DE4335878A1 - Kreiskolben-Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit in einem ringförmigen Verbrennungsraum umlaufenden Kolben, die in gleichen Winkel­ abständen auf einem kreisförmigen, zentral mit der Antriebs­ achse verbundenen scheibenförmigen Träger angeordnet sind.

Die Nachteile herkömmlicher Otto- oder Diesel-Motoren, wie geringer Wirkungsgrad bei relativ geringem Drehmoment und komplizierter Aufbau mit vielen zu bewegenden Teilen sind hinlänglich bekannt.

Die Nachteile der bei vorgenannten Motoren erforderlichen Umwandlung der linearen, oszillierenden Bewegung der Kolben in eine Drehbewegung der Antriebswelle führten unter Vermei­ dung der Linearbewegung der Kolben zur Entwicklung der Kreiskolben-Motoren.

Ihr bekanntester Vertreter, der Wankel-Motor, weist zwar einen höheren Wirkungsgrad auf, jedoch wird die Antriebs­ kraft des dreieckigen, exzentrisch gelagerten Kolbens nur indirekt auf die Antriebswelle übertragen, wodurch sich weitere Nachteile ergeben.

Andere Ausführungen von Kreiskolben-Motoren, bei denen sich die Kolben in einem ringförmigen Verbrennungsraum bewegen, zeichnen sich durch komplizierte Schiebersteuerungen zur Abtrennung getrennter Verbrennungsräume bzw. zur Freigabe der Kolbenpassage aus. Hieraus ergeben sich, da die Schieber den Verbrennungsraum von außerhalb durchsetzen, nicht nur mechanische, sondern auch Probleme einer zuverlässigen Abdichtung.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Motor mit in einem ringförmigen Verbrennungsraum umlaufenden Kolben zu schaffen, der unter Vermeidung herkömmlicher Schiebersteuerungen einen einfachen und dennoch funktions­ sicheren Aufbau möglich macht.

Die Lösung der Aufgabe wurde dadurch erreicht, daß zur Abtrennung des jeweiligen Verbrennungsraumes 2-flügelige Klappen vorgesehen sind, die in gegenüberliegenden Wänden des Ringraumes so angelenkt sind, daß sie in geöffneter Position die Passage der Kolben nicht behindern und sich in geschlossener Position in Bewegungsrichtung der Kolben unter einem Winkel kleiner als 180 Grad berühren. Diese Schließ­ position wird bevorzugt, um die Schwenkbewegungen der Klappen zu minimieren und um den zwischen Kolbenrückseite und Klappenvorderseite bei der Zündung entstehenden Explo­ sionsdruck sicher abzufangen.

Die Steuerung der in Schließrichtung federdruck-beaufschlag­ ten Klappen erfolgt vorzugsweise so, daß diese durch die an ihrer Vorderseite entsprechend gestalteten Kolben selbst­ tätig geöffnet werden und unmittelbar nach deren Passage infolge Federdruck wieder schließen. Um eine vorzeitige Öffnung der Klappen infolge sich aufbauender Kompression zu verhindern, können die Klappen in Schließposition arretiert und erst unmittelbar vor der Öffnung durch die Kolben frei­ gegeben werden.

Der Querschnitt des ringförmigen Verbrennungsraumes ist nahezu rechteckig ausgelegt, um eine vollständige Klappen­ öffnung so zu erreichen, daß eine ungehinderte Passage der Kolben durch Hereinschwenken der Klappen in die durch Aus­ sparungen entsprechend gestaltete Wand des Ringraumes möglich ist.

In den Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Kreiskolben-Motors dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht in Achsrichtung auf den erfindungs­ gemäßen Motor mit einem Kolben und einer Klapp- Trennwand.

Fig. 2 eine Draufsicht auf den scheibenförmigen Kolbenträger gemäß Fig. 1.

Fig. 3 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Motor mit zwei Kolben und einer Klapp-Trennwand.

