DE60100477T2

DE60100477T2 - Brennkraftmaschine mit kreisender stosskraft

Info

Publication number: DE60100477T2
Application number: DE60100477T
Authority: DE
Inventors: Manuel Joao BAPTISTA
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: US20020170530A1; EP1280979A1; US6688276B2; ATE245252T1; DE60100477D1; EP1280979B1; WO2001086119A1; PT102460A; PT1280979E

Description

EINGLIEDERUNG DER ERFINDUNG
1. Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf einen neuen Typ von Brennkraftmaschinen, bei dem sich die Wirkungen und Kräfte, die den Einlass-, Verdichtungs-, Verbrennungs-, Expansions- und Auslassphasen entsprechen, in einer kreisenden Bewegung und simultan während derselben Rotationsperiode entwickeln und wirken.
2. Beschreibung der damit verbundenen Wirkungsweise
Bei der früheren Technik wurden bereits verschiedene Typen dieser Motoren vorgestellt, die hauptsächlich hinsichtlich Form, Design und Anordnung der Kammern; hinsichtlich Form, Design und Art des Einsatzes des Rotors; und hinsichtlich Anzahl, Form, Design und Art der Einschaltung und Einwirkung der jeweiligen Kolben voneinander abwichen.
Verschiedene Schwierigkeiten haben an der Anwendung und der praktischen Benutzung dieses Motorentyps gehindert. Die hauptsächlichen sind: ein schwieriges Zusammenwirken der Räume, die mit der Bewegung der Kolben längs der Kammern verknüpft sind; die zu grosse Trägheit und schwierige Bewegung der Kolben im Verhältnis zu den Kammern und ihre Lagerung am Rotor; die Energieverluste infolge der Übertragung der gasförmigen Masse der Verdichtungszone zur Verbrennungszone und von dieser zur Expansionszone; und dass keine ausreichende und praktische Abkühlung im Innern der Motoren erreicht wird.
ZIELE DER ERFINDUNG
Ziele dieser Erfindung sind, die oben erwähnten Schwierigkeiten in der nachstehend beschriebenen Art und Weise zu lösen:

– die Kammern des Motors mit zylindrischen Peripherien mit einer grösseren relativen Ausdehnung und mit Terminalen mit differenzierten Krümmungen zu entwerfen, die am Anfang des Einlasses und der Expansion akzentuierter sind;
– einen neuen, in den Rotor einzufügenden Kolbentyp auszuführen, derart, dass die Richtung seiner Lagerung sehr nahe der Tangentialen zum Rotor ist, wobei eine grössere Leistung des auf den Kolben angewendeten Impulses bei seiner Umwandlung in Rotation des Rotors erhalten wird; eine leichte Axialbewegung des Kolbens mittels seiner zentrierten Rotation auf einem Lager zu erhalten, so dass auf Trägheit und Reibung zurückzuführende Verluste reduziert werden;
– die Einschaltung der Verbrennungskammern an der Peripherie des Rotors zwischen zwei Kolben in aufeinander folgender Position zu erreichen, so dass die Verdichtung, die Verbrennung und die Expansion der gasförmigen Masse in fortlaufender Weise erhalten werden, was inhärente Verluste bei der Übertragung der besagten gasförmigen Masse vermeidet;
– dass eine leichte und ausreichende Abkühlung des Inneren des Motors erreicht wird, die sich durch das neue Design des Kolbens und durch die Art seiner Einschaltung am Rotor ergibt, wobei auf jeder Seite der stützenden Basis des Kolbens Kammern geschaffen werden, die die Luft zur Abkühlung des Inneren des Motors pumpen, aufgrund der alternativen Bewegung der besagten Basis des Kolbens;
– dass die besagten Abkühlungskammern eine Verbindung zur Leitung der Zufuhrluft des Motors haben und dass die aufgefangene und durch die besagte Luft transportierte Wärme genutzt wird, so dass eine grössere energetische Leistung erhalten wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt im Radialschnitt den Stator (A), den Rotor (B), die Einlasskammer (C1) und die Verdichtungskammer (C2), die Verbrennungskammer (E), die Expansionskammer (D1) und die Auslasskammer (D2); den Körper des Kolbens (P1), die Basis des Kolbens (P2), das Lager des Kolbens (P3), die Kammern der Kolben (R1) und (R2), die Federn (S), das Einlassfenster (L1) und die Auslassöffnung (L2).
Der Rotor und die Kolben befinden sich in einer Mittelstellung der Bewegung des Rotors und zeigen die simultane Verwirklichung des Viertaktspiels.
2 zeigt den Rotor und die Kolben in der Stellung, in der die Aufnahme (C1) und die Verdichtung (C2) begonnen werden; es erfolgt die Verbrennung (E) und die Expansion (D1) sowie der Ausstoss (D2) setzen ein.
3 zeigt im Axialschnitt den Stator (A), den Rotor (B), die flachen Seiten (F1) und (F2) des Motors, das Profil der Verbrennungskammern (E); in der oberen Position das Zurückziehen der Kammer des Kolbens (R2) und den Beginn des Ausschiebens der in der Kammer des Kolbens (R1) enthaltenen Kühlluft und ihre Führung zum Ausgangsterminal (T2); in der unteren Position den Beginn der Aufnahme der kalten Luft durch den Terminal (T1) und seine Führung zur Füllung der Kammer des Kolbens (R1); identische Wege sind für die Kühlung der Kammer (R2) vorgesehen.
3 zeigt noch die Welle des Motors (Z), das Schwungrad (n zum Anbringen der Kupplung und mit gezahnter Peripherie zum Anschluss an den Elektro-Anlassermotor und den Exzenter (X) des Zündschalters.
4 zeigt die relative Position der Kolben, die mit der der 2 identisch ist; sie zeigt den Teilabschnitt (Y) des Kanals der Luftzufuhr des Motors, nach dem Filter und vor der Brennstoffzufuhr, wo die Terminale (U1) für den Auslass der kalten Luft eingegliedert sind, angeschlossen an den Terminal des Körpers des Motors (T1), für den Eingang der besagten kalten Luft, die bei der Kühlung des Innern des Motors verwendet wird, und den Terminal (U2) zum Empfang der warmen Luft nach der Benutzung bei der genannten Kühlung.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN VERWIRKLICHUNG
Der Motor umfasst (1 bis 4) einen zylindrischen Rotor (B), montiert im Innern eines Stators (A), zentriert mit einer Welle (G), aussen begrenzt durch zwei flache Flächen (F1) und (F2), (3), und gebildet aus einer Kammer für die Durchführung der Einlass- (C1) und der Verdichtungsphase (C2) sowie einer Kammer für die Durchführung der Expansions- (D1) und der Auslassphase (D2).
Die Kammern haben eine peripherische zylindrische Fläche und die terminalen Flächen haben differenzierte Krümmungshalbmesser, wobei die, die an die Einlassöffnung (L1) und an den Beginn der Expansion (D1) angrenzen, geringer sind.
Die besagten Kammern sind durch zwei Teilabschnitte in entgegengesetzter Position (H1) und (H2) abgeteilt, wobei die Innenfläche des Stators an die peripherische Fläche des Rotors angepasst ist und seine Ausdehnung dem Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben entspricht.
Der Teilabschnitt (H1) entspricht der Zündungs- und Verbrennungsposition der gasförmigen Masse in den Verbrennungskammern (E), die an der Peripherie des Rotors in den erwähnten Abständen zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben positioniert sind; der Teilabschnitt (H2) entspricht den Grenzen der Einlass- (L1) und der Auslassöffnungen (L2).
Der Rotor (B) hat vorzugsweise vier Kolben, die symmetrisch gestaffelt sind:

– jeder Kolben ist derart in eine entsprechende Kammer eingegliedert, dass er in die Richtung der inneren Peripherie des Stators dreht;
– er ist gebildet aus einem ersten Teil, dem Körper des Kolbens (P1), mit einem verlängerten, zirkularen Teilabschnitt und zentriert mit einem zylindrischen Stützbolzen (P3);
– er ist gebildet aus einem zweiten Teil, der stützenden Basis (P2), die mit dem ersten Teil verbunden ist und flache, konvergente und verlängerte Seiten in einer der Tangentialen nahen Richtung hat und die an ihrem Ende in einer Rille lagert, die sich in dem genannten zylindrischen Bolzen (P3) befindet.
– Der Kolben hat eine angulare, auf dem genannten Bolzen (P3) zentrierte Rotation, so dass die zirkularen und axialen Flächen des erwähnten Körpers (P1) an den benachbarten Flächen der entsprechenden Kammer des Rotors gleiten können und dass sein äusseres Profil an der inneren Fläche des Stators (A) gleiten kann
– Jeder Kolben verfügt über einen Satz Federn (S), die zwischen der stützenden Basis (P2) des Kolbens und der benachbarten Seite der Kammer des Rotors positioniert und dazu bestimmt sind, den Kontakt zwischen dem Profil des Körpers (P1) des Kolbens und der inneren Peripherie des Stators aufrechtzuerhalten.

Einige bedeutende Vorteile ergeben sich aufgrund dieser Bauart des Kolbens und seines Lagers (P3) sowie daraus, dass er eine Richtung und eine Position hat, die der tangentialen Richtung des Rotors sehr nahe sind.

