DE69632754T2

DE69632754T2 - Axialkolbenmaschinen

Info

Publication number: DE69632754T2
Application number: DE69632754T
Authority: DE
Inventors: Stephen Noel Duke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: JP3706140B2; EP1264963B1; BR9607968A; ATE269484T1; AU718669B2; EP0821760A4; US6250262B1; DE69632754D1; US20020170511A1; CN1187860A; CN1093590C; WO1996029506A1; CN1190588C; AU4892896A; NZ270736A; US6494171B2; JPH11505579A; EP0821760A1; EP1264963A1; CN1328203A

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft Motoren, Pumpen und andere Vorrichtungen ähnlicher Art und insbesondere eine solche Vorrichtung, die eine Kurbelwelle hat.
STAND DER TECHNIK
Es sind zahlreiche Motoren/Pumpen bekannt, die eine Kurbelwelle verwenden. Solche Motoren/Pumpen sind allgemeiner als Taumelscheibenmotoren/-pumpen bekannt. Taumelscheibenmotoren/-pumpen haben Axialkolben, die an einer Taumelscheibe, die auf einer Ausgangs-/Eingangswelle fest angeordnet ist, unter einem spitzen Winkel angeordnet ist. Im Fall eines Motors wird von den Kolben empfangene Kraft während des Arbeitshubs auf die Taumelscheibe übertragen, wodurch die Taumelscheibe axial verlagert und infolgedessen die Welle gedreht wird. Der Betrieb der Taumelscheibenpumpe erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge, wobei Kraft auf die Eingangswelle aufgebracht wird, um Fluid im Inneren der Zylinder zu verdrängen.
Die heutigen Entwicklungen von Taumelscheibenmotoren/-pumpen umfassen Änderungen der Konfiguration und des Betriebs der Kolben/Zylinder und der Ansaug-/Auslaßschlitze für die Fluide. Die Antriebseinrichtungen von solchen modernen Maschinen sind dennoch sehr komplex und erfordern viele Teile, die sowohl schwierig zusammenzubauen als auch schwierig zu warten sind, und solche Motoren/Pumpen haben außerdem viele Einzelteile, die im Betrieb hohen Reibungskräften ausgesetzt sind.
Die frühere neuseeländische Patentschrift 221 366 zeigt eine Einrichtung zum Umwandeln der Taumelbewegung einer Scheibe in eine Drehbewegung der Welle und umgekehrt. Ferner zeigt sie eine geeignete Möglichkeit der Zuführung von Kraft zu oder von der Scheibe über Innenzylindermotoren oder Hydro-/Druckluftmotoren. Es gibt jedoch kei ne Einzelheiten über irgendwelche Einrichtungen, mit denen der Zylindermotor entweder mit der Scheibe oder der Welle gekoppelt ist bzw. werden kann, damit die Erfindung als kompakte einfache Einheit wirksam sein kann.
Die neuseeländische Patentschrift 150 235 beschreibt eine kontinuierliche Scheibe, die als Kolben im Inneren einer Kammer wirkt. Die Scheibe ist nicht-planar, und ihre Rotation im Kammerinneren bildet Taschen, die bei verschiedenen Drehwinkeln komprimiert und expandiert werden.
Die komplexe Beschaffenheit der Scheibe, der Ausgangs- und der Kurbelwelle, der Kammer und anderer davon abhängiger Einrichtungen machen eine solche Maschine/Pumpe teuer und erschweren ihre Herstellung.
Die neuseeländische Patentschrift 131 852 beschreibt eine Zwei- oder Viertakt-Maschine, die auch als Pumpe arbeiten kann, wobei Kolben mit Kreisquerschnitt, die bogenförmig sind, im Inneren von gekrümmten Zylindern angeordnet sind, die axial um eine Mittelachse herum angeordnet sind. Antriebskraft von den rotierenden Zylindern wird auf den Motorausgangsblock übertragen, wobei bei dieser Erfindung das Kreuzstück ortsfest bleibt.
Die meisten heutigen Motoren/Pumpen vom Taumelscheibentyp benötigen viele komplizierte Teile, um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Schwierigkeiten gibt es beim Abdichten der Zylinder, um sicherzustellen, daß kein Fluid entweicht, sowie bei Montage und Wartung. Solche Maschinen weisen auch Probleme hinsichtlich eines ausgeglichenen Betriebs auf.
Mehrere frühere Veröffentlichungen befassen sich mit Abdichtanordnungen von Maschinen dieser Art. Beispielsweise beschreibt US 3 654 906 eine Abdichtvorrichtung zwischen den bewegten Komponenten von Maschinen dieser Art. Die in US 3 899 880 beschriebene Abdichtanordnung beschreibt jedoch konzentrische Abdichtanordnungen, die voneinander unabhängig an einer Schlitzplatte der Maschine wirksam sind. Jede Dichtung verläuft konzentrisch um die Öffnung des Brennraums herum.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Maschine/Pumpe mit Abdichteinrichtungen bereitzustellen, die der Allgemeinheit zumindest eine brauchbare Wahl bietet.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung besteht somit in einer Zwei- oder Viertakt-Brennkraftmaschine, die folgendes aufweist:
eine Schlitzeinrichtung, die eine Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen vorsieht, die relativ zu der Schlitzeinrichtung festgelegt und jeweils verbunden sind mit (i) einer Luftansaug- oder Luft-/Kraftstoffgemisch-Versorgung bzw. (ii) einem Auslaßsystem,
eine Welle, die relativ zu der Schlitzeinrichtung drehbar ist, wobei die Welle eine Kurbelwelle trägt, die eine zu der Wellenachse schräg verlaufende Kurbelachse hat,
mindestens einen Brennraum, der um die Wellenachse drehbar ist, wobei jeder Brennraum mit irgendeiner niedrigeren Rotationsrate zu der Drehgeschwindigkeit der Welle weiterbewegt wird und wobei jeder Brennraum mindestens einen Schlitz aufweist, der im Betrieb im erforderlichen Maß in und außer betriebsmäßige Verbindung mit jedem von der Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen gebracht werden kann, und
einen Kolben für jeden Brennraum,
eine Kolbensteuerungseinrichtung, die an der Kurbelwelle drehbar gelagert ist und die Kolbenbewegung in jedem Brennraum steuert, während sich die Welle relativ zu dem Brennraum dreht und jede von der Welle und dem Brennraum sich relativ zu der Schlitzeinrichtung dreht,
wobei die betriebsmäßige Verbindung des mindestens einen Schlitzes jedes Brennraums mit jedem von der Serie von Ansaug- und Auslaßkanälen während der entsprechenden Hübe jedes Kolbens in dem Brennraum für den Vier- oder Zweitaktzyklus des Motors erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß:

a) eine Ringdichtung jedem von dem mindestens einen Brennraum zugeordnet und damit um die Wellenachse drehbar ist, zwischen den Brennräumen und der Schlitzeinrichtung angeordnet ist und für jeden Brennraumschlitz eine Öffnung hat, die so angeordnet ist, daß sie mit diesem Brennraumschlitz übereinstimmt, und
b) jeder mindestens eine Schlitz jedes Brennraums darum herum vorgesehen ist, wobei eine ringförmige Dichtung innerhalb einer ringförmigen Nut um den mindestens ei nen Schlitz jedes Brennraums herum angeordnet ist und unter der Ringdichtung die Gestalt der ringförmigen Dichtung und der ringförmigen Nut derart ist, daß ein Zwischenraum innerhalb der Nut vorhanden ist und Verbrennungsfluiddruck, der von dem Brennraum in den Zwischenraum gerichtet wird, die ringförmige Dichtung mit einer Vorbelastung zu der Schlitzeinrichtung hin verlagert, so daß die Ringdichtung an die Schlitzeinrichtung gedrückt wird.

Bevorzugt ist der Zwischenraum ein Hohlraum zwischen der Basis der ringförmigen Nut und der ringförmigen Dichtung.
Bevorzugt definiert ein Brennraumgehäuse als eine Anordnung mindestens drei der genannten Brennräume, wobei sich das Brennraumgehäuse als eine Anordnung um die Wellenachse dreht, wobei jeder der Kolben von jedem der Brennräume innerhalb jedes der Brennräume hin- und herbewegbar und außerdem damit um die Wellenachse drehbar ist.
Bevorzugt ist der Brennraum ein Zylinder, in dem jeder Kolben zwischen den Grenzen des oberen Totpunkts bzw. OT und des unteren Totpunkts bzw. UT bewegbar ist, die von dem Winkel zwischen der Kurbelachse und der Wellenachse definiert sind.
Bevorzugt ist ein Verbindungselement zwischen jedem der Kolben und der Kolbensteuerungseinrichtung vorgesehen, um die Hin- und Herbewegung jedes entsprechenden Kolbens zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt in seinem Zylinder zu steuern.
Bevorzugt weist die Schlitzeinrichtung die Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen in geeigneten Abständen und Sequenzen auf einem Teilkreisdurchmesser einer im wesentlichen ebenen Oberfläche der Schlitzeinrichtung so auf, daß der mindestens eine Schlitz von jedem der Brennräume über einen vorbestimmten Drehbereich mit den Ansaug- und Auslaßschlitzen in Wirkverbindung ist, während sich das Brennraumgehäuse relativ zu der Schlitzeinrichtung dreht.
Bevorzugt dreht sich der mindestens eine Schlitz jedes Brennraums abdichtbar über die im wesentlichen ebene Oberfläche und stellt in Abständen eine Gasverbindung her mit (i) dem Ansaugschlitz während des Ansaughubs des Kolbens zum Ansaugen von Luft oder eines Luft-/Kraftstoffgemischs in den Brennraum und (ii) dem Auslaßschlitz während des Auslaßhubs des Kolbens zur Verdrängung von Abgas aus dem Brennraum, wobei der abdichtbare Eingriff des mindestens einen Schlitzes jedes Brennraums zwischen den Ansaug- und Auslaßschlitzen für die Verdichtungs- und Arbeitshübe eines Viertaktzyklus vorgesehen ist.
Bevorzugt hat jeder Brennraum zwei Schlitze, die über die im wesentlichen ebene Oberfläche während Verdichtungs- und Arbeitshüben abdichtbar drehbar sind, und stellt in Abständen eine Gasverbindung mit dem Ansaugschlitz und dem Auslaßschlitz während des Ansaug-/Spülhubs eines Zweitaktzyklus zum Ansaugen von Luft oder eines Luft-/Kraftstoffgemischs und zur Abgasverdrängung aus dem Brennraum her.
Bevorzugt erstreckt sich jedes Verbindungselement von einem Punkt auf dem Rand der Kolbensteuerungseinrichtung zu seinem zugeordneten Kolben, wobei jedes von den Verbindungselementen ausreichende Freiheitsgrade in bezug auf die Kolbensteuerungseinrichtung hat, um die im wesentlichen lineare Bewegung jedes Kolbens innerhalb jedes Brennraums zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt zuzulassen.
Bevorzugt sind zwei Freiheitsgrade für einen Kolben beim Eingriff des zugeordneten Verbindungselements mit der Kolbensteuerungseinrichtung vorgesehen, wobei ein erster Freiheitsgrad darin besteht, eine radiale Translationsbewegung des Verbindungselements von der Kurbelachse vorzusehen, und ein zweiter Freiheitsgrad darin besteht, eine relative Drehung zwischen der Kolbensteuerungseinrichtung und dem zugeordneten Verbindungselement vorzusehen, und drei Freiheitsgrade sind für den verbleibenden Kolben vorgesehen, nämlich der erste und der zweite Grad und ein dritter Grad in einer Richtung, die zu der von der Kolbensteuerungseinrichtung definierten Rotationsebene tangential ist.
