DE3242505C2

DE3242505C2 - Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE3242505C2
Application number: DE19823242505
Authority: DE
Inventors: E. Günther 4000 Düsseldorf Bukowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-18
Filing date: 1982-11-18
Publication date: 1986-05-15
Also published as: DE3242505A1

Abstract

Es ist ein Rotationskolbenmotor in Form eines Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotors offenbart, der in seinem Gehäuse wenigstens eine im Grundriß kreisförmige Kammer enthält. In jeder Kammer ist ein um eine Welle unter ständigem Kontakt mit der Wand der Kammer exzentrisch umlaufender kreisförmiger Kolben untergebracht, gegen dessen Außenfläche drei etwa radial zur Achse der Welle verstellbare Schieber angestellt sind, welche den zwischen Kolben und Kammerwand befindlichen sichelartigen Raum in Teilkammern unterteilen. Zwischen zwei Schiebern befindet sich im Gehäuse ein zur Kammer offener Zündraum, und beidseits des dritten Schiebers sind Kanäle zum Zuführen des Brennstoffgemisches und zum Auslassen der Abgase vorgesehen. Der Kolben ist auf einer Kurbelwelle angeordnet, und die Schieber liegen ständig mit einer z. B. tangential zur zylindrischen Kolbenoberfläche verlaufenden Kontaktfläche am Kolben an. Zwei Schieber enthalten je nach der Kolbenstellung offene oder geschlossene Überstromkanäle.

Description

Die Erfindung betrifft einen Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten Kreiskolben Verbrennungsmotor der eingangs genannten Gattung (FR-PS 13 57 588) sind in der Gehäusewand drei Schieber gelagert, die etwa radial gegen die Oberfläche des zylindrischen Kreiskolbens angestellt werden können, um die gewünschte Unterteilung des sichelförmigen Arbeitsraumes in mehrere Kammern zu ermöglichen. Der Nachteil dieses bekannten Kreiskolben-Verbrennungsmotors besteht darin, daß wenigstens zwei der Schieber gesteuert gegen den Kreiskolben angestellt und von ihm zurückgezogen werden müssen, wozu eine komplizierte und daher kostspielige Kulissensteuerung mit Pleuelstangenübertragung erforderlich ist, die offensichtlich verhindert hat, daß sich dieser bekannte Verbrennungsmotor in der Praxis realisieren läßt.

Weiterhin ist eine Kreiskolben-Dampfmaschine bekannt (DE-PS 1 37 849), bei der Flachschieber dauernd unter Federkraft mit dem Kreiskolben offene oder geschlossene Überströmkanäie in Drehschiebern enthalten, die in die Kontaktflächen der Flachschieber eingesetzt sind. Diese Anordnung ist kompliziert und nur für ein unkritisches Medium wie Dampf geeignet. An Verbrennungsmotoren haben sich Drehschieber der hier gezeigten Art nicht bewähren können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art hinsichtlich der Gaswechselsteuerung durch die den Arbeitsraum unterteilenden Schieber zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird mit einem Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor der eingangs genannten Gattung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 gelöst Dadurch, daß gemäß der Erfindung die Schieber ständig mit Kontaktflächen an

ίο der Kolbenoberfläche anliegen und die Kontaktflächen der den Zündraum begrenzenden Schieber Überströmkanäle enthalten ist eine einfache aber um so wirkungsvollere Gaswechselsteuerung geschaffen, weil das Öffnen und Schließen der einzelnen Kammermittels der Überströmkanäle erfolgt und je nach Stellung des Kolbens zu dem betreffenden Schieber einen Durchstrom ermöglichen oder geschlossen gehalten sind. Für die Abdichtung zwischen der zylindrischen Oberfläche des Kreiskolbens und der zylindrischen Innenwand des Gehäuses sind keine einer Wechselbeanspruchung unterworfenen Dichtleisten erforderlich, so daß der Verbrennungsmotor mit äußerst geringen Verschleiß arbeitet und daher eine lange Lebensdauer ohne kostspielige Wartung gewärleistet

Ist jeder Schieber von einer Feder in Richtung zum Kolben vorgespannt, so wird dadurch auf höchst unkomplizierte Weise sichergestellt, daß die Schieber ständig mit Kontaktflächen an der Kolbenoberfläche anliegen.

