DE4235559A1

DE4235559A1 - Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4235559A1
Application number: DE19924235559
Authority: DE
Inventors: A Boeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-04-28
Also published as: JPH08505914A; WO1994009261A1; EP0665922A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor.

Es sind bereits eine Reihe von Verbrennungsmotor mit rotierenden Kolben etc. für die verschiedensten Anwen dungszwecke vorgeschlagen worden. Keiner dieser Motore, die in der Regel über ein Prototypenstadium nicht hin ausgekommen sind, verbindet jedoch einen einfachen Aufbau mit der Möglichkeit, den oder die rotierenden Kolben auszuwuchten und mit einer vergleichsweise hohen Leistungsdichte bei mittlerem Wirkungsgrad bei höheren Drehzahlen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ver brennungsmotor mit wenigstens einem rotierenden Kolben anzugeben, der bei einfachen Aufbau und hoher Lei stungsdichte die Möglichkeit bietet, den oder die Kol ben auszuwuchten, so daß hohe Drehzahlen bis zu mehre ren 10 000 Umdrehungen möglich sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b das Prinzip eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors,

Fig. 2 eine Modifikation des erfindungsgemäßen Mo tors, die als Kompressor verwendet werden kann.

In den Fig. 1a und 1b ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors in zwei Stellungen darge stellt:

Der Verbrennungsmotor weist ein Grundgehäuse 1 auf, das einen Arbeitsraum. 2 mit einem im wesentlichen kreis förmigen Querschnitt hat. Eine Arbeitsscheibe 3 dreht sich in dem Arbeitsraum 2 um dessen Mittelachse 2′ - bevorzugt mit hoher Drehzahl.

Die Außenkontur bzw. der Querschnitt der Arbeitsscheibe 3 ist derart gewählt, daß sich zwischen der Arbeits scheibe 3 und der Wand des Arbeitsraumes 2 ein Dicht spalt ergibt. Insbesondere kann die Arbeitsscheibe angenähert die Form einer in Umfangsrichtung verzerrten - um den Faktor 2 gestreckten - Hypozykloide haben. Damit ergeben sich bei unterschiedlichen Stellungen der Arbeitsscheibe unterschiedliche Volumina der einzelnen gebildeten Räume (Fig. 1a und 1b).

Weiterhin ist ein Füll- und Ausschubraum 4 mit wenig stens einem Einlaß- und einem Auslaßschlitz 5 bzw. 6 vorgesehen, der mit dem Arbeitsraum verbunden ist. Der Füll- und Ausschubraum 4 hat ebenfalls einen kreis förmigen Querschnitt. Der Mittelpunkt des Raumes 4 liegt außerhalb des Arbeitsraumes 2, und hat vom Mit telpunkt des Arbeitsraumes einen Abstand, der kleiner als die Summe des Radius des Arbeitsraumes und des Radius des Füll- und Ausschubraumes ist. In dem Füll- und Ausschubraum 4 dreht sich eine Steuerscheibe 7 um dessen Mittelachse 4′ mit der halben Drehzahl der Ar beitsscheibe 3. Die Außenkontur der Steuerscheibe 7 ist sogewählt, daß sie sowohl mit der Begrenzungswand des Füll- und Ausschubraumes 4 als auch der Arbeitsscheibe 3 einen Dichtspalt bildet. Der Achsabstand zur Arbeits scheibe ist so zu wählen, daß sich für die Ein- und Auslaßsteuerung eine günstige Geometrie der abzudecken den Schlitze 5 bzw. 6 ergibt.

Ferner ist ein Verbrennungsraum 8 mit ebenfalls kreis förmigen Querschnitt vorgesehen, dessen Mittelpunkt außerhalb des Arbeitsraumes liegt, und vom Mittelpunkt des Arbeitsraumes einen Abstand hat, der kleiner als die Summe des Radius des Arbeitsraumes und des Radius des Verbrennungsraumes ist, und der mit dem Arbeitsraum verbunden ist. In dem Verbrennungsraum 8 dreht sich eine Brennraumscheibe 9 mit der halben Drehzahl der Arbeitsscheibe 3 um dessen Mittelachse. Die Außenkontur Der Brennraumscheibe 9 ist so gewählt, daß sie sowohl mit der Begrenzungswand des Verbrennungsraumes auch der Arbeitsscheibe einen Dichtspalt bildet. Bei dem gezeig ten Ausführungsbeispiel besteht die Brennraumscheibe 9 aus zwei ebenen parallelen Flächen, die durch zwei Rundungsradien miteinander verbunden sind. Ferner ist der Abstand der Drehachse der Arbeitsscheibe und der Brennraumscheibe gleich der Summe des maximalen Radius der Arbeitsscheibe und dem Rundungsradius zuzüglich der Abmessung des Dichtspaltes. In dem Verbrennungsraum ist in einer Ausnehmung wenigstens eine Zündkerze 10 ange ordnet. Die Zündkerze befindet sich bevorzugt in der Mitte des Brennraumes und darf, wie bei einem Wankel motor, nicht in diesen hineinragen.

Die Arbeitsscheibe und die Brennraumscheibe drehen sich gleichsinnig, während die Arbeitsscheibe und die Steu erscheibe sich gegensinnig drehen. Damit werden bei einer Umdrehung der Arbeitsscheibe vier Arbeitstakte realisiert.

Weiterhin weist die Arbeitsscheibe 3 nicht dargestellte Ausnehmungen bzw. Ausfräsungen auf, so daß ihr Massen schwerpunkt auf der Drehachse 2′ liegt. Dies bedeutet, daß die Arbeitsscheibe im Betrieb nur minimale Kräfte in Folge von Unwuchten auf die Lagerung überträgt (ähn lich einer Turbinenscheibe). Damit ist die Drehzahl grenze des Motors nur durch die Festigkeit der Arbeits scheibe begrenzt und nicht durch Lagerkräfte. Weiter ist damit ein nahezu vibrationsfreier Betrieb möglich.