Bevorzugt wird das Brennraumgehäuse von einer Weiterbewegungseinrichtung zu der Abtriebswelle derart weiterbewegt, daß die Drehung der Abtriebswelle in der entgegengesetzten Richtung zu der Drehung des Brennraumgehäuses oder umgekehrt um die Wellenachse proportional ist.
Bevorzugt sind zwei Brennraumanordnungen vorgesehen, von denen jede folgendes hat: Paare von im wesentlichen gegenüberliegenden Kolben, von denen jeweils zwei um die Wellenachse drehbar sind und die jeweils einer entsprechenden Schlitzeinrichtung benachbart angeordnet sind, welche die Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen vorsieht, ein Verbindungselement für jedes Paar von gegenüberliegenden Kolben, das zwischen seinen distalen Enden mit der Kolbensteuerungseinrichtung in Eingriff ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform eines Sechszylinder-Ottomotors der vorliegenden Erfindung;
2 ist teilweise im Querschnitt eine teilweise schematische Darstellung eines Teils des in 1 gezeigten Motors, wobei ein Teil der wesentlichen Geometrie im einzelnen gezeigt ist;
3 ist eine Perspektivansicht einer Komponente der inneren Anordnung des Motors von 1 einschließlich der zwei Zylinderkopfeinrichtungen, der Kolbensteuerungseinrichtung, der Welle und des zugeordneten Getriebes;
4 ist eine Perspektivansicht einiger der Komponenten der inneren Anordnung des Motors von 1 mit den zwei Zylinderkopfeinrichtungen, der Kolbensteuerungseinrichtung und der Welle;
5 zeigt die von der Kurbelachse beschriebene Bahn von dem Punkt X, wie in 2 gezeigt ist;
6 zeigt die von der Kurbelachse beschriebene Bahn durch den Punkt X, wie in 2 gezeigt ist;
7 zeigt die Dreh- und Translationsbewegungen der Kolbensteuerungseinrichtung, der Kurbelachse, der Verbindungseinrichtungen und der Kolben im Betrieb der bevorzugten Ausführungsform des Motors der vorliegenden Erfindung gemäß 1;
8 ist eine Draufsicht auf die Zylinderkopfeinrichtungen und die zugeordneten Zylinder des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von 1;
9 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie AA von 8;
10 ist eine Perspektivansicht einer der Zylinderkopfeinrichtungen von 1, die außerdem das zugehörige Innenrad trägt;
11 ist eine Teilperspektivansicht, die im einzelnen einen Schlitz der Zylinderkopfeinrichtung und des zugehörigen Zylinders zeigt;
12 u. 13 sind Perspektivansichten einer Kurbelwelle, einer Welle und von Ausgleichsmassen von 1;
14 ist eine Perspektivansicht der Kolbensteuerungseinrichtung des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1;
15 ist eine Perspektivansicht der Kolbensteuerungseinrichtung, die an der Kurbelwelle angebracht ist;
16 ist eine Endansicht einer Verbindungseinrichtung eines Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1, wobei die gezeigte Verbindungseinrichtung zwei Translationsfreiheitsgrade und einen Rotationsfreiheitsgrad hat;
17 ist eine Schnittansicht eines Teils der Verbindungseinrichtung von 16;
18 ist eine Draufsicht auf den Stift der Verbindungseinrichtungs zur Anbringung der Verbindungseinrichtung an der Kolbensteuerungseinrichtung;
19 ist eine Seitenansicht des Verbindungseinrichtungsstifts von 18;
20 ist eine Querschnittsansicht der in 17 gezeigten Verbindungseinrichtungsbuchse;
21 ist eine Perspektivansicht des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1, wobei die Schlitzeinrichtung und das Endelement an einem Ende abgenommen sind;
22 ist eine Perspektivansicht eines Teils des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1;
23 ist eine Perspektivansicht der Planetenräder und zugeordneten Stützringe des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1;
24 ist eine Perspektivansicht, die den Eingriff der Planetenräder mit dem Innenrad des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 zeigt;
25 ist eine Draufsicht, die zum Teil die Verzahnung des Innenrads, der Planetenräder und des Wellenzahnrads zeigt;
26 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie AA von 25;
27 ist eine Perspektivansicht eines Endelements des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1;
28 ist eine alternative Perspektivansicht des Endelements und der Schlitzeinrichtung von 27;
29 ist eine Draufsicht auf das Endelement von 27;
30 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie AA von 29;
31 ist eine Draufsicht auf das Endelement von 29, mit dem die Schlitzeinrichtung in Eingriff ist und an dem die bevorzugte Konfiguration einer Schlitzeinrichtungskühlung veranschaulicht wird;
32 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie AA von 31;
33 ist eine teilweise Unteransicht der Schlitzeinrichtung und des Endelements von 28;
34 ist eine Perspektivansicht des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1, wobei zusätzliche Teile wie Vergaser, Luftfilter, Auspuffe, Startermotoren, Wicklungen und Drosselklappenstellelemente gezeigt sind;
35 zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu der Schlitzeinrichtung des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1, wobei sich die Kurbel entgegengesetzt zu den Zylindern dreht;
35A zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu den Schlitzeinrichtungen des Motors der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß 1, wobei sich die Kurbel mit den Zylindern dreht;
36 zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu den Schlitzeinrichtungen beim Betrieb einer Zylinder-/Schlitzkonfiguration einer dem Motor von 1 ähnlichen Maschine, die fünf Paare von gegenüberliegenden Zylindern hat, wobei sich die Kurbel mit den Zylindern dreht;
36A zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu den Schlitzeinrichtungen beim Betrieb einer Zylinder-/Schlitzkonfiguration einer dem Motor von 1 ähnlichen Maschine, die fünf Paare von gegenüberliegen den Zylindern hat, wobei sich die Kurbel entgegengesetzt zu den Zylindern dreht;
37 zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu den Schlitzeinrichtungen einer alternativen Form des Motors von 1, wobei sieben Paare von gegenüberliegenden Zylindern vorgesehen sind und die Kurbel sich gleichsinnig mit den Zylindern dreht;
37A zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylindern relativ zu den Schlitzeinrichtungen einer alternativen Form des Motors von 1, wobei sieben Paare von gegenüberliegenden Zylindern vorgesehen sind und die Kurbel sich gegensinnig zu den Zylindern dreht;
38 zeigt eine alternative Anordnung des Motors der vorliegenden Erfindung, wobei keine Relativdrehung zwischen den Zylinderkopfeinrichtungen und den Schlitzeinrichtungen stattfindet;
39 zeigt noch eine andere Anordnung des Motors der bevorzugten Form der Erfindung gemäß 1, wobei eine diskontinuierliche Welle verwendet wird;
40 ist ein Querschnitt durch noch eine alternative Form der vorliegenden Erfindung, wobei eine teilsphärische Zylinderanordnung verwendet wird;
41 ist eine teilweise geschnittene Perspektivansicht eines Motors der in 40 gezeigten Ausführungsform der Erfindung;
42 ist eine Draufsicht auf die Kolben des Motors der 41 und 40;
43 zeigt eine Sequenz von Positionen von Zylinderkammern relativ zu den Schlitzen im Betrieb eines Sechs- oder Dreizylindermotors eines Motors der vorliegenden Erfindung gemäß 41;
44 ist ein Schnitt durch eine andere bevorzugte Form des Motors der vorliegenden Erfindung gemäß 1, der zum Zweitaktbetrieb ausgebildet ist;
45 ist ein Schnitt durch eine alternative Anordnung des Motors von 44;
46 ist ein Schnitt durch den Motor von 1, wobei die Ströme von Schmierfluid und Kühlfluid gezeigt sind;
47 ist eine mehr detaillierte Ansicht des Teils von 1 um die Zylinderkopfeinrichtung herum;
48 ist eine Draufsicht auf ein Endelement, wobei die relativen Winkel zwischen Schlitzen und Zündkerzen gezeigt sind;
49 ist eine mehr detaillierte Ansicht des Teils von 1 um das Innenrad herum.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die am meisten bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die hier im einzelnen beschrieben wird, ist eine Brennkraftmaschine mit drei Paaren von gegenüberliegenden Kolben. Der Motor ist in 1 im Querschnitt zu sehen, und verschiedene Einzelheiten seiner Komponenten und des Betriebs sind in den 2 bis 33 gezeigt. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der in 1 gezeigte Motor aus einer Welle 1, die sich im wesentlichen vollständig durch den Motor erstreckt und eine Kurbelwelle 2 trägt, die eine zu der Wellenachse 1^A schräge Kurbelachse 2^A hat. Der Winkel zwischen der Wellenachse 1^A und der Kurbelachse 2^A wird nachstehend beschrieben und als Kurbelwinkel bezeichnet. Es wird zwar eine Welle beschrieben, die ein in bezug auf die Kurbelwelle separates Element ist, aber die gesamte Kurbelwellen-/Wellenanordnung kann ein Teil (d. h. die Kurbelwelle) sein.
Die Rotation der Welle 1 um ihre Wellenachse 1^A dreht die Kurbelwelle 2 um die Wellenachse 1^A . 6 zeigt die Bahn, die von der Kurbelachse 2^A um die Wellenachse 1^A be schrieben wird. An einem Punkt X, an dem sich die Kurbelachse 2^A und die Wellenachse 1^A schneiden, gibt es keine Relativbewegung der Kurbelachse 2^A zu der Wellenachse 1^A .
Eine Kolbensteuerungseinrichtung 3 wird von der Kurbelwelle 2 getragen und ist fähig, sich um die Kurbelachse 2^A zu drehen. Am meisten bevorzugt ist die Kolbensteuerungseinrichtung 3 über Schrägrollenlager 50 an der Kurbelwelle 2 drehbar angebracht. Bevorzugt befinden sich diese Lager an jedem Ende der Kurbelwelle, so daß die Kolbensteuerungseinrichtung 3 in Axialrichtung zu der Kurbelwelle 2 positioniert ist. Die Lager stellen ferner sicher, daß die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung im wesentlichen unter 90° relativ zu der Kurbelachse 2^A bleibt. Es ist zwar nicht vorteilhaft, jedoch möglich, daß die Erfindung ausgeführt wird, wenn die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung und die Kurbelachse 2^A nicht unter 90° zueinander liegen.
Die Kolbensteuerungseinrichtung 3 steuert die Hin- und Herbewegung von drei Paaren von Gegenzylindern 6. Es ist daran gedacht, daß jede beliebige Anzahl von Paaren von Gegenzylindern bei einem Motor der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, und dies wird später noch kurz erläutert. Die Kolben 6 befinden sich an den distalen Enden von Verbindungseinrichtungen 4, die von der Kolbensteuerungseinrichtung 3 entfernt und an dem Umfang derselben angeordnet sind. Bei der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung sind drei Verbindungseinrichtungen 4 von der Kolbensteuerungseinrichtung entfernt und an dem Umfang derselben in Abständen von 120° angeordnet. Jede Verbindungseinrichtung 4 ist um die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung herum mit symmetrischer Gestalt positioniert, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, und eine asymmetrische Verbindungseinrichtung 4, die sich zu der zugeordneten Geometrie ändert, kann bei diesem Motor verwendet werden.
Die Kolben können jeden beliebigen Querschnitt in bezug auf ihre Hin- und Herbewegungsachse haben, bei der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung sind die Kolben jedoch mit Kreisquerschnitt gezeigt.