– Das gestattet, dass die grossen Stosskräfte, die auf den Körper des Kolbens (P1) angewendet werden – während der Verdichtungs- und hauptsächlich während der Expansionsperiode – von den zylindrischen Bolzen (P3) ausgehalten werden, in einer Richtung, die der besagten tangentialen Richtung des Rotors sehr nahe ist.
– Die Richtung der erwähnten Kräfte, die der tangentialen sehr nahe ist, gestattet es, eine grosse Leistung bei der Umwandlung der Stosskräfte der Kolben, bei der Stosskraft des Rotors, zu erreichen.
– Die Bewegung des Körpers des Kolbens – damit sein Profil die innere Peripherie des Stators begleitet – ist zirkular und auf dem genannten Bolzen (P3) zentriert, so dass eine grosse Reduzierung der auf die Trägheit und die Reibung zurückzuführenden Gegenkräfte erreicht wird.
– Im Innern des Rotors werden Kammern (R1) und (R2) an jeder Seite der stützenden Basis des Kolbens (P2) gebildet; diese Kammern variieren an Volumen aufgrund der abwechselnden Bewegung der besagten stützenden Basis des Kolbens, sie werden benutzt, um die Kühlluft im Innern des Motors (3) und (4) zu bewegen.
– Am Deckel des Motors sind kleine Kanäle ausgeführt, die die Kühlluft von den Öffnungen, die durch den besagten Deckel gehen, an geeigneten Verbindungsstellen mit den Kammern (R1) und (R2) bis zu den äusseren Terminalen (T1) und (T2) leiten.
– Ein Terminal (T1) ist für den Einlass von kalter Luft bestimmt, der andere Terminal (T2) dient als Auslass der warmen Luft, nach der Abkühlung des Motors.
– Die erwähnten Terminale (T1) und (T2) sind an die entsprechenden Terminale (U1) und (U2) angeschlossen, die sich am Kanal (n der Zufuhrluft des Motors befinden; im Innern dieses Kanals sind Vorrichtungen mit gebogenen Elementen ausgeführt, die den Auslass der kalten Luft in die Richtung des Terminals (U1) und den Einlass der warmen Luft durch den Terminal (U2) erleichtern.
– Die Nutzung der erwähnten Kühlluft für die Zufuhr des Motors gestattet es, eine beachtliche Ersparnis an Brennstoff zu erreichen.
– Am Ende der Welle (Z) des Motors ist ein Schwungrad (V) befestigt zum Anbringen der Kupplung und mit gezahnter Peripherie zum Anschluss an den Elektro-Anlassermotor. Aufgrund der grossen Regelmässigkeit der Stosskräfte auf den Rotor können das Gewicht und die Trägheit des Schwungrades sehr reduziert sein. Das entgegengesetzte Ende der Welle ist ein Exzenter (X), der den elektrischen Zündungsschalter betätigt.

Beim Betrieb des Motors führt jeder Kolben simultan zwei Takte auf seinem Weg in jeder Kammer und somit die vier Takte in jeder Umdrehungsperiode des Motors aus.
Durch die Öffnung (L1) der ersten Kammer (2), führt der Kolben (P1) durch die Vorderseite die Einlasszeit und durch die Hinterseite die Verdichtungszeit aus. In dieser Phase wird die spätere Ausdehnung der Kammer (C2) progressiv reduziert und die „gasförmige Masse" wird ganz auf die Verbrennungskammer (E) begrenzt, wenn diese vollkommen durch die innere Peripherie des Stators (H1) beschränkt ist und der nächste Kolben sich leicht vorgerückt in der Kammer (D1) befindet; eine kleine Öffnung (I) stellt die Verbindung zwischen der Verbrennungskammer (E) und einer kleinen Kammer her, in der sich eine Zündkerze befindet, die die Verbrennung der gasförmigen Masse und deren Ausdehnung auslöst; die von der besagten Expansion stammende Kraft wirkt auf der ganzen Nutzfläche der Vorderseite des Kolbens (P1), und es wird die höchste Leistung bei der Anwendung der Expansionskraft erreicht; gleichzeitig wird der Ausstoss der von der vorherigen Verbrennung und Expansion stammenden Gase durch die Öffnung (L2) erreicht, die, da sie weit dimensioniert ist, praktisch nicht viel Stockung verursacht.
Diese Betriebsart des Motors gestattet auch, eine beachtliche Ersparnis an Brennstoff zu erreichen.
Die Vereinfachung der Arbeitsfunktionen des Motors unter Vermeidung von grossen Reibungskräften und Trägheitskräften ermöglicht die Anwendung von leichteren Bauelementen, so dass eine Vereinfachung des Baus des Motors und eine bedeutende Reduzierung seines Gewichts im Verhältnis zu seiner Leistungsfähigkeit erreicht wird.