Sind die Überströmkanäle der Schieber als abgeschrägte zu den Kontaktflächen hin offene Ausnehmungen ausgebildet, dienen sie nicht nur einer Überführung von Inhaltsstoffen einer Kammer in die nächste Kammer, sondern zeigen gleichzeitig noch die Wirkungsmerkmale einer Düse.

Die vorliegende Erfindung stellt damit einen Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor mit einer einfachen aber wirkungsvollen Gaswechselsteuerung bereit, bei dem durch die Möglichkeit einer optimalen Abstimmung von Ansaugvolumen, Verdichtungsverhältnis und Arbeitsraumvolumen eine möglichst vollständige und wirtschaftliche Verbrennung des Brennstoffes gewährleistet ist und bei dem das frische Gemisch immer in einen Abschnitt des sichelförmigen Arbeitsraumes angesaugt wird, der nicht durch die Verbrennung aufgeheizt worden ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotors schematisch dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt des Motors,
F i g. 2 einen Axialschnitt des Motors,
F i g. 3 eine Seitenansicht eines der drei Schieber,
F i g. 4 eine Draufsicht auf den Schieber aus F i g. 3 und

Fig.5 einen Querschnitt des Schiebers nach Linie V-V aus F i g. 3.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor hat einen Kreiskolben 1 mit zylindrischem Mantel 2, der radial federnd auf einer Kurbel 3 einer Kurbelwelle gelagert ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dreht sich die Kurbelwelle im Gegenuhrzeigersinn um deren Achse 20, wie durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Der Kreiskolben i wälzt sich dabei in entgegengesetzter Drehrichtung, d. h. im Uhrzeigersinn an der zylindrischen Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 ab und wird von einer auf der Kurbel 3 befindlichen elastischen Zwischenschicht 22 stets an einer Stelle gegen die Innenwand 4

des Motorgehäuses 5 federnd nachgiebig und damit dichtend gedrückt

Zwischen dem Mantel 2 und der Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 befindet sich ein sichelförmiger Arbeitsraum 7, da der Durchmesser des Kreiskolbens 1 geringer als der Durchmesser der Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 ist Je nach Lage des Kreiskolbens 1 im Motorgehäuse 5 wandert der sichelförmige Arbeitsraum 7 um die Drehachse 20 der Kurbelwelle.

Im Motorgehäuse 5 sind drei Schieber 8, 9 und 10 gelagert, welche die Steuerung des Motors bewirken. Diese Schieber unterteilen den sichelförmigen Arbeitsraum 7 in mehrere Abschnitte und sind etwa radial im Motorgehäuse 5 verschiebbar geführt und werden von je einer Druckfeder 23 gegen den Mantel 2 des Kreiskolbens 1 gedrückt, so daß sie mit ihrer freien Stirnfläche 24, die in etwa tangential rum Mantel 2 des Kreiskolbens 1 verläuft, fest auf dem Mantel 2 aufliegen und die einzelnen Abschnitte des sichelförmigen Arbeitsraumes gegeneinander abdichten können.

Auf einander gegenüberliegenden Seiten des ersten Schiebers 8 ist ein Einiaßkanai i ί für Brennstoffgemisch oder Luft und ein Auslaßkanal 12 für Abgase vorgesehen, die dauernd von einander getrennt gehalten sind, weil der Schieber 8 stets dichtend am Mantel 2 des Kreiskolbens 1 anliegt. Die Kanäle 11 und 12 sind stets offen und werden nur kurzfristig gedrosselt, wenn der Kreiskolben 1 bei seiner Umlaufbewegung über sie hinwegläuft. Die Schieber 8, 9, 10 haben vorzugsweise rechteckigen Querschnitt

Der in Umlaufrichtung, jedoch nicht Drehrichtung, des Kreiskolbens 1 gesehen zweite Schieber 9 dichtet den als Ansaugraum 13 dienenden Teil des Arbeitsraumes 7 gegenüber dem Verdichtungsraum und der Zündkammer 14 ab, solange der Ansaugraum 13 mit dem Einlaßkanal 11 in Verbindung steht An seinem freien Ende enthält der Schieber 9 wenigstens είπε wie είπε Düse wirkende Ausnehmung 15, die sich etwa über die halbe Breite des Scheibers 9 erstreckt und als Überströmkanal dient wenn der Kreiskolben 1 (in F i g. 1 betrachtet) weiter nach rechts gewandert ist und den Einlaßkanal 11 gegenüber dem Ansaugraum 13 geschlossen hat. Bei seiner Weiterbewegung schiebt der Kreiskolben 1 das im Ansaugraum 13 befindliche Brennstoffgemisch zur Zündkammer 14, wobei eine Verdichtung stattfindet, da der dritte Schieber 10 das andere Ende des Verdichtungsraumes abdichtet Der Abschnitt hinter dem Schieber 10 steht nun mit dem Auslaßkanal 12 in Verbindung, so daß dort befindliches Abgas entweichen kann.