Jeder Kolben kann im Inneren eines komplementären Zylinders 12 hin- und hergehen.
Die Zylinder 12 sind in Zylinderkopfeinrichtungen 5 angebracht, die die Zylinder 12 in einer komplementären Anordnung zu den Kolben halten. Die Zylinder können aus einem einheitlichen Teil als Teil der Zylinderkopfeinrichtung 5 beispielsweise durch Gießen und Bearbeiten oder, wie bei der bevorzugten Ausführungsform, aus einzelnen Teilen hergestellt sein.
Bei einer am meisten bevorzugten Ausführungsform hat der Motor zwei Zylinderkopfeinrichtungen, und zwar eine für jede Gruppe der gegenüberstehenden Kolben.
Jede Zylinderkopfeinrichtung 5 und jeder Zylinder 12 kann sich um die Wellenachse 1^A drehen und ist von einem Punkt X gleichbeabstandet, wie 1 zeigt. Die Verwendung von Zylinderkopfeinrichtungs-Lagern 52 zwischen der Zylinderkopfeinrichtung 5 und der Welle 1 bildet eine geeignete Einrichtung, um eine solche Rotation zu ermöglichen. Bevorzugt sind diese Lager Kugellager, aber andere geeignete Lagerausführungen können verwendet werden.
Die Rotation von jeder der zwei Zylinderkopfeinrichtungen 5 um die Wellenachse 1^A ist synchron. Diese synchrone Rotation wird bei der bevorzugten Form durch Verwendung von Zylinderkopfeinrichtungs-Verbindern 53 erreicht. Diese Zylinderkopfeinrichtungs-Verbinder 53 sind an ihren distalen Enden an jeder der Zylinderkopfeinrichtungen 5 über ein geeignetes Befestigungselement wie einen Bolzen oder eine Maschinenschraube befestigt. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind drei Zylinderkopfeinrichtungs-Verbinder 53 vorgesehen, der Fachmann erkennt jedoch, daß jede beliebige Anzahl solcher Verbinder 53 oder anderer Konfigurationen davon eine synchrone Rotation der beiden Zylinderkopfeinrichtungen 5 gewährleistet.
Jeder Zylinderkopfeinrichtung 5 benachbart sind Schlitzeinrichtungen 13 angeordnet, die bei der bevorzugten Form der Erfindung gemäß 1 auch Zündkerzen 57 zum Zünden des Kraftstoffs in den Zylindern 12 zu geeigneten Zeitpunkten tragen.
Die Schlitzeinrichtungen 13 sind jeweils durch Endelemente 54 positioniert. Jedes Endelement 54 positioniert die Welle 1 durch die Verwendung von Endelementlagern 55, die eine mit der Welle 1 koaxiale Rotationsachse haben. Die Lager erlauben die Rotation der Welle 1 relativ zu den Endelementen 54. Bevorzugt sind die Lager 55 Schrägrollenlager, die fähig sind, sowohl gegen radiale als auch gegen axiale Kräfte abzustützen.
Jede der Schlitzeinrichtungen hat Schlitze für das Ansaugen von Kraftstoff in jeden Zylinder und das Auslassen von Verbrennungsgasen aus jedem Zylinder. Die Lage der Schlitze in der Schlitzeinrichtung 13 und den Endelementen 54 erlaubt das Zuströmen von Kraftstoff während des Ansaughubs jedes Kolbens und den Austritt von Abgasen während des Auslaßhubs jedes Kolbens einer Viertaktmaschine. Zusätzlich positionieren die Schlitzeinrichtungen in geeigneten Abständen Zündkerzen für die Zündung des Kraftstoffs, wenn sich der Kolben an oder nahe seinem oberen Totpunkt OT befindet. Die Rotation der Zylinderkopfeinrichtungen relativ zu den Schlitzeinrichtungen um die Wellenachse 1^A erlaubt es, daß die Schlitze und die Zündkerzen 57 jedem Zylinder in der richtigen Sequenz präsentiert werden.
Eine Rotationsbeziehung zwischen den Zylinderkopfeinrichtungen 5 und der Welle 1 wird durch die Verwendung von Zahnrädern erreicht. Bei der bevorzugten Ausführungsform trägt eine der Zylinderkopfeinrichtungen einen Zahnring 19. Dieser Zahnring 19 ist mit Planetenrädern 10 in Eingriff, die ihren benachbarten Endelementen 54 zugeordnet sind. Sie sind um ihre Achsen drehbar, um die Zylinderkopfeinrichtungen 5 und den Wellenzahnkranz 11 weiterzudrehen.
Die durch die Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder 12 erzeugte Expansionskraft wird von den Kolben 6 durch die Verbindungseinrichtungen 4 auf die Kolbensteuerungseinrichtungen 3 übertragen. Dieses Moment um den Punkt X ergibt ein auf die Kurbelwelle 2 wirkendes Moment. Ein solches auf die Kurbelwelle 2 aufgebrachtes Moment bewirkt deren Drehverlagerung um die Wellenachse 1^A und bewirkt eine entsprechende Drehbewegung der Welle.
Jede der Schlitzeinrichtungen 13 hat darin vorgesehene Schlitze für das Ansaugen und Auslassen von Kraftstoff in die bzw. aus den Zylindern 12. Diese Schlitze sind auf einem Teilkreisdurchmesser von der Wellenachse 1^A angeordnet und mit den Öffnungen zu jedem Zylinder über einen bestimmten Bereich von Winkelrotation der Zylinderkopfeinrichtungen 5 ausgefluchtet. Während sich die Welle 1 infolge der auf die Kurbelwelle 2 wirkenden Kraft dreht, wird die Drehbewegung über die Planetenräder 10 auf die Zylinderkopfeinrichtungen 5 übertragen. Wenn sich die Welle 1 dreht, laufen die Zylinderkopfeinrichtungen 5 um die Wellenachse 1^A um. Das Umlaufen der Zylinderkopfeinrichtungen 5 um die Wellenachse 1^A bewirkt, daß die Öffnungen zu jedem Zylinder 1) mit den Ansaug-/Auslaßschlitzen während bestimmter Bereiche von Umlaufpositionen jedes Zylinders ausgefluchtet werden und 2) während anderer Rotationspositionen geschlossen werden. Die Drehpositionen der Zylinderkopfeinrichtungen relativ zu den Schlitzeinrichtungen bei einem Viertaktmotor sind derart, daß:

(a) das Kraftstoffgemisch in den Zylinder 12 während des Abwärts- oder Verbrennungstakts des Kolbens 6 durch Ansaugschlitze angesaugt (oder geblasen) werden kann,
(b) das Kraftstoffgemisch während des Aufwärts- oder Verdichtungshubs des Kolbens 6 verdichtet (und bei Dieselmotoren auch eingespritzt) werden kann,
(c) das zur Verbrennung bestimmte Kraftstoffgemisch fähig ist, in dem Zylinder 12 gezündet und entspannt zu werden, wodurch der Kolben 6 während des Verbrennungshubs abwärts gedrückt wird,
(d) Abgasfluide aus dem Zylinder 12 während des Aufwärts- oder Auslaßhubs des Kolbens 6 durch Auslaßschlitze 8 ausgestoßen werden können.

Bei der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform des Motors induzieren die Planetenräder 10 eine Rotation in der Zylinderkopfeinrichtung 5 in einer zu der Drehung der Welle 1 entgegengesetzten Richtung.
Bei einer alternativen Anordnung der Planetenräder und des Ringrads, wobei das Ringrad von der Schlitzeinrichtung 13 getragen wird und die Planetenräder von der Zylinderkopfeinrichtung 5 getragen werden, wird ein Drehen der Welle 1 und der Zylinder/Zylinderkopfeinrichtungen und Kolben miteinander erreicht.
35 ist eine Sequenz, die die Ausfluchtungen der Zylinderöffnungen 12' in der Zylinderkopfeinrichtung 5' relativ zu den Ansaug-/Auslaßschlitzen der Schlitzeinrichtung 13' zeigt. Dabei ist der Motor von 1 gezeigt, wobei die Kurbelwelle sich entgegengesetzt zu den Zylindern mit einer Rotation von 3 : 1 dreht, so daß vier Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle erhalten werden.
Der Pfeil C in 35 ist die Drehrichtung der Kurbelwelle, und der Pfeil TDC ist die obere Totpunktlage der Kurbelwelle.
Im Verlauf um die Zylinderöffnung 12' herum ist zu sehen, daß beim oberen Totpunkt bzw. OT der Zylinder 12' sowohl zu dem Ansaugschlitz 15' als auch dem Auslaßschlitz 8' in der Schlitzeinrichtung 13' hin teilweise exponiert ist. Beim oberen Totpunkt sind die Auslaßfluide im wesentlichen sämtlich aus dem Zylinder 12' ausgestoßen worden. Unmittelbar nach Erreichen des oberen Totpunkts durch den Kolben 6' wird durch den Ansaugschlitz 15' Kraftstoffgemisch in den Zylinder 12' angesaugt (oder geblasen). Während sich der Kolben von der oberen Totpunktlage abwärts bewegt, gelangt der Zylinder 12' in vollständige Ausfluchtung mit dem Ansaugschlitz 15' (Einlaß 90°).
Bei vollständigem unterem Totpunkt bzw. UT wird der Zylinder 12' durch die Schlitzeinrichtung vollständig abgedichtet, und während sich der Kolben 6' durch den unteren Totpunkt bewegt, beginnt der Kraftstoff im Inneren des Zylinders 12' verdichtet zu werden.
Während sich der Kolben 6' zum oberen Totpunkt hin bewegt, wird das Kraftstoffgemisch gezündet. Bei Motoren, die Mineralöl als Kraftstoff verwenden, wird diese Zündung durch das Zünden einer Zündkerze ausgelöst. Kraftstoffe wie etwa Dieselkraftstoff entzünden sich jedoch infolge ihrer Verdichtung, so daß keine Zündungsauslöseeinrichtung erforderlich ist. Diese alternative Betriebsart wird nachstehend im einzelnen erläutert.
Während sich der Kolben 6' infolge der Verbrennung des Kraftstoffgemischs vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt, wird Arbeit über die Verbindungseinrichtung 3 und die Kurbelwelle 2 auf die Welle übertragen. Wenn der Kolben 6' den unteren Totpunkt erreicht, gelangt die Zylinderkammer 12' in Ausfluchtung mit einem zweiten Auslaßschlitz 8', der sich in der Schlitzeinrichtung 13 befindet. Während der Kolben den unteren Totpunkt durchläuft und zum oberen Totpunkt zurückkehrt, können Auslaßfluide durch den Auslaßschlitz 8' ausgestoßen werden. Danach wird die Sequenz für die nächsten Verdichtungs-, Arbeits-, Auslaß- und Ansaughübe wiederholt. Die Positionierung der Ansaug- und Auslaßschlitze und Zündkerzen an der Schlitzeinrichtung und das Weiterbewegen der Kopfeinrichtung zu der Welle 1 und den Schlitzeinrichtungen 13 resultiert darin, daß die Öffnungen zu den Zylindern 12 mit den richtigen Schlitzen und Zündkerzen in den richtigen axialen Positionen von jedem der Kolben relativ zu den Zylindern ausgefluchtet werden. Da der Motor der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein doppeltwirkender Motor ist, sind die Schlitze und Zündkerzen der beiden Schlitzeinrichtungen nicht miteinander ausgefluchtet, d. h. wenn einer von einem Paar von Kolben seinen Arbeitshub durchläuft, befindet sich der andere des Paars von Kolben am meisten bevorzugt in seinem Auslaßhub. Alternativ befindet sich, während der eine des Paars von Kolben seinen Arbeitshub durchläuft, der andere des Paars von Kolben in seinem Verdichtungshub. Die folgende Tabelle 1 zeigt die Alternativen zu den Hüben, die von einem Paar von Kolben eines Viertaktmotors durchlaufen werden können.
