DE4330033A1 - Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit umlaufenden Kolben als 3-Scheiben-Kreiskolbenmotor - Google Patents

Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit umlaufenden Kolben als 3-Scheiben-Kreiskolbenmotor

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Description

Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit umlaufenden Kolben, als 3-Scheiben-Kreiskolbenmotor.
Brennkraftmaschinen mit umlaufenden Kolben sind an sich bekannt. Sie werden meistens so ausgebildet, daß die Scheiben am Umfang mit Kolben versehen sind und in Gehäusen laufen deren Arbeitsräume durch Schie­ ber, Riegel oder ähnliche Vorrichtungen abgeschlossen werden. Die Ausbildung dieser Elemente und ihre Steuerung bereiten jedoch große Schwierigkeiten, so daß bis heute keine brauchbare Lösung gefunden wurde.
Dieser Erfindung liegt das Problem zugrunde eine Lösung zu finden, die auch eine praktische Verwendung ermöglicht.
Der 3-Scheiben-Kreiskolbenmotor zeichnet sich dadurch aus, daß er weder hin- und hergehende, noch exentrisch gelagerte Elemente hat.
Die Brennkraftmaschine entsprechend der Erfindung ist ein 4-Takt-Motor, der ohne Ventile arbeitet, dessen Funktionen durch Schlitze gesteuert werden.
Der Motor besteht aus 3-Scheiben, die an ihren Stirnseiten abrollen, wobei die mittlere als Arbeitsscheibe, die äußeren als Kompressions­ scheiben wirken. Die Scheiben laufen in einer Ebene, die Wellen sind axial ausgerichtet.
Die Scheiben, deren Teilkreisdurchmesser gleichgroß sind, sind durch Zahnräder so verbunden, daß die Drehzahlen ebenfalls gleich sind. Die Form der Scheiben ist zweigeteilt, die Hälfte mit dem größeren Durch­ messer entspricht dem Kolben, die andere mit dem kleineren Durchmesser dem Zwischenraum. Der Unterschied zwischen beiden Halbmessern ent­ spricht der Höhe des Arbeitsraumes. Der Anfang und das Ende eines Kolbens entsprechen in der Form einem Zahn und einer Zahnlücke einer Evolventen-Verzahnung und ermöglichen einen störungsfreien Übergang von den Außen auf die Innendurchmesser. Während des Betriebes schert der Kolben der Arbeitsscheibe in den Zwischenraum der Kompressions­ scheiben ein und die Kolben der Kompressionsscheiben in den Zwischenraum der Arbeitsscheibe.
Da die Scheiben mit gleicher Drehzahl laufen entstehen an den unter­ schiedlich großen Teilen der Scheiben auch unterschiedlich große Um­ fangsgeschwindigkeiten, die beim Abrollen der Teilscheiben zu großer Reibung und schnellem Verschleiß führen würde.
Da die Berührungslinien der Teilscheiben für die Funktion des Motors sehr wichtig sind, weil sie die Arbeitsräume abgrenzen, werden die Stirnflächen der Scheiben mit einer sehr niedrigen Verzahnung versehen, durch dies diese Berührungslinien in Labyrinthdichtungen verändert werden, und die Scheiben, ohne direkte Berührung, die Arbeitsräume dicht abschließen. In meiner Patentanmeldung P 43 25 454.3 vom 29.07.93 wird diese Lösung bereits beschrieben jedoch für Scheiben mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit, während hier eine andere Ausfüh­ rung erforderlich ist.
Außer der hier beschriebenen Zusammenstellung von 3 gleichgroßen Scheiben sind andere Kombinationen möglich. Die Arbeitsscheibe kann mit 2 oder mehr Kolben und Zwischenräumen ausgebildet werden bei einer entsprechende Vergrößerung des Durchmessers und bei Anpassung der Drehzahl der Kompressionsscheiben. Ebenso können mehrere Kompressions­ scheiben an einer Arbeitsscheibe angeordnet werden.