Durch die hohe Drehzahl und den daraus resultierenden hohen Massendurchsatz ist es möglich auf berührungslose Spaltdichtungen überzugehen. Der daraus resultierende Verlust ist bei niedrigen Drehzahlen hoch und nimmt bei steigender Drehzahl ab. Entscheidend für den Wirkungs grad der Maschine ist es, die Spalte, die sich auf Grund von Fliehkräften und Temperaturdehnungen verän dern, gezielt klein zu halten (ähnliches Problem wie bei Turbinen und Verdichtern). Damit ist der erfin dungsgemäße Motor insbesondere für Anwendungen mit konstanter Drehzahl geeignet, wie beispielsweise als Flugmotor.

Durch Verändern des Achsabstandes zwischen Brennraum scheibe und Arbeitsscheibe und Veränderung der Länge der Brennraumscheibe können verschiedene Verdichtungs verhältnisse realisiert werden. Prinzipiell sinkt bei einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses das durch gesetzte Volumen (und umgekehrt).

Die Steuerung der Scheiben kann durch ein einfaches Getriebe erfolgen, das beispielsweise aus Zahnrädern und Riemenscheiben bestehen kann. Dabei kommt es nur darauf an, daß das Getriebe von den Dehnungen des Ge häuses so entkoppelt ist, daß ein Winkelfehler der Scheiben zueinander so klein wie möglich ist (Spalthal tung).

Die Gemischaufbereitung kann durch direkte Einspritzung oder durch einen Vergaser erfolgen.

In jedem Falle erhält man einen Motor, der sich dadurch auszeichnet, daß er eine sehr hohe Leistungsdichte bei einem mittleren Wirkungsgrad im hohen Drehzahlbereich besitzt. Er ist deshalb als Flugmotor besonders geeig net.

Fig. 2 zeigt, daß man durch Weglassen der Brennraum scheibe und Schließen des Gehäuses einen sehr kompakten Kompressor erhält, der beispielsweise als Lader für gängige Pkw-Motoren ähnlich dem bekannten G-Lader ein gesetzt werden kann. Die Geometrie der Steuerschlitze muß dann natürlich für diesen Zweck optimiert werden. Auch ein Pressluftmotor als Umkehrung ist so möglich. Im übrigen sind in Fig. 2 mit Fig. 1 vergleichbare Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.

Claims

1. Verbrennungsmotor mit

- einem Grundgehäuse, das einen Arbeitsraum mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt hat,
- einer Arbeitsscheibe, die sich in dem Arbeitsraum um dessen Mittelachse dreht, und die einen derartigen Querschnitt hat, daß sich zwischen der Arbeitsscheibe und der Wand des Arbeitsraumes ein Dichtspalt ergibt,
- einem Füll- und Ausschubraum mit wenigstens einem Einlaß- und einem Auslaßschlitz und mit ebenfalls kreisförmigen Querschnitt, dessen Mittelpunkt außerhalb des Arbeitsraumes liegt, und vom Mittelpunkt des Ar beitsraumes einen Abstand hat, der kleiner als die Summe des Radius des Arbeitsraumes und des Radius des Füll- und Ausschubraumes ist, und der mit dem Arbeits raum verbunden ist,
- einer Steuerscheibe, die sich in dem Füll- und Aus schubraum um dessen Mittelachse dreht, und deren Augen kontur so gewählt ist, daß sie sowohl mit der Begren zungswand des Füll- und Ausschubraumes als auch der Arbeitsscheibe einen Dichtspalt bildet,
- einem Verbrennungsraum mit ebenfalls kreisförmigen Querschnitt, dessen Mittelpunkt außerhalb des Arbeits raumes liegt, und vom Mittelpunkt des Arbeitsraumes einen Abstand hat, der kleiner als die Summe des Radius des Arbeitsraumes und des Radius des Verbrennungsraumes ist, und-der mit dem Arbeitsraum verbunden ist,
- einer Brennraumscheibe, die sich in dem Verbren nungsraum um dessen Mittelachse dreht, und deren Augen kontur so gewählt ist, daß sie sowohl mit der Begren zungswand des Verbrennungsraumes auch der Arbeitsschei be einen Dichtspalt bildet.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arbeitsscheibe und die Brennraumscheibe gleichsinnig und die Arbeitsschei be und die Steuerscheibe gegensinnig drehen.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Arbeitsscheibe mit der doppelten Drehzahl wie die beiden anderen Scheiben dreht.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennraumscheibe aus zwei ebenen parallelen Flächen, die durch zwei Run dungsradien miteinander verbunden sind, besteht.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Drehachse der Arbeitsscheibe und der Brennraumscheibe gleich der Summe des maximalen Radius der Arbeitsscheibe und dem Rundungsradius zuzüglich der Abmessung des Dichtspaltes ist.

6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsscheibe Aus nehmungen aufweist, so daß ihr Massenschwerpunkt auf der Drehachse liegt.

7. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Scheiben über ein Getriebe in Wirkverbindung stehen.

8. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Räume mit einem Rundungsradius ineinander übergehen, der in der Größenordnung des Krümmungsradius des Arbeitsraumes liegt.

9. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkerze(n) im Brenn raum in einer Ausnehmung angeordnet ist.

10. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einer Deck fläche des Füll- und Ausschubraumes Einlaßschlitze und Auslaßschlitze vorgesehen sind.