TABELLE 1
35A ist ein Motor nach 1, wobei die Kurbelwelle und die Zylinder sich miteinander drehen. Infolgedessen ist das Kurbel-/Zylinder-Übersetzungsverhältnis 9 : 1, und bei vier Ansaug- und vier Auslaßschlitzen pro Endelement resultieren 2,7 Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle.
2 zeigt einen Teil des Motors von 1 und zeigt den schrägen Winkel (Kurbelwinkel) zwischen der Kurbelwellenachse 2^A und der Wellenachse 1^A . Die Rotationsebene der Kolbensteuerungseinrichtung 3 ist durch die zu der Kurbelwellenachse 2^A senkrechte Ebene 3^A definiert. Durch die Drehung der Kurbelwelle 2 um die Wellenachse 1^A werden die distalen Enden der Kolbensteuerungseinrichtung 3 veranlaßt, einem Ort eines Zentroidbogens am Punkt X zu folgen. Der Kurbelradius 58 ist der Radius der Kolbenbolzen vom Punkt X, die die Verbindungseinrichtungen 4 mit den Kolben 6 verbinden, wenn sie sich am oberen und am unteren Totpunkt befinden. Da die Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylindern entlang einer linearen Achse (der Kolbenachse 6^A ) verläuft, gibt es eine geringe Differenz hinsichtlich der Bahn, der jeder Kolben zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt folgt, und dem Kurbelradius 58. Diese Differenz wird dadurch ausgeglichen, daß zugelassen wird, daß sich die Verbindungseinrichtungen radial relativ zu der Kolbensteuerungseinrichtung entlang der Rotationsebene 3^A der Ebene der Kolbensteuerungseinrichtung bewegen. Die Bahndifferenz wird dadurch minimiert, daß sichergestellt wird, daß die zu der Kolbenachse Normale in der Mitte zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt jedes Kolbens durch den Schnittpunkt der Kurbelwellenachse 2^A und der Wellenachse 1^A am Punkt X geht, wie 2 zeigt.
Die 3 und 4 sind Perspektivansichten der inneren Komponenten des Motors von 1, wobei die Zylinder 12 nicht dargestellt sind. Das Ringrad 19 ist an einer der Zylinderkopfeinrichtungen 5 unter Verwendung eines geeigneten Befestigungsmittels wie etwa Bolzen oder Maschinenschrauben befestigt. Es ist nur an einer der Zylinderkopfeinrichtungen 5 angeordnet. Bei der am meisten bevorzugten Form hat das Ringrad 19 eine Geradverzahnung, aber es ist daran gedacht, daß Schrägzahnräder oder Doppelschrägzahnräder ebenfalls geeignet sind. Das Ringrad 19 ist an der Zylinderkopfeinrichtung 5 so positioniert, daß sein Mittelpunkt mit der Wellenachse 1^A koinzident ist.
24 ist eine Perspektivansicht des Ringrads 19, das komplementär verzahnten Planetenrädern 10 zugeordnet ist. Die Planetenräder sind in fester Beziehung zueinander durch Verwendung eines Rings 59 und eines Planetenradanbringplatte 86 gehalten, die die Drehachse von jedem der Planetenräder in einer festen Beziehung halten.
25 ist eine Draufsicht auf das Ringrad 19, die Planetenräder 10, den Ring 59 und die Wellenverzahnung 11. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden zwar drei Planetenräder 10 verwendet, der Fachmann erkennt jedoch, daß jede beliebige Anzahl solcher Planetenräder, die zwischen dem Ringrad 19 und der Wellenverzahnung 11 angeordnet sind, verwendet werden kann. Die Achsen der Planetenräder sind relativ zu den Schlitzeinrichtungen 13 und dem Endelement 54 ortsfest gehalten. Das wird erreicht durch Befestigen der Anbringplatte 86 an dem Endelement 54 mit mehreren Befestigungselementen wie Schrauben, Bolzen oder Maschinenschrauben. Wenn die Planetenräder 10 ortsfest gehalten werden, resultiert eine Rechtsdrehung des Ringrads 19 in einer Linksdrehung der Wellenverzahnung 11. Es ist daran gedacht, daß, obwohl bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung mit ihrer bevorzugten Verzahnungsanordnung die Endelemente ortsfest gehalten werden, alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine ortsfeste Welle 1 oder eine ortsfeste Zylinderkopfeinrichtung 5 haben können. Bei solchen Konfigurationen ist die Relativdrehung der Welle 1, der Endelemente und Schlitzeinrichtungen und der Zylinderkopfeinrichtungen so, wie die folgende Tabelle 2 zeigt.
TABELLE 2
Wenn die Zylinderkopfeinrichtung 5 und die Welle 1 durch die geeignete Anordnung des Ringrads und der Planetenräder gleich drehen, sind die relativen Rotationen der Welle 1, der Endelemente und der Schlitzeinrichtungen sowie der Zylinderkopfeinrichtungen so, wie in der folgenden Tabelle 3 angegeben ist.
TABELLE 3
49 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs von 1 um das Ringrad und die Lager herum.
26 ist eine Schnittansicht durch AA von 25. Am meisten bevorzugt hat die Wellenverzahnung 11 eine Hülsenanordnung, so daß sie über die Welle 1 geschoben werden kann. Um sicherzustellen, daß die Wellenverzahnung auf der Welle 1 drehbar befestigt ist, wird ein Stift-, Keil- oder Nuteingriff bevorzugt. Der Fachmann erkennt jedoch, daß viele andere Möglichkeiten zum Befestigen und/oder Anordnen einer Wellenverzahnung auf der Welle existieren. Beispielsweise kann die Verzahnung als Teil der Welle herausgearbeitet sein oder darauf aufgeschrumpft sein, da aber ein Härten der Verzahnung zu bevorzugen ist, ist sie eine separate Verzahnung.
Die 12 und 13 sind Perspektivansichten der Welle 1 und der Wellenverzahnung 11, der Kurbelwelle 2 und der Ausgleichsmassen 60. Die Welle 1 besteht am meisten bevorzugt aus mittelfestem Zugstahl und hat einen abgestuften Durchmesser, dessen größter Bereich in der Mitte liegt, damit die Kurbelwelle 2, die Ausgleichsmassen 60, die Wellenverzahnung 11 und die Wellenlager gleitbar auf der Welle 1 positioniert werden können.
Die Kurbelwelle 2 hat kreisförmigen Querschnitt mit einer zu der Kurbelachse 2^A schrägen Bohrung. Die Mittellinie der Bohrung schneidet die Kurbelwellenachse 2^A am meisten bevorzugt an dem Zentroid der Kurbelwelle.
Die Kurbelwelle 2 ist an der Welle 1 durch Verwendung eines Zapfens befestigt. Alternativ kann die Kurbelwelle an der Welle 1 unter Anwendung von Keilverzahnungen, Keilnuten oder Aufschrumpfen oder von sämtlichen genannten Methoden befestigt sein. Alternativ kann die Kurbelwelle durch maschinelles Bearbeiten der Welle 1 geformt sein. Ausgleichsmassen 60 sind an der Welle 1 befestigt, um sicherzustellen, daß im Betrieb des Motors die Unwuchtkräfte der drehenden und hin- und hergehenden Massen von Teilen minimal sind. Die Ausgleichsmassen 60 bestehen am meisten bevorzugt aus mittelfestem Zugstahl und sind an der Welle 1 unter Verwendung von Zapfen befestigt. Auch hier können, wie bereits beschrieben, alternative Formen zum Befestigen solcher Massen verwendet werden. Da die Bewegung der hin- und hergehenden Teile sinusförmig ist, d. h. eine einfache harmonische Bewegung ist, werden nur primäre Unwuchtkräfte erzeugt. Das bedeutet, daß die beiden Ausgleichsmassen theoretisch Unwuchtmassen ausgleichen können, wobei keine Rest-Unwuchtkraft verbleibt. Eine einfache Berechnung der Unwuchtkräfte auf die Welle 1 während des Betriebs des Motors kann den Ort, die Form und Größe der Ausgleichsmassen 60, die geeignet sind, bestimmen.
Alternativ können die Kurbelwelle und die Welle aus einem Stahlbarren geeigneter Güte geschmiedet sein.
An der Kurbelwelle 2 ist die Kolbensteuerungseinrichtung 3 angebracht. Die Kolbensteuerungseinrichtung 3 ist durch Verwendung von Lagern 50 um die Kurbelachse 2^A drehbar. Wie 1 zeigt, sind die Lager 50 Schrägrollenlager. Alternativ können Kugellager verwendet werden, aber wegen der Momente, die durch die Hin- und Herbewegung der Kolben erzeugt werden, ist es vorteilhaft, daß die Lager eine Schubkraftkomponente aufnehmen können. wie Schrägrollenlager 50 sind an den Enden der Kurbelwelle 2 angebracht, wie 1 zeigt. Die Kolbensteuerungseinrichtung 3 weist einen Ring 61 auf, wie 14 zeigt, der eine Innenbohrung hat, so daß er mit dem äußeren Laufring der Schrägrollenlager 50 in Eingriff gelangen kann. Dadurch wird sichergestellt, daß die Kolbensteuerungseinrichtung in Axialrichtung daran gehindert wird, sich relativ zu der Kurbel welle zu bewegen. Ringförmige Druckplatten 73 sind an der Kurbelwelle mit Maschinenschrauben positioniert, um die Lager axial dazu festzulegen.
Von dem Ring 61 der Kolbensteuerungseinrichtung gehen radial Kolbensteuerungseinrichtungs-Schenkel 62 aus. Die Anzahl der Schenkel 62 der Kolbensteuerungseinrichtung entspricht der Anzahl von Paaren von Kolben 6, die in dem Motor verwendet werden.
Die Kolbensteuerungseinrichtung kann jede beliebige Gestalt haben und braucht nicht unbedingt Schenkel aufzuweisen, die in 14 gezeigt sind. Alternativ kann die Kolbensteuerungseinrichtung eine Scheibe sein, an deren Umfang Verbindungseinrichtungen positioniert sein können.
Mit den distalen Enden der Schenkel 62 der Kolbensteuerungseinrichtung 3 sind Verbindungseinrichtungen verbunden. 16 zeigt die Endansicht einer Verbindungseinrichtung 4. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist eine Verbindungseinrichtung 4 an den distalen Enden von jedem der Schenkel 62 positioniert, und jede steuert ein Paar von gegenüberliegenden Kolben. Es ist jedoch daran gedacht, daß dieser Motor in einem Einzelwirkungsmodus arbeiten kann, wobei jede Verbindungseinrichtung nur einen Kolben steuern würde. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist der Motor jedoch doppeltwirkend, da in dieser Betriebsart die Unwuchtkräfte und Momente am einfachsten auszugleichen sind. Außerdem ist die Konstruktion der Motorausführungsform für eine einzelwirkende Zylinderanordnung nicht viel weniger komplex gegenüber einer doppeltwirkenden Zylinderanordnung mit der doppelten Leistungsfähigkeit.
Jeder Kolben ist mit einem distalen Ende einer Verbindungseinrichtung 4 durch die Verwendung einer Standard-Kolbenbolzenanordnung verbunden, die das Kolbenbolzenloch 84 in der Verbindungseinrichtung durchsetzt.