Die höchste Verdichtung ist erzielt, wenn der Mantel 2 der Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 im Bereich der Zündkammer 14 berührt und daher die Schieber 9 und 10 in deren Führungen 16 praktisch vollständig in das Motorgehäuse 5 zurückgeschoben hat. Beide Schieber 9 und 10 liegen mit ihren Stirnflächen 24 jetzt dichtend suf dem Mantel 2 des Kreiskolbens 1. Nun kann mit einer Zündkerze 17 gezündet oder eingespritzt werden. Die Verdichtungs- und Zündkammer 14 ist zweckmäßig so ausgebildet, daß das Gasgemisch beim Verdichten etwa spiralförmig einströmt, so daß die von der vorhergehenden Verbrennung noch vorhandenen verbrannten Restgase den Kern einer rotierenden frischen Füllung bilden und sich im Bereich der von außen in die Zündkammer 14 hineinragenden Zündkerze immer ein gut zündfähiges Gemisch befindet. Der Zündzeitpunkt kann je nach Auslegung des Motors schon vor dem endgültigen Abschließen durch den Schieber 9 erfolgen. Der späteste Zündzeitpunkt sollte mit dem öffnen des Oberstromes zum eigentlichen Verbrennungsraum 19 zusammenfallen. Der Schieber 10 enthält ähnlich wie der Schieber 9 wenigstens eine als Überströmkanal dienende düsenartige Ausnehmung 18, die sich im Beispiel etwa über die halbe Breite des Schiebers 10 erstreckt und einen Durchstrom in den Verbrennungsraum gestattet wenn der Schieber 10 mit dem Teil seiner Stirnfläche 24 am Mantel 2 des Kreiskolbens 1 anliegt der die Ausnehmungen 18 enthält Die Verdichtungs- und Zündkammer 14 bildet einen Teil des Verbrennungsraumes und bleibt bis zum Beginn des Auslassens der Verbrennungsgase mit dem Verbrennungsraum 19 verbunden. Dadurch wird die arbeitswirksame Kolbenfläche wesentlich erhöht

Der Schieber 10 ist bezüglich der Ausnehmungen 8 praktisch spiegelbildlich wie der Schieber 9 mit seinen Ausnehmungen 15 ausgebildet, so daß ein Überströmen des gezündeten Gemisches von der Verdichtungs- und Zündkamraer 14 in den Verbrennungsraum 19 erst möglich ist, wenn der Tangentpunkt de ■. ."vlante's 2 den Beginn der Ausnehmung iS in der Stirnfläche 24 des Schiebers 10 passiert hat

Bei fortschreitender Verbrennung und damit zunehmender Expansion wird bis zum öffnen des Brennraumes 19 zum Auslaßkanal 12 bei abnehmendem Verbrennungsdruck die wirksame Kolbenfläche ständig großer, bis sie maximal die Größe aus dem Produkt von Kreiskolben-Außendurchmesser mal Kreiskolbenbreite erreicht hat. Wenn der Kreiskolben 1 dasvn den Schieber 8 vollständig in das Motorgehäuse 5 gedrückt hat, ist der Vier-Takt-Zyklus beendet. Hat der Kreiskolben 1 den Einiaßkanai 11 passiert, beginnt ein neuer Ansaug- und auch ein neuer Verdichtungstakt, während die verbrannten Abgase aus dem Verbrennungsraum 19 zunächst durch eigenen Druck ausströmen. Erst nach der nächsten Zündung ,νε^εη α·1ε noch im Verbrennungsraum 19 verbliebenen Restgase durch den Kreiskolben 1 zum Auslaßkanal 12 geschoben und damit a.is dem Motor entfernt

Die genaue Lage der Schieber 9 und 10 ist nicht kritisen, so daß durch Veränderung der relativen Position dieser Schieber zueinander die Charkateristik des Motors bestimmt werden kann. Durch Änderung der relativen Lage der drei Schieber 8,9 und 10 am Umfang des Motorgehäuses 5 können sowohl kleine Ansaugmengen bei beliebigem Verdichtungsverhältnis und kurzer Arbeitsphase gewählt werden. Im letztgenannten Fall wird bei hoher Verdichtung ohne Mehrkosten die Charakteristik eines aufgeladenen Hochleistungsmotors nahezu erreicht