Claims

Brennkraftmaschine, der einen zylindrischen Rotor (B) besitzt, der gleichzeitig Kolben hat, wobei der Rotor im Innern eines Stators (A) eingebaut ist und der Stator aussen von zwei flachseitigen Flächen (F1, F2) und von einer gebogenen peripherischen Fläche begrenzt ist, wobei an der inneren peripherischen Fläche des Stators eine erste Kammer gebildet wird zur Ausführung einer Einlassphase (C1) und einer Verdichtungsphase (C2) sowie eine zweite Kammer zur Ausführung einer Expansionsphase (D1) und einer Ausstossphase (D2), wobei: – die peripherischen Flächen der besagten Kammern zirkular sind und mit Flächen enden, einen unterschiedlichen Krümmungshalbmesser haben, und wobei die Krümmungshalbmesser der der Einlassphase (L1) und der Expansionsphase (D1) benachbarten Flächen geringer sind; – die erwähnten Kammern durch zwei Teilabschnitte (H1, H2) abgeteilt sind, bei denen die peripherische innere Fläche des Stators an die peripherische Fläche des Rotors angepasst ist und weshalb die Ausdehnung der erwähnten Abteilung der Teilabschnitte dem peripherischen Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben entspricht; – die Kolben des Rotors, vorzugsweise vier, jeweils in eine entsprechende Kammer des Rotors eingebaut sind, so dass sie abwechselnd in die Richtung der Kammern des Stators drehen können; – jeder Kolben aus einem ersten Teil, dem Körper des Kolbens (P1), gebildet ist, der in die Richtung der inneren peripherischen Fläche des Stators drehen kann und der ein Profil aufweist, das an der genannten peripherischen Fläche gleitet; und aus einem zweiten Teil, der Basis des Kolbens (P2), die mit einem Ende radial mit dem ersten Teil verbunden ist und das andere Ende in eine Längsrille eines zirkularen Stützbolzens (P3) gelagert hat; – Kammern (R1, R2) im Innern des Rotors gebildet sind, an jeder Seite der entsprechenden Basis des Kolbens (P2), deren Volumen variiert aufgrund der abwechselnden Bewegung der besagten stützenden Basis des Kolbens und die so die Luft zur Abkühlung des Inneren des Motors pumpen; – die Luft des Zufuhrkanals (Y) des Motors zur Abkühlung des Inneren des Motors verwendet wird und dieselbe Luft anschliessend zum Zufuhrkanal für den Gebrauch des Motors zurückkehrt, nachdem sie bei der erwähnten Abkühlung des Motors erwärmt wurde mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen, die die besagten Kammern (R1, R2) mit der erwähnten Leitung (Y) über die Verbindungsstellen (U1, U2) verbinden.
Ein Motor in Übereinstimmung mit der Forderung 1, bei dem ein erster Teilabschnitt (H1) der Kammern des Stators der Zündungsposition der gasförmigen Masse in den Verbrennungskammern an der Peripherie des Rotors zwischen zwei aufeinander folgenden Kolben entspricht, und ein zweiter Teilabschnitt (H2) den Limits der Einlass- (L1) und der Ausstossöffnungen (L2) entspricht.
Ein Motor in Übereinstimmung mit der Forderung 1, bei dem jede Basis des Kolbens (P2) flache Seiten hat, die in der Richtung des Stützbolzens zusammenlaufen (P3).
Ein Motor in Übereinstimmung mit den vorigen Forderungen, bei dem kleine Kanäle an den Seitenflächen des Stators (F1) angebracht sind, die die Kühlluft des Motors von kleinen Öffnungen leiten, die die besagten Flächen an für die Verbindung der Kammern des Rotors (R1, R2) mit den äusseren Terminalen T1, T2) geeigneten Stellen durchqueren; ein Terminal (T1) für den Einlass der kalten Luft bestimmt ist und ein anderer (T2) dem Auslass der warmen Luft dient, nachdem diese den Motor abgekühlt hat.
Ein Motor in Übereinstimmung mit der Forderung 4, bei dem die besagten Terminale (T1, T2) mit entsprechenden Verbindungsstellen (U1, U2) im Zufuhrkanal (Y) verbunden sind, wobei die Verbindungsstellen aus gebogenen Elementen gebildet sind, die sich im Innern des Zufuhrkanals befinden, um den Durchfluss der kalten Luft in die erste Verbindungsstelle (U1) und aus der zweiten Verbindungsstelle (U2) zu erleichtern.