Die Verbindungseinrichtung 4 ist mit der Kolbensteuerungseinrichtung 3 durch einen Verbindungseinrichtungs-Stift 63 verbunden. Der Stift 63 ist bevorzugt in ein Loch in der Kolbensteuerungseinrichtung eingepreßt, kann aber alternativ ein Teil davon sein. Der Stift 63 der Verbindungseinrichtung liegt in einer Buchse 64, die im Inneren einer Bohrung der Verbindungseinrichtung 4 festgelegt ist, wie 17 zeigt. Aufgrund der Aus fluchtung der Zylinderachse mit der Wellenachse ist die Wellenachse 1^A mit der Symmetrieebene 4^A der Verbindungseinrichtung 4 gemäß 16 koinzident.
Infolge der Rotation der Kolben sowohl um die Kurbelwellenachse 2^A als auch die Wellenachse 1^A muß die die Kolben tragende Verbindungseinrichtung 4 relativ zu der Kolbensteuerungseinrichtung 3 um die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung drehbar sein. Die Buchse 64 der Verbindungseinrichtung, die in den 17 und 20 zu sehen ist, ermöglicht diesen Rotations-Freiheitsgrad der Verbindungseinrichtung 4 um die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung. Viele alternative Möglichkeiten zur Erzielung dieser Relativdrehung zwischen der Verbindungseinrichtung 4 und der Kolbensteuerungseinrichtung 3 sind denkbar. Sie umfassen die Verwendung von Rollen- oder Kugellagern, die an der Kolbensteuerungseinrichtung oder irgendwo entlang den Schenkeln 62 der Kolbensteuerungseinrichtung positioniert sind. Alternativ kann eine Anordnung vom Gelenktyp als Teil der Verbindungseinrichtung 4 verwendet werden, die eine Schwenkachse hat, um eine Relativbewegung zu der Verbindungseinrichtung 4 zuzulassen.
Da die Verlagerung der Kolben innerhalb der Zylinder und relativ zu den Zylindern linear ist, die Rotation der Kurbelwelle 2^A um die Welle 1^A jedoch bewirkt, daß der Ort (relativ zum Zylinder) der Kolbensteuerungseinrichtung ein Bogen ist, der am Punkt X ein Zentroid hat (in 2 gezeigt), ist ein zweiter Freiheitsgrad der Verbindungseinrichtung 4 relativ zu der Kolbensteuerungseinrichtung 3 wesentlich. Dieser zweite Freiheitsgrad ist auch für die Buchse 64 der Kolbensteuerungseinrichtung vorgesehen. Die Buchse kann im Inneren der Bohrung der Verbindungseinrichtung 4 entlang der Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung vorwärts und rückwärts gleiten.
Das Ausmaß der Differenz der Bahn jedes Kolbens im Inneren des Zylinders und des Orts der Kolbensteuerungseinrichtung ist dadurch minimiert, daß der Kolbenbolzen in einer Entfernung von der Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung so positioniert ist, daß in der Mitte der Linie zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt des Kolbenbolzens die dazu Normale an dem Punkt X kreuzt (dem Schnittpunkt der Kurbelwellenachse 2^A und der Wellenachse 1^A ), wie 2 zeigt. Bei der am meisten bevorzugten Form sind die Verbindungseinrichtungen um die Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung symmetrisch, und in diesem Ausmaß ist die wesentliche Geometrie der Zylinderkopfeinrichtungen und der Zylinder im wesentlichen symmetrisch um die zu der Wellenachse 1^A normale Achse.
Die Rotation der Kolben um die Kurbelwellenachse 2^A und ihre Rotation um die Wellenachse 1^A bewirkt noch eine weitere Differenz der relativen Verlagerung der Kolbensteuerungseinrichtung zu jedem entsprechenden Zylinder. Die Differenz geht zurück auf die nichtsynchrone taumelnde Rotation der Kolbensteuerungseinrichtung 3 um die Kurbelwellenachse 2^A und der Zylinderkopfeinrichtungen 5 um die Wellenachse 1^A , gesehen aus der Richtung der Wellenachse 1^A . Während sich die Kolben synchron mit den Zylinderkopfeinrichtungen 5 drehen, muß die nichtsynchrone Rotation der Kolbensteuerungseinrichtungen 3 zu den Kolben 6 irgendwo dazwischen absorbiert werden. Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform wird diese Rotationsdifferenz durch die Buchse 64 der Verbindungseinrichtung ausgeglichen. Die Buchse ermöglicht einen dritten Freiheitsgrad der Verbindungseinrichtung in einer Richtung der Rotationsebene 3^A der Kolbensteuerungseinrichtung. Um jedoch sicherzustellen, daß eine positive Zuordnung der Verbindungseinrichtungen zu den Zylinderkopfeinrichtungen vorliegt, hat eine der Verbindungseinrichtungen diesen dritten Freiheitsgrad relativ zu den Kolbensteuerungseinrichtungen 3 nicht. Der Schenkel der Kolbensteuerungseinrichtung, der zu der Verbindungseinrichtung 3 verläuft, die nur zwei Freiheitsgrade hat, dreht sich jedoch synchron mit der Zylinderkopfeinrichtung. Der dritte Freiheitsgrad in den beiden anderen Verbindungseinrichtungen wird durch die Buchse 64 der Verbindungseinrichtungen und den Stift 63 der Verbindungseinrichtungen erreicht. Die 18 und 19 zeigen den Stift 63 der Verbindungseinrichtung, in dem Schlitze oder Aussparungen 65 vorgesehen sind. Die Buchse 64 der Verbindungseinrichtung, die in 20 gezeigt ist, hat mit den Schlitzen 65 des Stifts komplementäre Stege. 17 zeigt die Beziehung des Stifts 63 und der Buchse 64 der Verbindungseinrichtung, wenn sie im Inneren der Verbindungseinrichtung 4 positioniert sind. Die Schlitze 65 ermöglichen der Verbindungseinrichtung eine Translationsbewegung relativ zu der Kolbensteuerungseinrichtung 3 in einer Ebene, die zu der Rotationsebene der Zylinderkopfeinrichtung 5 parallel ist.
Der dritte Freiheitsgrad kann alternativ in den Kolbenbolzen der Verbindungseinrichtungen 4 vorgesehen sein, bei der am meisten bevorzugten Form hat es sich jedoch als effek tiver erwiesen, diesen dritten Freiheitsgrad an den Stiften 63 der Verbindungseinrichtungen vorzusehen.
Alternativ können die Schenkel der Kolbensteuerungseinrichtungen an einem von ihren distalen Enden entfernten Drehpunkt, dessen Achse parallel zu der Kurbelwellenachse ist, schwenkbar sein. Um die Kraftübertragung von den Kolben zu gewährleisten, ist dabei für einen Sechszylinder-Gegenkolbenmotor einer dieser Schenkel festgelegt und nicht schwenkbar, und die beiden anderen sind schwenkbar.
Am meisten bevorzugt besteht die Verbindungseinrichtung 4 aus hochfestem Aluminium, das entweder gegossen und maschinell bearbeitet oder bearbeitet ist. Sie kann alternativ ein Industrieprodukt sein. Die Buchsen der Verbindungseinrichtungen bestehen am meisten bevorzugt aus Sinterbronze oder Bronze, und die Stifte 63 der Verbindungseinrichtungen bestehen aus Chromstahl hoher Oberflächengüte.
8 ist eine Draufsicht auf eine Zylinderkopfeinrichtung 5, die drei Zylinder 12 trägt. Die Zylinderkopfeinrichtung 5 positioniert und hält jeden der Zylinder in einer festen Anordnung. 9 ist ein Querschnitt entlang der Linie AA von 8. Sie zeigt, wie jeder Zylinder 12 an der Zylinderkopfeinrichtung 5 durch einen Plattenring oder Bund befestigt ist, der um den Umfang des Zylinders 12 herum positioniert ist. Die Verwendung von Maschinenschrauben oder Bolzen oder dergleichen gewährleistet eine sichere Anbringung jedes der Zylinder an der Zylinderkopfeinrichtung. Die 8 und 9 zeigen ferner die Zylinderkopfeinrichtungsverbinder 53, die jede der beiden Zylinderkopfeinrichtungen 5 miteinander verbinden. Die Verbinder 53 sind in einer Bohrung oder Öffnung jeder der Zylinderkopfeinrichtungen 5 festgelegt. Die Zylinder bestehen aus allgemein verwendeten und bekannten Metallegierungen für Zylinder von Motoren.
Jeder Zylinder 12 hat darin eine Aussparung zur Anpassung an die Schwingbewegung der Schenkel 62 der Kolbensteuerungseinrichtungen relativ zu den Zylindern.
Die 10 und 11 zeigen die Oberfläche der Zylinderkopfeinrichtung 5, die mit der Schlitzeinrichtung 13 in Eingriff gelangt. Ein in den 1 und 47 gezeigter Dichtring 100, der Öffnungen hat, die so angeordnet sind, daß sie den erhabenen Bereichen der Zy linderkopfeinrichtungen um jede der Öffnungen der Zylinder herum entsprechen, dreht sich mit der Zylinderkopfeinrichtung. Der Dichtring hat ein Zentroid an der Wellenachse 1^A und hat einen ausreichenden Innen- und Außendurchmesser, um die Abdichtung jeder von Zylinderöffnungen vorzunehmen. Bevorzugt besteht der Dichtring aus Hartstahl, wie er für Sägeblätter verwendet wird, und ist mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen.
Ringdichtungen 101 und 102 sind um die Öffnungen zu den Zylindern in einer Ringnut und unter dem Dichtring angeordnet. 47 zeigt mehr im einzelnen die bevorzugte Anordnung solcher Dichtungen. Wenn die verdichteten Fluide in den Zylindern danach trachten, daraus zu entweichen, wird durch den erhöhten Druck infolge dieser Fluide der Druck im Inneren des Hohlraums 103 erhöht und preßt den Dichtring gegen die Schlitzeinrichtungen, wodurch diese Entweichungsroute verschlossen wird. Ebenso preßt der erhöhte Druck an der innenseitigen Wand der Dichtung 101 die Dichtung 102 an die außenseitige Wand der Ringnut und dichtet diese Entweichungsroute ab. Der Fachmann erkennt, daß viele andere Methoden zum Abdichten der Zylinderöffnungen gegen die Schlitzeinrichtungen möglich sind.
Bei der am meisten bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung tragen die Endelemente 54 die Schlitzeinrichtungen 13. 28 ist eine Perspektivansicht eines Endelements 54 und einer Schlitzeinrichtung 13. Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind zwar die Schlitzeinrichtung 13 und das Endelement 54 separate Teile, aber die Schlitzeinrichtung und das Endelement können ein einziges Teil sein. Bei der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung besteht das Endelement 54 aus Aluminium, und die Schlitzeinrichtungen bestehen aus einem Stahl, der im Hinblick auf Robustheit und Festigkeit zum Einsatzhärten geeignet ist. Die Verwendung eines einsatzgehärteten Stahls für die Schlitzeinrichtung ist vorteilhaft, weil die Schlitzeinrichtungen 13 infolge ihrer Rotation relativ zu der Zylinderkopfeinrichtung 5 und auch infolge der Verbrennungswärme des Kraftstoffs in jedem der Zylinder Reibungskräften unterliegen.
