechen.10,11,12,13 sind die Hubzapfen der Kurbelwellen, die auch in Fig. 27 zu erkennen sind. In Fig. 27 sind der Ubersichtlichkeit halber die Pleuelstangen 16 und 17 und die lsebel 14 und 15 weggelassen. Die in Fig. 27 schwarz ausgefüllten Teile sind fest mit dem Motorgehäuse verbunden, sie dienen als Lagerung für den Planetenträger 5, mit dem die Abtriebswelle E verbunden ist.
• In den Zeichnungen wurden Teile, die für das Verständnis nicht erforderlich sind (wie z.B. Wälzlager, Dichtleisten, Befestigungsschrauben etc.) weggelassen.

Claims (3)

1. Pstentails"rüche 1.JViertaktmotor ohne Ventile gekennzeichnet durch die nachstehenden drei Merkmale a), b), c) a) Die zum Betrieb des dienenden Gase werden in einem ringförmigem rotationasymmetrischen wohlraum im Kreise herumgeführt.

   b) Die den ringförmigen ohlrum begrenzende Wandfläche ist in drei Teile aufgeteilt, von denen jeder einzelne Teil ebenfalls zur Symmetrieachse des Ringes rotationssymmetrisch ist. Dabei ist der eine dieser drei Teile fest mit dem Gehäuse des Motors verbunden, während die beiden anderen Teile um die Symmetrieachse drehbar sind. In den feststehenden Wandteil sind die Ein- und Auslaßöffnungen für die zum Betrieb des Motors dienenden Gase sowie eine Aushöhlung zur Aufnahme der Zündvorrichtung eingebaut.

   c) Der ringförmige Hohlraum des Motors wird durch eine gerade Anzahl von Kolben, welche als Flügel teils an dem einen teils an dem anderen beweglichen Wandteil befestigt sind, in Sektoren unterteilt. Die beweglichen Wandteile und die mit ihnen verbundenen Flügelkolben führen gegeneinander Drehschwingungen aus, denen eine Drehung um die Symmetrieachse in der Weise überlagert ist, daß während einer vollen Umdrehung eine gerade Anzahl von Schwingungen ausgeführt wird.
2. 2. Viertaktmotor ohne Ventile nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden beweglichen Wandteile mit einer aus dem Motorgehäuse symmetrisch zur Rotationsachse herausgeführten hohlwelle, der andere Wandteil mit einer Massivwelle, welche sich in der Hohlwelle befindet, fest verbunden ist.
3. 3. Viertaktmotor nach Anspruch2 dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des in 7c) genannten Bewegungsablaufs mit der tfohlwelle und der Massivwelle Hebelarme fest verbunden sind,deren anderen Enden über Pleuelstangen mit den Hub zapfen von Kurbelwellen beweglich verbunden sind, welche selbst fest verbunden sind mit den Planetenrädern eines Planetengetriebes, dessen Sonnenrad relativ zum Motorgehäuse atill steht und das Zähne in einer Anzahl besitzt, welche ein geradzahliges Vielfaches der Zähne eines Planetenrades beträgt.