Fig. 4 eine Draufsicht auf den scheibenförmigen Kolbenträger gemäß Fig. 3.

Fig. 5 eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Motor mit drei Kolben und zwei Klapp-Trennwänden.

Fig. 6 eine Draufsicht auf den scheibenförmigen Kolbenträger gemäß Fig. 5.

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in der Ebene dargestellten ringförmigen Verbrennungsraum mit drei Kolben und zwei Klapp-Trennwänden.

Gemäß Fig. 5 besteht der erfindungsgemäße Motor aus einem scheibenförmigen Gehäuse 0 mit den durch die Trennklappen 5 gebildeten ringförmigen Verbrennungs-Teilräumen 1a und 1b, dem scheibenförmigen, auf der Antriebswelle 3 befestigten Kolbenträger 2 mit den entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn durch die Ringräume 1a und 1b umlaufenden Kolben 4a-c, den Auslaßöffnungen 7, den Einlaßöffnungen 8 sowie den Zünd­ kerzen 6.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Motors wird nach­ folgend anhand des Einkolben-Ausführungsbeispieles mit Schwungmasse bzw. Gegengewicht 11 gemäß Fig. 6 erklärt:

Der Kolben 4a hat die wieder geschlossenen Klappen 5 passiert, wobei das Auslaßventil 7 öffnet bzw. das Luft- Einlaßventil 8 schließt und bildet zwischen seiner Rückseite und der Klappenvorderseite den Zündraum, in welchen über ein nicht dargestelltes Ventil das Brennstoff-Luftgemisch einströmt.

Sofort danach erfolgt die Zündung durch die Zündkerze 6, wobei der Kolben 4a entgegen dem Uhrzeigersinn vorwärts getrieben wird und dabei die restlichen Verbrennungsgase vom Vortakt über das geöffnete Auslaßventil 7 aus dem Verbrennungsraum ausstößt. Wenn der Kolben 4a das Auslaß­ ventil 7 passiert hat, können sich die Verbrennungsgase völlig entspannen, wobei das Luft-Einlaßventil 8 beim Passieren des Kolbens 4a öffnet und das Auslaßventil 7 gleichzeitig schließt. Der Kolben saugt nunmehr auf seiner Rückseite Luft über das Luft-Einlaßventil 8 an, während er gleichzeitig auf seiner Vorderseite gegen die Klappen 5 Luft komprimiert. Bei Erreichen eines Grenzdruckes öffnen die Klappen 5 und ermöglichen damit einen Druckausgleich, da ja Ventil 8 noch geöffnet ist. Der die Klappen 5 passierende Kolben 4a öffnet diese vollständig, wobei das Luft-Einlaßventil 8 schließt, während das Auslaßventil 7 gleichzeitig öffnet und der nächste Takt beginnt.

Infolge der Kompressionswirkung der Kolbenvorderseite ist die mechanische Beanspruchung der Klappen 5 durch die Kolbenflanken bei deren Passage gering und beschränkt sich auf die vollständige Öffnung der bereits weitgehend offenen Klappen 5.

Soll eine vorzeitige Öffnung der Klappen 5 infolge Kom­ pressionswirkung verhindert werden, so können die Klappen entweder bis unmittelbar vor der Kolbenpassage arretiert oder vor den Klappen 5 ein Luft-Auslaßventil 8a vorgesehen werden. Luft- Einlaß- und Luft-Auslaßventil öffnen und schließen gleichzeitig, wobei die über ein Luft-Auslaß­ ventil 8a ausströmende komprimierte Luft zur Aufbereitung und Steuerung des Brennstoff-Luftgemisches verwendet werden kann.