Jede Schlitzeinrichtung 13 bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat zwei Ansaugschlitze 15 bzw. zwei Auslaßschlitze 8 zum Ansaugen eines Kraftstoff-/Luftgemischs bzw. zum Auslassen von Verbrennungsgasen.
Bei dem am meisten bevorzugten Betrieb der vorliegenden Erfindung, wobei der Motor in einer Standard-Viertakt-Gegenrotationssequenz arbeitet, resultiert eine Umdrehung der Zylinderkopfeinrichtung um die Wellenachse 1^A darin, daß jeder der Kolben zwei Viertaktzyklen hat. Da das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle und der Zylinderkopfeinrichtung 3 : 1 ist, resultiert eine Umdrehung der Zylinderkopfeinrichtung relativ zu der Schlitzeinrichtung in vier Umdrehungen der Zylinderkopfeinrichtung relativ zu der Welle, wenn der Motor im Gegenrotationsmodus betrieben wird. Wenn der Motor im Gleichrotationsmodus betrieben wird, wobei sich die Zylinderkopfeinrichtung in derselben Richtung wie die Welle dreht, resultiert eine Umdrehung der Zylinderkopfeinrichtung relativ zu der Schlitzeinrichtung in zwei Umdrehungen der Zylinderkopfeinrichtung relativ zu der Welle. Die am meisten bevorzugte Betriebssequenz ist in 35 schematisch dargestellt. Zündkerzen lösen die Verbrennung des Kraftstoffs im Inneren der Zylinder aus, wenn sich der Kolben dem OT nähert. In dieser Hinsicht ist die Schlitzeinrichtung auch mit Öffnungen 66 ausgebildet, um den Zylindern in geeigneten Abständen eine Zündkerze zu präsentieren. Bei der am meisten bevorzugten Betriebsart, in der sich die Kolben durch zwei Viertaktprozesse bewegen, präsentiert jede Schlitzeinrichtung zwei Zündkerzen.
Die Endelemente 54 enthalten Öffnungen, die denen in den Schlitzeinrichtungen entsprechen, um die Zuführung von Kraftstoff/Luft sowie Zündkerzen und den Auslaß von Abgasen zu den Öffnungen in den Schlitzeinrichtungen 13 zu ermöglichen.
29 ist eine Draufsicht auf ein Endelement 54, wobei die relativen Positionen der Auslaßschlitze 15, der Ansaugschlitze 8 und der Zündkerzenöffnungen 66 zu sehen sind. Bei der bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung liegen alle Schlitze auf demselben Teilkreisdurchmesser. Die auf dem Umfang des Endelements 54 befindlichen Öffnungen ermöglichen das Befestigen von Halteelementen 68, wie in den 1, 21 und 22 zu sehen ist, die die beiden Endelemente 54 in einer festgelegten Beziehung halten.
30 ist ein Schnitt entlang der Linie AA von 29. Sie zeigt die Schlitzeinrichtungs-Aussparung 67, in der die Schlitzeinrichtung 13 positioniert werden kann. Das Endelement 54 der 29 und 30 ist dasjenige Endelement, welches das Getriebe von 26 zwischen der Zylinderkopfeinrichtung 5 und der Welle 1 aufnimmt. Die Schraubgewindelöcher 85 in einem der Endelemente 54 legen die Maschinenschrauben fest, welche die Planetenrad-Anbringplatte 8G gemäß 23 an dem Endelement 54 befestigen.
32 ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie AA eines Endelements von 31. In 32 ist die Schlitzeinrichtung 13 in Zuordnung zu dem Endelement 54 gezeigt. Beide 30 und 32 zeigen die Auslaßöffnung 8 und die Zündkerzenöffnung 66 durch die Schlitzeinrichtung 13 und das Endelement 54 hindurch. Die Ansaug- und Auslaßschlitze 15 bzw. 8 sind an der entgegengesetzten Schlitzeinrichtung mit Endelementen, die am anderen Ende des Motors positioniert sind, umgekehrt vorgesehen. Es werden zwar Motoren beschrieben, die Öffnungen zu jedem Zylinder auf einem identischen Teilkreisdurchmesser haben, aber alternativ können sich einige Öffnungen auf davon verschiedenen Teilkreisdurchmessern befinden und entsprechende Schlitze in der Schlitzeinrichtung an verschiedenen entsprechenden Teilkreisdurchmessern haben. Diese Art von Anordnung kann von Motoren verwendet werden, die verschiedene Zündfolgen und verschiedene Geometrie haben.
Für den Motor der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verläuft die zwischen den beiden Zündkerzen des einen der Endelemente gezogene Linie unter 45° zu der zwischen den beiden Zündkerzen des anderen Endelements gezogenen Linie. Dieser 45°-Versatz gewährleistet, daß die Schlitze und die Zündkerzen von jedem der Endelemente in der richtigen Position für jedes von den gegenüberliegenden Paaren von Kolben angeordnet sind. Wenn sich die Kurbelwelle um 180° relativ zu der Zylinderkopfeinrichtung dreht, wird die Zylinderkopfeinrichtung um –45° zu der Schlitzeinrichtung bewegt, und die Kurbel wird um +135° relativ zu der Schlitzeinrichtung bewegt. Dies ergibt 180° und hat ein Verhältnis von 3 : 1 entsprechend der Übersetzung. Infolgedessen muß der Versatz der Endelemente 45° sein.
48 zeigt das Endelement von 29. Bei der bevorzugten Form des Motors der vorliegenden Erfindung, wobei an jedem Ende des Motors drei Kolben vorgesehen sind, ist der Winkel zwischen der Zündkerzenmitte und dem am nächsten benachbarten Schlitz 67,5°, und der Winkel zwischen Paaren von Schlitzen ist 45°. Die Ansaug- und Auslaßschlitze 15 bzw. 8, wie sie in 33 gezeigt sind, erweitern sich im Querschnitt an o der zu der Oberfläche der Schlitzeinrichtung, die mit der komplementären Oberfläche der Zylinderkopfeinrichtung 5 in Eingriff ist. Diese Flächenerweiterung ist erwünscht, um sicherzustellen, daß jedem der Zylinder während ihrer Drehung über die Schlitze eine größere Schlitzfläche präsentiert wird. Das gewährleistet eine bessere Fluidübertragung in den und aus dem Zylinder und ermöglicht außerdem die erforderliche Ansaug- und Auslaßdauer, während die Zylinder vorbeirotieren. Was die Größe von Schlitzen und die Größe von Zylinderöffnungen betrifft, so öffnen die Ansaugschlitze bei 30° vor dem oberen Totpunkt und schließen bei 30° nach dem unteren Totpunkt, und der Auslaßschlitz öffnet bei 30° vor dem unteren Totpunkt und schließt bei 30° nach dem oberen Totpunkt. Die Geometrie für andere Konfigurationen des Motors kann ebenfalls mittels einfacher Berechnungen bestimmt werden.
In den Endelementen sind Ausschnitte 69 vorgesehen, um ihre Oberfläche zu zu vergrößern und eine effiziente Kühlung der Endelemente und Schlitzeinrichtungen zu erzielen. Die Ausschnitte 69 sind, wie das hier gezeigt ist, auf bestimmte Weise ausgebildet, aber jede andere alternative Konfiguration zum Erzielen einer geeigneten Kühlmöglichkeit kann angewandt werden.
33 ist eine Unteransicht des Endelements 54 und der Schlitzeinrichtung 13. Wie gezeigt, ist die Schlitzeinrichtung am meisten bevorzugt ringförmig und eben. Die Schlitzeinrichtung kann jedoch eine abgeschrägte Oberfläche haben, die einer komplementären Oberfläche der Zylinderkopfeinrichtung 5 präsentiert wird. Tatsächlich können die komplementären Oberflächen der Schlitzeinrichtungen 13 und der Zylinderkopfeinrichtungen 5 jede beliebige Kontur haben, aber die am meisten bevorzugte Gestalt ist eben, weil die Herstellung einfach ist.
Die Unteransicht des Endelements 54 und der Schlitzeinrichtung 13 zeigt auch die Planetenrad-Schraubenlöcher 85, die Maschinenschrauben aufnehmen können, welche die Planetenradanbringplatte 85 an dem Endelement 54 befestigen. Bevorzugt sind drei derartige Schraubenlöcher in dem Endelement 54 vorgesehen. Die Schlitze 94 in der Planetenradanbringplatte 86 ermöglichen einen Justiergrad der Position der Planetenräder relativ zu dem Endelement. Dieser Freiheitsgrad erlaubt es, daß die zeitliche Steuerung der relativen Rotation des Zylinderkopfs zu den Schlitzeinrichtungen einstellbar ist. Ferner ist in der Planetenradanbringplatte 86 ein Stiftloch 95 vorgesehen, das einen es durchsetzenden Stift aufnehmen kann, um die Anbringplatte 86 an dem Endelement zu arretieren. Die Schrauben, die die Schlitze 94 durchsetzen, wären nicht ausreichend, um eine Anbringplatte rotationsmäßig an dem Endelement zu halten.
Im vorliegenden Fall wird zwar unter Bezugnahme auf die verschiedenen Komponenten und Teile eine Brennkraftmaschine im einzelnen beschrieben, die drei gegenüberliegende Paare von Kolben hat, aber die Erfindung kann auch an eine Brennkraftmaschine mit mehr als drei gegenüberliegenden Paaren von Kolben oder einzelwirkenden Kolben angepaßt werden. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der Welle 1 und den Zylinderkopfeinrichtungen 5 ist bezogen auf die Anzahl von Paaren von Kolben der Maschine. Das Übersetzungsverhältnis des Motors von 1, der in einem Viertaktzyklus arbeitet, ist definiert durch Ws/Wc = –N,wobei W_s die Rotation der Welle 1 ist, W_c die Rotation der Zylinderkopfeinrichtung 5 ist und N die Anzahl von Paaren von Zylindern ist. Somit dreht sich bei drei Paaren von gegenüberstehenden Kolben die Welle mit der dreifachen Geschwindigkeit der Zylinderkopfeinrichtung 5 und bevorzugt, aber nicht unbedingt notwendigerweise, in Gegenrichtung. Bei einer gleichdrehenden Maschine mit drei gegenüberstehenden Paaren von Kolben, wobei jedes Endelement 4 Ansaug- und Auslaßschlitze mit einem Übersetzungsverhältnis von 9 : 1 hat, gilt Ws/Wc = –+N2.
36 zeigt eine Sequenz durch eine halbe Umdrehung der Zylinder eines Ottomotors mit fünf Paaren von gegenüberstehenden Kolben. Bei dieser Konfiguration drehen die Zylinder gleich mit der Kurbelwelle. Das Kurbelwelle-/Zylinder-Übersetzungsverhältnis ist 5 : 1. Jede der Schlitzeinrichtungen hat zwei Ansaug- und zwei Auslaßschlitze, was vier Arbeitshübe pro Umdrehung der Kurbelwelle ergibt. 36A zeigt einen Boxermotor mit fünf Paaren von gegenüberstehenden Zylindern, wobei die Kurbelwelle sich entgegengesetzt zu den Zylindern dreht. Das Übersetzungsverhältnis ist –5 : 1 und resultiert bei sechs Schlitzen je Schlitzeinrichtung in sechs Arbeitshüben pro Umdrehung der Kurbelwelle.