Die Größe der Verdichtungs- und Zündkammer 14 und damit das Verdichtungsverhältnis kann durch einfache Maßnahmen wie das Auswechseln eines Deckels der Verdichtungs- und Zündkammer 14 verändert werden, d. h. indem man das Volumen der Zündkammer 14 verändert. Ist der Deckel als Schraubverschluß ausgebildet, kann man das Volumen der Zündkammer 14 sogar bei laufendem Motor verändern. Deshalb ist der vorgeschlagene Motor ohne größere Veränderungen auch als Vielstoffmotor einzusetzen.

Zur Verlängerung der Verbrennungsphase kann der Auslaßkanal 12 auch in eine oder beide Stirnwände des Motorgehäuses 5 gelegt werden. Dann werden die entsprechenden Stirnseiten des Kreiskolbens 1 zur Steuerung der Öffnung des Auslaßkanals bzw. der Auslaßkanäle verwendet. Eine Verlängerung des Verbrennungstaktes über 180° einer Umdrehung hinaus wäre jedoch

nur in ganz besonderen Fällen sinnvoll, weil dann der Kreiskolben 1 in radialer Richtung nicht nur von einer Seite durch den Verbrennungsdruck beaufschlagt würde und dementsprechend die Leistung vermindert werden könnte.

Der vorstehend beschriebene Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor hat eine einfache und leichte Bauweise, da er nur fünf bewegbare Teile aufweist, nämlich den Kreiskolben 1, die Kurbelwelle mit Kurbel 3 und die Schieber 8,9 und 10. Alle Teile haben unkomplizierte Formen und können preiswert durch übliche Rund- und Flachbearbeitungen hergestellt werden. Komplizierte Getriebe entfallen. Einlaß- und Auslaßkanal sind in jeder Stellung des Kreiskolbens 1 zuverlässig voneinander getrennt, so daß kein Rückstrom oder Überstrom des angesaugten Gemisches zum Abgas möglich ist Die Charakteristik des Motors läßt sich mit einfachen Mitteln bei der Konstruktion festlegen. Durch Vergrößern des Abstandes zwischen den Schiebern 8 und 9 läßt sich die Menge des angesaugten Gemisches auf Kosten des Volumens des Verbrennungsraumes vergrößern, ohne das Volumen der Verdichtungs- und Zündkammer verändern zu müssen, so daß man ohne Mehrkosten einen Kompressor- bzw. Ladeeffekt erzielen kann. Da der Einlaßkanal 11 praktisch über 360° der Drehung des Kreiskolbens 1 offen ist und ein großer Querschnitt zur Verfugung steht, läßt sich generell eine gute Füllung erzielen. Da das angesaugte Gemisch den Schieber 9 durch Überstromkanäle 15 passieren muß, ergibt sich eine gute Verwirbelung des Gemisches und dadurch eine zuverlässige Zündung. Das Verdichtungsverhältnis läßt sich einfach durch Austausch eines Dekkels oder Einsatzes der Zündkammer 14 und damit durch Verändern des Volumens derselben Verändern des Volumens derselben verändern, so daß unterschiedliehe Brennstoffe benutzt werden können.

Da sich der Kreiskolben 1 auf der Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 abwälzt, erzielt man eine hohe Verschleißfestigkeit und gute Abdichtung, ohne daß verschleißträchtige Dichtleisten oder dergleichen notwendig wären. Die größten Gleitwege des Kreiskolbens 1 und der Schieber 8, 9 und 10 betragen pro Umdrehung de^r Kurbelwelle das doppelte der Durchmesserdifferenz zwischen der zylindrischen Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 und dem Kreiskolben 1. Der Motor ist zudem wartungsgünstig, da die Schieber 8,9 und 10 und die Zündkerze 17, welche die wesentlichsten Verschließteile sind, einzeln und ohne das Motorgehäuse 5 sonst weiter zu öffnen ausgewechselt werden können. Eine Kompressionsprüfung ist wie bei einem Hubkolbenmotor möglich.