Die hier dargestellte selbsttätige Steuerung der Klappen 5 mit Öffnung durch die umlaufenden Kolben 4 und Schließung durch Federdruck ist vorzugsweise für langsam laufende Motoren dieser Art geeignet. Werden höhere Drehzahlen erforderlich, so ist unbeschadet der Funktion des erfin­ dungsgemäßen Motors auch eine herkömmliche, etwa über Nocken oder elektromagnetisch betätigte Steuerung der Klappen 5 mit anderen, optimierten Kolbenformen möglich.

Der im Bereich der Zündkerzen 6 geteilte Kühlraum des Gehäuses 0 bildet zusammen mit den innengekühlten Kolben 4a-c, dem Kolbenträger 2, sowie den Ein- bzw. Auslaß­ öffnungen 10 ein derart gestaltetes Kühlsystem, daß dessen Strömung durch die Rotation des Kolbenträgers 2 bewirkt wird. Auf eine Kühlmittel-Pumpe kann aus diesem Grund verzichtet werden.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Motors.

Fig. 7 zeigt in der ebenen Darstellung des ringförmigen Verbrennungsraumes insbesondere eine Ausführung mit vor den Klappen 5 angeordneten Luft-Auslaßventilen 8a, wobei die dort anfallende komprimierte Luft für die Gemischaufberei­ tung und Zufuhr über die Gemisch-Einlaßventile 13 benutzt wird.

Der erfindungsgemäße Motor ist sowohl für die Vergaser- wie auch für die Einspritztechnik geeignet.

Seine Leistung hängt u. a. von der Zahl der Kolben ab und kann durch Anordnung mehrerer Motor-Einheiten auf einer gemeinsamen Antriebsachse beliebig gesteigert werden.

Claims (7)

1. Kreiskolbenmotor mit mindestens einem, vorzugsweise jedoch mehreren, in einem ringförmigen Verbrennungsraum (1) umlaufenden Kolben (4), die in gleichen Winkelabständen auf der Umfangsfläche einer kreisförmigen, zentral mit der Antriebsachse (3) verbundenen Scheibe (2) angeordnet sind, mit Ein- und Auslaßventilen (7) und (8), sowie mit einer Zünd­ vorrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, daß im ringförmigen Verbrennungsraum mindestens eine Trennwand (5) vorgesehen ist, die aus 2-flügeligen, in gegenüberliegenden Wänden des ringförmigen Verbrennungsraumes (1) angelenkten Klappen (5) bestehen.

2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennklappen (5) in Schließrichtung durch Federdruck beaufschlagt sind und sich ihre beiden Flügel infolge der Kolbenpassage öffnen, in Aussparungen der Wände des ring­ förmigen Verbrennungsraumes (1) hereinschwenken und sich nach der Kolbenpassage unter einem Winkel < 180 Grad schließen.

3. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennklappen (5) zwecks Verhinderung vor­ zeitiger Öffnung durch die sich aufbauende Kompression in der Schließposition arretiert sind und erst unmittelbar vor der Kolbenpassage freigegeben werden.

4. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß infolge der Formgestaltung der Kolben (4) eine möglichst geringe mechanische Beanspruchung der Trenn­ klappen (5) bei der Öffnung durch die umlaufenden Kolben erreicht wird.

5. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1-3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuerung der Trennklappen (5) auch auf herkömmliche, bekannte Weise etwa über Nocken oder elektro­ magnetisch erfolgen kann.

6. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1-5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in Kolbenlaufrichtung vor den Trennklappen (5) ein zusätzliches Überströmventil vorgesehen ist, das die dort anfallende komprimierte Luft abführt und zur Steuerung bzw. Gemischaufbereitung benutzt.

7. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das im Bereich der Zündvorrichtung geteilte, innengekühlte Gehäuse (0) zusammen mit den innengekühlten Kolben (4) und dem scheibenförmigen Kolbenträger (2) ein selbst­ tätiges Kühlsystem bildet, dessen Strömung durch die Rotation um die Antriebswelle (3) bewirkt wird und dessen Kühlmittelaustausch über die Ein- und Auslaßöffnungen (10) erfolgt.