Ebenso zeigt 37 eine Sequenz durch eine Drittelumdrehung der Zylinder eines Ottomotors mit sieben gegenüberstehenden Paaren von Kolben. Bei einer einzigen Umdrehung der Zylinderkopfeinrichtung 13' von 37 durchläuft ein einzelner Kolben drei Takte eines Viertaktzyklus. 37 zeigt die relativen Rotationen der Zylinderkopfeinrichtung 13 und der Schlitzeinrichtung durch eine Drittelumdrehung, d. h. einen Viertaktzyklus. 37A ist eine gegendrehende Version eines siebenpaarigen Boxermotors. Das Übersetzungsverhältnis der Kurbelwelle zu den Zylindern ist –7 : 1, und bei acht Schlitzen je Schlitzeinrichtung resultieren acht Arbeitshübe je Umdrehung der Kurbelwelle.
Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 1 wird den Zylindern Kraftstoff bei Bedarf durch die Ansaugschlitze 15 durch Selbstansaugung zugeführt. Das Kraftstoff-/Luft-Gemisch wird durch die Verwendung von Vergasern 70 gemischt, die an jedem Ansaugschlitz gemäß 34 angeordnet sind. Am meisten bevorzugt sind die Vergaser vom Venturityp mit flacher Seite und einem Innendurchmesser von 28 mm. Der Fachmann erkennt, daß alternative Vergaser verwendet werden können, und wenn die Kapazität der Zylinder von der hier beschriebenen verschieden ist, sind eventuell andere geeignete Vergaser erforderlich. Luft wird in die Vergaser 70 durch Luftfilter 71 angesaugt. Ein Drosselklappenhebel 72 ist mit Drosselklappenseilen verbunden, die den Kraftstoff in die Vergaser 70 steuern, und kann somit die Kraftstoffmengen steuern, die in jeden Zylinder gesaugt werden. Der Drosselklappenhebel steuert alle vier Vergaser des Motors von 1 gleichzeitig. Ein gleichzeitiger Betrieb ist vorteilhaft, um zu gewährleisten, daß die Expansionskräfte der Verbrennungsgase des Kraftstoffs in jedem Zylinder im wesentlichen gleich sind.
Bei der am meisten bevorzugten Form treibt ein Startermotor 73, von dem ein Teil in 34 zu sehen ist, beim Anlassen über einen Riementrieb die Generatorriemenscheibe 74. Dadurch wird beim Anlassen wiederum eine kleinere Generatorriemenscheibe angetrieben, die über einen Riementrieb mit einer Riemenscheibe der Welle 1 verbunden ist. Nachdem der Motor in Betrieb ist, ist eine geeignete Form des Kuppelns oder Ausrückens des Startermotors von der Welle 1 erforderlich. Diese kann eine Freilaufkupplung in dem Startermotor aufweisen. Der Fachmann erkennt, daß es viele alternative Möglichkeiten zum Anlassen gibt. Es wird zwar hier bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform ein Startermotor beschrieben, der über die Verwendung von Riemen indirekt mit der Welle 1 verbunden ist, aber es können viele andere Formen von direkten und indirekten Antriebseinrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann ein separater Startermotor die Welle 1 direkt antreiben, um den Motor zu starten. Alternativ kann der Motor über eine Drucklufteinrichtung gestartet werden, wobei Druckluft oder ein anderes Druckfluid in die Zylinder gepreßt wird, um ihre Bewegung einzuleiten. Dieses Verfahren zum Anlassen eines Motors wird gewöhnlich an großen Lkw- und Schiffsmotoren angewandt. Alternativ kann die Rotation des Motors beim Anlassen erreicht werden, indem auf die Zylinderkopfeinrichtung 5 eine Kraft über einen Reibantrieb oder eine Überbrückungskupplung aufgebracht wird.
Ferner weist der Motor als Teil seiner elektrischen Schaltkreise eine Spule 75 und ein elektronisches Zündmodul 76 sowie einen Generator bzw. eine Lichtmaschine 78 auf, wie 34 zeigt. Das Zünden der Zündkerzen im Motor der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von Halleffekt-Sensoren ausgelöst, die an der Welle 1 angebracht sind. Eine Scheibe mit Magneten ist an der Welle angebracht und dreht sich an den Halleffekt-Sensoren vorbei unter Erfassung der relativen Drehung der Trigger daran vorbei, wodurch das Zünden jeder der Zündkerzen zu den richtigen Zeitpunkten ausgelöst wird. Es sind viele alternative Möglichkeiten der Erzeugung dieser Zündung der Zündkerzen bekannt, was die allgemein verwendeten Kontakt-(Kettering-) und Reluktanzeinrichtungen einschließt. Die Anordnung dieser Teile ist in der Automobilindustrie wohlbekannt und kann äquivalente Alternativen umfassen. Auspuffrohre 79 sind bevorzugt mit den Auslaßschlitzen verbunden, um schädliche Abgase abzuleiten.
Als Alternative zu der Abgabe von Kraftstoff in die Zylinder kann der Motor Abgasturbinen oder Direktantriebsturbinen oder Vorverdichter bzw. Kompressoren verwenden, deren Funktionsweise wohlbekannt ist.
Als weitere Alternative kann anstatt des Vermischens von Luft und Kraftstoff in einem Vergaser der Motor Kraftstoffeinspritzer zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder bei den richtigen Drehwinkeln der Zylinderkopfeinrichtung und der Kolbenposition verwenden. Auch solche Einspritzmethoden sind in der Automobilindustrie allgemein bekannt und erfordern keine weitere Erläuterung.
Als eine alternative Ausführungsform zu dem in 1 beschriebenen Motor zeigt 38 einen Querschnitt durch einen Motor, bei dem keine relative Rotation zwischen der Zylinderkopfeinrichtung 5'' und der Schlitzeinrichtung 13'' stattfindet. Bei dieser Motorkonfiguration ist die Welle 1'' an jedem Ende mit einem Ringrad 19'' über Planetenräder 10'' verzahnt, die imstande sind, um die Wellenachse 1'' umzulaufen, und imstande sind, sich um ihre eigenen Achsen zu drehen. Die Rotation der Planetenräder 10'' ist mit einem Nocken 80'' gekoppelt. Diese Kopplung kann erhalten werden durch Anbringen der Achse der Planetenräder 10'' an dem Nocken 80''. Der Nocken 80'' betätigt Schubstangen 81'', die ihrerseits mit Schwingarmen 82'' verbunden sind, die wiederum Ansaugventile 83'' und Auslaßventile 87'' zum Ansaugen von Kraftstoff und Luft in den Zylinder 12'' und zum Auslassen von Abgasen daraus betätigen.
Der Motor von 38 hat zwei Paare von gegenüberliegenden Kolben, die unter 180° voneinander von dem Umfang der Kolbensteuerungseinrichtung 3'' positioniert sind. Der gezeigte Motor kann wiederum jede beliebige Anzahl von Kolben und Zylindern haben und doppeltwirkend oder einzelwirkend sein.
38 zeigt nur ein Ventil pro Zylinder, aber außerhalb der Ebene des Querschnitts ist mindestens ein Ventil pro Zylinder vorhanden, so daß jeder Zylinder mindestens eines zum Ansaugen von Luft/Kraftstoff und mindestens eines für das Auslassen von Abgasen hat. Die Übersetzung zwischen den Schlitzeinrichtungen 13'' und der Welle 1' und die Form des Nockens 80'' ist derart, daß durch die Ventilbetätigung des Nockens 80'' die Schlitze zu den richtigen Zeitpunkten zu den Zylindern hin geöffnet und geschlossen werden. Auch hier kann der Motor als Dieselmotor betrieben werden, und Einspritzer können ebenfalls in der Zylinderkopfeinrichtung vorgesehen sein, und auch dieser Motor kann Abgasturbinen oder Direktantriebsturbinen verwenden. Für die Rückhaltung von Schmieröl an den inneren Teilen des Motors von 38 ist ein Kurbelgehäuse 89'' vorgesehen, das die Kolben, die Kurbelwelle, die Kolbensteuerungseinrichtung und andere zugeordnete Komponenten umgibt. Dieses Gehäuse verleiht der Ausführungsform des Motors auch zusätzliche Steifigkeit.
Die Ventile 87''/83'' sind in Schließrichtung der Schlitze zu jedem der Zylinder hin durch Verwendung von Ventilfedern vorbelastet. Das Öffnen erfolgt durch die Schubstangen schwingarme und Nockenfolger. Ein Fachmann ist in der Lage, eine geeignete Form des Nockens 80'' festzulegen, um die Ventile in geeigneten Intervallen der Hin- und Herbewegung der Kolben zu betätigen. Während die Kurbelwelle und die Schlitze durch die Verwendung des Ringrads 19'', der Planetenräder 10'' und der Wellenverzahnung weiterbewegt werden, muß auch hier ein geeignetes Übersetzungsverhältnis verwendet werden, was natürlich von der Form der Nockenwelle abhängig ist.
Weitere Komponenten zum Betrieb des Motors, die in 38 nicht gezeigt sind, sind erforderlich. Diese Komponenten umfassen den Vergaser, Zündkerzen für Ottomotoren und zugehörige elektrische Schaltungen.
39 ist ein Querschnitt durch einen Motor, der dem in 1 gezeigten Motor ähnlich ist, wobei zwei Paare von gegenüberliegenden Kolben vorgesehen sind. Der wesentliche Unterschied zwischen der Konfiguration des Motors von 39 und dem von 1 ist die Ausbildung der Kurbelwelle 2''' und der Welle 1'''. Die Welle 1''' ist diskontinuierlich und trägt dazwischen die Kurbelwelle 2'''. Von der Kurbelwelle 2''' geht die Kolbensteuerungseinrichtung 3''' aus. Eine Ausgleichsmasse 14''' ist jedem Bereich der Welle 1''' zugeordnet. Auch hier gleichen die Ausgleichsmassen 14''' die drehenden und die hin- und hergehenden Massen in dem Motor aus.
Die Schlitzeinrichtungen 13''' des Motors 39 sind nicht, wie in 1, in Endelementen positioniert. Ein Fachmann erkennt jedoch, daß dies nur eine alternative Konfiguration der Anordnung dieser Teile ist.
Die Verzahnung zwischen der Welle 1''' und der Zylinderkopfeinrichtung 5''' ist im wesentlichen gleich der für den Motor von 1 beschriebenen, obwohl sie an dem entgegengesetzten Ende der Welle dupliziert ist.
Eine andere bevorzugte Form der vorliegenden Erfindung besteht aus einem Motor eines Ausführungsbeispiels, das von dem Ausführungsbeispiel des Motors von 1 verschieden ist. Unter Bezugnahme auf 41 in Verbindung mit der Schnittansicht des Motors gemäß 40 besteht der Motor aus Wellen '1, die zwischen sich eine Kurbelwelle '2 tragen. Die Kurbelwelle '2 wird von Kurbelwellentragelementen '14 getragen, die an jeder Welle '1 befestigt sind. Auch bei dieser Form von Motor beschreibt im Betrieb die Kurbelwelle '2 einen Konus wie in 6 oder 5. Die Kurbelwelle '2 wird von den Kurbelwellentragelementen '14 mit einer Neigung zu der Achse '1^A der Welle '1 getragen. Die Kurbelwellenachse '2^A schneidet die Achse '1^A an dem Punkt 'X im wesentlichen in der Mitte zwischen den Tragelementen '14. Die Kurbelwelle '2 trägt eine Kolbensteuerungseinrichtung '21, und zwar am meisten bevorzugt über Lager '29. Die Lager erlauben der Kolbensteuerungseinrichtung '21, sich um die Kurbelwellenachse '2^A zu drehen.