Da dieser Motor nur drehende Konstruktionselemente hat und keine Ventile benötigt, kann er wesentlich höhere Drehzahlen als übliche Kurbeltrieb­ motore erreichen und wird auch bei hohen Drehzahlen ruhig, fast vibra­ tionsfrei laufen.
Aus konstruktiven und wirtschaftlichen Gründen ist die spiegelbildliche Zusammenfassung von 2 Motoren vorteilhaft. Bei einer Versetzung der Kol­ ben um 180° sind die Scheiben praktisch ausgewuchtet und für beide Motore werden genau so viele Wellen und Zahnräder benötigt wie für einen Motor.
Wirkungsweise:
Während des Betriebes laufen alle 3 Scheiben mit gleicher Drehzahl, die durch die feste Zahnradverbindung gewährleistet wird. Nachfolgend wird der Ablauf des 4-Takt-Verfahrens beschrieben, das in der Kompressionsscheibe beginnt, über die Arbeitsscheibe abläuft und mit Hilfe der andern Kompressionsscheibe beendet wird.
Wenn der Kolben der Kompressionsscheibe an seiner Rückseite die Ansaugöffnung für Frischluft freigibt wird solange Luft angesaugt bis der Zwischenraum der Kompressionsscheibe ausgefüllt ist und der Kolben mit seiner Vorderseite die Ansaugöffnung wieder verschließt. Er schiebt dann die Luft vor sich her, bis an seiner Rückseite die Öffnung zur Brennkammer freigegeben wird und der Kolben in den Zwischenraum der Arbeitsscheibe einschert. Danach bildet der Kolben der Arbeitsscheibe den rückwärtigen Abschluß des Zwischenraumes der Kompressionsscheibe. Der Kolben der Kompressionsscheibe drückt dann die angesaugte Luft in die Brennkammer. Sie kann dort erst komprimiert werden, wenn der Kolben der Arbeitsscheibe mit seiner Vorderseite die Öffnung aus der Brennkammer verschlossen hat. Vorher erfolgt eine Spülung der Brenn­ kammer, so daß bei der anschließenden Verdichtung und Verbrennung nur reine Frischluft zur Verfügung steht, die nicht mit verbrannten Gasen gemischt ist. Die Kompression ist beendet wenn der Kolben der Kom­ pressionsscheibe mit seiner Vorderkante die Öffnung zur Brennkammer geschlossen hat.
Für die anschließende Kraftstoffzuführung und Zündung steht ausreichend Zeit zur Verfügung, so daß die Verbrennung vollständig und schadstoffarm erfolgen kann.
Sobald der Kolben der Arbeitsscheibe an seiner Rückseite die Öffnung für die hochkomprimierten Gase freigibt, strömen diese in den Arbeits­ raum (Zwischenraum der Arbeitsscheibe) und drücken den Kolben in Dreh­ richtung weiter, dabei bildet der Kolben der Kompressionsscheibe den hinteren Abschluß des Arbeitsraumes. Über das Zahnrad der Arbeitswelle werden die beiden Kompressionsscheiben mitgedreht. Der Arbeitstakt endet, wenn der Kolben der Arbeitsscheibe auf seiner Rückseite die Aus­ laßöffnung für das Abgas öffnet.
Mit seiner Vorderseite drückt der Kolben anschließend die verbrauchte Ladung ins Freie, dabei bildet der Kolben der andern Kompressionsschei­ be den vorderen Abschluß des Arbeitsraumes.
Inzwischen wurde von der andern Kompressionsscheibe ebenfalls Frisch­ luft angesaugt, verdichtet und gezündet, und sobald der Kolben der Arbeitsscheibe an seiner Rückseite die Öffnung aus der 2. Brennkammer freigibt beginnt der 2. Arbeitstakt.
Der hier beschriebene Motor führt bei einer Umdrehung 2 Arbeitstakte aus.