Aus F i g. 2 ist .αϊ erkennen, wie die Kurbelwelle 25 im Motorgehäuse 5 gelagert ist. Beidseits der Kurbel 3 ist die Kurbelwelle 25 mittels Kugellagern 26 und 27 im Motorgehäuse 1 abgestützt. Der Kreiskolben 1 besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Teilen 28 und 29, wobei der größere Teil 28 auf der Kurbel 3 angebracht ist, während sich der kleinere Teil 29 als eine Art Dichtungsring gegen die eine Stirnwand 30 des Motorgehäuses 5 legt. Die Teile 28 und 29 sind über eine Stirn Verzahnung derart miteinander verbunden, daß sie begrenzt axial gegeneinander verschoben werden können, dabei aber formschlüssig ineinandergreifen. Ein innerhalb des Kreiskolbens 1 befindlicher Spreizring 32 drückt die beiden Teile 28 und 29 im Betrieb auseinander, so daß sie sich gegen die einander gegenüberliegenden Stirnwände 33 und 30 des Motorgehäuses 5 dichtend anlegen. Dadurch wird eine Abdichtung des Arbeitsraumes 7 auch an den Stirnseiten des Motorgehäuses 5 erzielt.

Aus F i g. 3 bis 5 sind Einzelheiten des Schiebers 9 zu erkennen. Die Schieber 8 und 10 sind entsprechend ausgebildet, mit dem einzigen Unterschied, daß der Schieber 8 keine als Überströmkanal dienende Ausnehmung wie die Ausnehmung 15 enthält und die Ausnehmung 18 des Schiebers 10 auf der anderen Seite wie die Ausnehmung 15 beim Schieber 9 angeordnet ist.

Der Schieber 9 besteht aus zwei Teilen 34 und 35, die über eine Stirn-Zahn-Kupplung 36 formschlüssig miteinander verbunden sind. Beide Teile 34 und 35 enthalten jeweils zwei Sacklöcher 37 und 38, in welche Führungselemente oder Druckfedern eingesteckt werden können, um die beiden Teile 34 und 35 auseinander zu drücken, damit an den Stirnenden derselben eine Abdichtung erzielt wird. Ferner enthalten beide Teile 34 und 35 einen horizontalen Schlitz 39, in den ein Plättchen eingesteckt werden kann, das als Führungselement für die beiden Teile dient und verhindert, daß im Bereich der Stirn-Zahn-Kupplung 36 Gase aus dem Arbeitsraum 7 durch den Schieber 9 entweichen können.

Obwohl der Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor anhand nur eines Kreiskolbens erläutert worden ist, können auf der Kurbelwelle auch mehrere scheibenförmige Kreiskolben 1 axial hintereinander angeordnet werden. Die radial federnde und dichtende Anlage des Kreiskolbens 1 an der Innenwand 4 des Motorgehäuses 5 wire" durch die Fliehkraft des Kreiskolbens 1 noch unterstütz.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vier-Takt-Kreiskolben-Verbrennungsmotor, mit einem Gehäuse, das wenigstens eine im Grundriß kreisförmige Kammer enthält, mit einem in jeder Kammer um eine Welle unter ständigem Kontakt mit der Wand der Kammer exentrisch umlaufenden kreisförmigen Kolben kleineren Außendurchmessers als der Innendurchmesser der Kammer und mit drei etwa radial zur Achse der Welle gegen die Außenfläche jedes Kreiskolbens anstellbaren Schiebern, welche den zwischen Kolben und Kammerwand befindlichen sichelartigen Raum in einen Ansaugraum, einen Zündraum und einen Verbrennungsraum unterteilen, wobei zwei Schieber abwechselnd den Zündraum mit dem Ansaugraum und dem Verbrennungsraum verbinden, während beidseits des gegenüberliegenden dritten Schiebers Kanäle zum Zuführen des Brennstoffgemisches oder der Luft oid zum Auslassen der Abgase vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (8,9,10) ständig mit Kontaktflächen (24) an der Kolbenfläche (2) anliegen und die Kontaktflächen (24) der den Zündraum (14) begrenzenden Schieber (9,10) Überströmkanal (15,18) enthalten.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schieber (8,9,10) von einer Feder (23) in Richtung zum Kolben (1) vorgespannt ist

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überströmkanäle (15,18) der Schieber (9,10) als rbgeschrägte* zu den Kontaktflächen (24) hin offene Ausnehmungen ausgebildet sind.

4. Motor nach Anspruch j, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (15,18) sich etwa über die halbe Breite der Schieber (j, 10) erstrecken.