In beiliegenden Zeichnungen ist eine Konstruktionsmöglichkeit darge­ stellt:
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Motor. Im Grundrahmen (1) sind die Wellen der Arbeitsscheibe (3) und der beiden Kompressionsscheiben (6) und (9) gelagert und alle Scheiben laufen in dem gemeinsamen Gehäuse (2) in dem auch die beiden Ansaugöffnungen für Frischluft (12) und (12a) und die beiden Ausöffnungen für das Abgas (13) und (13a) angebracht sind, ebenso die Öffnungen für Frischluft (14) und (14a) zur Brenn­ kammer und die Öffnungen für das komprimierte Gas (15) und (15a) aus der Brennkammer in den Zwischenraum der Arbeitsscheibe (5) (auch Ar­ beitsraum genannt).
Die Stellung der Scheiben entspricht dem Zeitpunkt zu Beginn eines Arbeitstaktes. Der Kolben (4) der Arbeitsscheibe (3) hat die Öffnung (15) für das hochkomprimierte Gas aus der nicht dargestellten Brenn­ kammer freigegeben und das Gas strömt in den Arbeitsraum der Arbeits­ scheibe (5) und drücken den Kolben in Drehrichtung weiter. Der Kolben (7) der 1. Kompressionsscheibe (6) bildet dabei den hinteren Abschluß des Arbeitsraumes.
Die Auslaßöffnung für das Abgas (13) ist verschlossen und an seiner Vorderseite hat der Kolben (4) der Arbeitsscheibe die 2. Öffnung für das hochkomprimierte Gas aus der 2. Brennkammer geschlossen und drückt die verbrauchte Ladung des vorherigen Arbeitstaktes über die Auslaß­ öffnung (13) in die Abgasleitung. Der Kolben der 1. Kompressionsscheibe (7) bildet dabei den vorderen Abschluß des Arbeitsraumes. Bei der 1. Kompressionsscheibe (6) ist der Zwischenraum (8) mit Frisch­ luft gefüllt und der Kolben (7) steht unmittelbar vor der Schließung der Ansaugöffnung (12). Die Öffnung (14) zur Brennkammer ist verschlos­ sen.
Bei der 2. Kompressionsscheibe beginnt die Kompression. Der Kolben (4) der Arbeitsscheibe (3) ist in den Zwischenraum (11) der 2. Kompressions­ scheibe (9) eingeschert und bildet den vorderen Abschluß des Zwischenraumes (11). Die Öffnung (14a) für die Frischluft in die Brenn­ kammer ist geöffnet, die Öffnung (15a) von der Brennkammer zum Arbeits­ raum ist geschlossen. Der Kolben (10) der 2. Kompressionsscheibe (9) drückt die angesaugte Frischluft in die Brennkammer und verdichtet sie.
An der Rückseite des Kolbens (10) steht die Freigabe der Ansaugöffnung für die Frischluft (12a) unmittelbar bevor wodurch der nächste Ansaug­ takt beginnen kann.
Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die Arbeitsscheiben von zwei, spiegelbild­ lich angeordneten Motoren dar, die auf einer gemeinsamen Welle sitzen.
In der Mittelaussparung des Grundrahmens (1) ist das Zahnrad der bei­ den Arbeitsscheiben (3) und (32) angeordnet deren Welle im Grundrahmen gelagert ist. Die Kolben der Arbeitsscheiben sind um 180° versetzt, die Zwischenräume (5) und (52) sind an der Oberseite, bzw. der Unter­ seite der Scheiben (3) und (32) dargestellt. Die Gehäuse (2) und (22) sind ebenfalls spiegelbildlich dargestellt.
Fig. 3 stellt die Ansicht der 1. Brennkammer (16) dar, die auf dem Gehäuse (2) angebracht ist. Sie ist so ausgebildet daß die beiden Öffnungen (14) und (15) einmünden und die Zündvorrichtung (17) und Kraftstoffzuführung (18) angebracht werden können.
Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Brennkammer (16) mit der Zündvorrichtung (17) und der Kraftstoffzuführung (18) auf dem Gehäuse (2) sowie den Grundrahmen (1).
Fig. 5 zeigt die Verzahnung von 2 Scheiben in vergrößerter Darstellung. Die Zahnteilung der Teilscheibe mit dem größeren Radius (19) und die mit dem kleineren Radius (20) entsprechen dem gleichen Winkelmaß. Die niedrig gehaltene Höhe der Verzahnung ermöglicht berührungsfreie Abwälzung der Scheiben und bildet mehrere Spalte, die einer Labyrinth­ dichtung gleichen und entsprechende Dichtung gewährleisten.
Bezugszeichenliste
 1 Grundrahmen
 2 Gehäuse
 3 Arbeitsscheibe mit Welle und Zahnrad
 4 Kolben der Arbeitsscheibe
 5 Zwischenraum der Arbeitsscheibe
 6 1. Kompressionsscheibe
 7 Kolben der 1. Kompressionsscheibe
 8 Zwischenraum der 1. Kompressionsscheibe
 9 2. Kompressionscheib
10 Kolben der 2. Kompressionsscheibe
11 Zwischenraum der 2. Kompressionsscheibe
12+12a Ansaugöffnung für Frischluft
13+13a Auslaßöffnung für Abgas
14+14a Öffnungen für Frischluft zur Brennkammer
15+15a Öffnungen für komr. Gase zum Arbeitsraum
16 Brennkammer 1
17 Zündvorrichtung
18 Kraftstoffzuführung
19 Verzahnung am größeren Durchmesser
20 Verzahnung am kleineren Durchmesser
21 Brennkammer 2

Claims (6)

1. Brennkraftmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine mit umlaufen­ den Kolben als 3-Scheiben-Kreiskolbenmotor, der nach dem 4-Takt-Ver­ fahren arbeitet jedoch weder Ventile noch hin- und hergehende Kon­ struktionselemente hat, die Scheiben in einer Ebene und in einem ge­ meinsamen Gehäuse laufend, mit gleichem Teilkreisdurchmesser, Zweige­ teilt, der Kolben mit größerem, der Zwischenraum mit kleinerem Durch­ messer, die Wellen axial angeordnet und durch Zahnräder verbunden, die gleiche Drehzahlen gewährleisten, die mittlere Scheibe als Arbeits-, die äußeren als Kompressionsscheiben wirkend, dadurch gekennzeichnet, daß alle Funktionen des Arbeitsverfahrens durch Schlitze gesteuert werden, die durch die Kolben der Scheiben geöffnet und geschlossen werden.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern an der Außenseite des Gehäuses angebracht und durch je eine Öffnung mit dem Kompressions- und dem Arbeitsraum ver­ bunden sind und nach dem Arbeitstakt selbsttätig gespült werden.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseiten der Scheiben durch eine besondere Verzahnung so ausgebildet sind, daß ihre Abwälzlinien in Labyrinthdichtungen ver­ ändert werden und dadurch die Dichtung zwischen den Scheiben ver­ bessert wird.
4. Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Kolben als Zahn oder Zahnlücke einer Evolventen- Verzahnung ausgebildet sind und dadurch ein reibungsloses Einscheren der Kolben in die Zwischenräume der andern Scheiben ermöglicht wird.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer zweiten, spiegelbildlich angeordneten Brennkraft­ maschine verbunden wird, deren Kolben um 180° versetzt sind und da­ durch die Auswuchtung der Scheiben bewirken.
6. Konstruktion nach den Merkmalen der Ansprüche 1-3-4 und 5 jedoch als Kompressor ausgebildet dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammern entfallen und ihre Öffnungen mit den Ansaugöff­ nungen für die Frischluft und den Auslaßöffnungen für die verdichtete Luft zusammengelegt werden.
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