Auf dem Umfang der Kolbensteuerungseinrichtung sind drei Kolben '20 angeordnet. 42 ist eine Draufsicht auf die Kolben '20 und die Kolbensteuerungseinrichtung '21. Die Kolben sind Segmente einer Scheibe. Wenn der Motor zusammengebaut ist, liegt zwischen jedem Kolben '20 ein Keilblock '22. Die Keilblöcke '22 sind zwischen den Kolben '20 durch das Außengehäuse '27 gehalten und zwischen die radialen Kanten jedes Kolbens eingesetzt. Zylinder '12 sind durch die obere und die untere Oberfläche des Kolbens '20, die innere Oberfläche des Außengehäuses '27, die radialen Oberflächen der Keilblöcke '22, die an beiden Seiten des Kolbens '20 liegen, die Schlitzeinrichtungen '13 und die Kolbensteuerungseinrichtungen '21 definiert. Die Kolbensteuerungseinrichtung '21 hat im wesentlichen sphärische Gestalt zumindest in Bereichen, die einen Teil des Zylinders '12 bilden, und hat ihr Zentroid am Punkt X. Die Gestalt der Kolbensteuerungseinrichtung gewährleistet, daß im Betrieb des Motors die Oberfläche, die einen Teil jedes Zylinders definiert, keine Translationsbewegung relativ zu dem Zentroid ausführt, sondern sich nur relativ dazu dreht. Das ist vorteilhaft, um sicherzustellen, daß zwischen der Kolbensteuerungseinrichtung '21 und der Schlitzeinrichtung die Abdichtung aufrechterhalten wird. Dichtungen '25 sind in den Schlitzeinrichtungen '13 vorgesehen und dichten den Zylinder zwischen der Kolbensteuerungseinrichtung '21 und der Schlitzeinrichtung '13 ab. Dichtungen sind ferner an dem Umfang jedes Kolbens '20 vorgesehen, um eine Abdichtung zwischen dem Umfang jedes Kolbens '20 und der inneren Oberfläche des Außengehäuses '27 zu bewirken. Dichtungen '26 sind zwischen den radialen Kanten jedes Kolbens '20 und der radialen Oberfläche der Keilblöcke '22 vorgesehen, und diese Dichtungen verhindern den Austritt von Fluiden aus jedem Zylinder.
Zylinder sind an beiden Seiten jedes Kolbens '20 positioniert. Die Bewegung jedes Kolbens infolge der Ausdehnung von Kraftstoff im Zylinder bewirkt ein Schwingen der Kol ben. Diese Bewegung induziert eine Drehbewegung der Kurbelwelle '2 um die Wellen '1 und eine Drehbewegung der Wellen. Die Kolben '20 und die Kolbensteuerungseinrichtungen '21 sind mit den Schlitzeinrichtungen '13 über eine Kopplungseinrichtung '23 verbunden. Am meisten bevorzugt ist die Kopplungseinrichtung '23 ein Kegelrad. Ein Kegelrad, das an der Kolbensteuerungseinrichtung positioniert ist, kämmt mit einem Kegelrad großen Durchmessers, das an der Schlitzeinrichtung '13 angeordnet ist. Durch diese Kopplung erfolgt eine Drehbewegung der Kolbensteuerungseinrichtung '21, des Kolbens '20 und der Keilblöcke '22 relativ zu der Schlitzeinrichtung '13.
Der Motor der 40 und 41 ist eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei zwei Zylinderkammern an jeder Seite der eine Taumelbewegung ausführenden Kolben '20 angeordnet sind. Ein Fachmann erkennt jedoch, daß dieser Motor ebenfalls einen einseitigen Zylinder verwenden kann, der teilweise durch eine Seite der Kolben '20 definiert ist.
43 zeigt eine Sequenz, die die Rotationen der Zylinder relativ zu den Ansaug- und Auslaßschlitzen zeigt, die in der Schlitzeinrichtung '13 des Motors von 40 vorgesehen sind. Die Sequenz zeigt die Arbeitsschritte entweder für einen Motor mit drei einfachwirkenden Kolben oder einen Motor mit sechs doppeltwirkenden Kolben.
Wenn man dem Zylinder ''12 und dem Kolben ''20 folgt, bilden am oberen Totpunkt sowohl der Ansaugschlitz ''15 als auch der Auslaßschlitz ''8 einen Durchgang für Fluide. Am oberen Totpunkt sind Abgasfluide praktisch sämtlich aus dem Zylinder ''12 ausgestoßen, und angesaugtes Kraftstoffgemisch ist dabei einzuströmen. Während sich der Zylinder ''12 und der Kolben ''20 vom oberen zum unteren Totpunkt drehen, bildet der Ansaugschlitz ''15 einen Einlaß für das Kraftstoffgemisch. Praktisch am unteren Totpunkt läuft der Zylinder ''12 über die Schlitzeinrichtung ''13, so daß kein Schlitz mit dem Zylinder ''12 ausgefluchtet ist. Der Ansaugschlitz ''15 wird durch die Rotation des Keilblocks ''22, der darüber liegt, geschlossen. Vom unteren zum oberen Totpunkt verdichtet der Kolben ''20 das Kraftstoffgemisch im Inneren des Zylinders ''12. Während dann das Kraftstoffgemisch beim Arbeitshub verbrannt wird, läuft der Kolben zurück zum unteren Totpunkt. Praktisch am unteren Totpunkt und während der Bewegung des Kolbens ''20 zum oberen Totpunkt bildet ein zweiter Auslaßschlitz eine Öffnung für Auslaßfluide, die aus dem Zylinder ''12 ausgestoßen werden. Wenn der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, wird wiederum ein zweiter Ansaugschlitz ''15 für die Zylinderkammer geöffnet, und Kraftstoffgemisch wird durch den Ansaugschlitz für die nächste Sequenz in die Zylinderkammer zugeführt.
Diese Form von Motor kann ohne weiteres in verschiedenen Betriebsarten, etwa mit Kraftstoffeinspritzung und Selbstzündung betrieben werden, da er die erforderlichen geeigneten Sequenzen ausführen kann. Wenn dieser Motor unter Verwendung eines Dieselkraftstoffs betrieben werden soll, können Kraftstoffeinspritzer eingesetzt werden, und die Zündkerzen können durch Glühkerzen ersetzt werden.
Der Motor von 1 und die in den 38 und 49 und 40 gezeigten alternativen Anordnungen können so ausgebildet werden, daß sie als Motor mit Selbstzündung arbeiten. Beim Betrieb des Motors der vorliegenden Erfindung als Selbstzündungsmotor, wobei beispielsweise Dieselkraftstoff verwendet wird, brauchen die in den 1, 39 und 40 gezeigten Zündkerzen 57 nicht mehr vorhanden zu sein. Die Zündung des Kraftstoff-/Luft-Gemischs bei einem Motor mit Selbstzündung wird durch Verdichtung des Kraftstoff-/Luft-Gemischs auf einen Druck und eine Temperatur erreicht, bei denen sich das Gemisch automatisch entzündet. Der Motor der vorliegenden Erfindung kann so ausgebildet werden, daß er als Dieselmotor läuft, indem die Verdichtungsverhältnisse auf 16 : –23 : 1 geändert werden. Das wird erreicht durch Vorsehen eines größeren Kurbelwinkels oder durch Verringern des Brennraumvolumens. Das Verdichtungsverhältnis in jedem der Zylinder ist zu dem Kurbelwinkel proportional. Bei dem Motor von 1 ist der Kurbelwinkel 10°, wenn er als Ottomotor arbeitet.
Zusätzlich müssen Kraftstoffeinspritzer in den Schlitzeinrichtungen 15 für die Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder vorgesehen sein, wenn jeder Kolben sich am oberen Totpunkt oder kurz davor befindet. Die Einspritzung von Kraftstoff in einen Motor mit Selbstzündung ist gut dokumentiert und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Die meisten modernen Dieselmotoren haben Glühkerzen, die beim Anlassen verwendet werden. Die freigesetzte Wärme unterstützt die Auslösung des Verbrennungsvorgangs, wenn der Motor kalt ist. Es ist daran gedacht, daß es am meisten bevorzugt wird, die Glühkerzen in den Schlitzeinrichtungen 13 anzuordnen, es ist jedoch zu beachten, daß bei den Motoren der 1, 39 und 40 diese Glühkerzen beim Anlassen nicht unbedingt den Zylindern präsentiert werden müssen. In diesem Zusammenhang ist es erwünscht, daß die Rotation der Zylinderkopfeinrichtungen 5 vor dem Anlassen einstellbar ist, um die Öffnungen zu jedem der Zylinder einer Glühkerze zu präsentieren, die in der Schlitzeinrichtung 13 angebracht ist. Alternativ können die Glühkerzen in der Zylinderkopfeinrichtung 5 vorgesehen sein.
Obwohl hier beschrieben wird, daß die Motoren der vorliegenden Erfindung einen Zylinder haben, der den Brennraum des Kraftstoffs definiert, können die Schlitzeinrichtungen zusätzlich ein Vorkammersystem aufweisen, das mit der Hauptbrennkammer durch Löcher oder Öffnungen oder dergleichen in Verbindung tritt. Diese Kammern werden gewöhnlich bei Motoren verwendet, in die Kraftstoff eingespritzt wird. Die Motoren, die Vorkammersysteme verwenden, sind durch sehr gute Nutzung der Luft gekennzeichnet und eignen sich auch für Hochgeschwindigkeitsmotoren. Die Verbrennung von Kraftstoff im Inneren von Zylindern ist gut dokumentiert, und es sind viele Formen von Kolbenköpfen, Einspritzwinkeln und Charakteristiken bekannt. Diese können sämtlich bei dem Motor der vorliegenden Erfindung genutzt werden.
Bisher sind Motoren der vorliegenden Erfindung beschrieben worden, die in einem Viertaktzyklus arbeiten; diese können sämtlich in einem Zweitaktzyklus arbeiten. 45 ist eine Schnittansicht im wesentlichen des Motors von 1 mit geringfügigen Änderungen, so daß der Motor in einem Zweitaktzyklus arbeiten kann. Der wesentliche Unterschied bei der Ausführungsform des Motors von 45 gegenüber dem Motor von 41 sind die Schlitzeinrichtungen 13^T und die Zylinder 12^T . Die Kolben des Zweitaktmotors von 45 haben doppelt so viele Arbeitshübe während einer einzigen Umdrehung der Zylinderkopfeinrichtung wie die Kolben des Motors von 1. In diesem Zusammenhang sind doppelt so viele Ansaugschlitze 15^T in der Schlitzeinrichtung 13^T eines Motors ähnlicher Geometrie wie in 1 vorgesehen. Bei der bevorzugten Form des Zweitaktmotors werden die Abgase aus dem Zylinder 12^T durch Auslaßschlitze 8^T ausgespült (jeder Zylinder hat mindestens einen), die in dem Umfang des Zylinders 12^T liegen. Diese Auslaßschlitze öffnen sich zu dem Zylinder 12^T kurz bevor der Kolben 6^T den unteren Totpunkt erreicht. Gleichzeitig tritt in den Zylinder 12^T durch den Ansaugschlitz 15^T in der Schlitzeinrichtung 13^T frisches Kraftstoff-/Luft-Gemisch ein. Während der Kolben 60 zum oberen Totpunkt zurückkehrt, werden die Auslaßschlitze 8^T von dem Kolben abgedichtet, und der Ansaugschlitz 15^T wird durch die Rotation der Zylinderkopfeinrichtung abgedichtet, so daß das Kraftstoff-/Luft-Gemisch im Zylinder kurz vor dem oberen Totpunkt verdichtet und gezündet werden kann. 45 zeigt einen Zweitaktmotor, bei dem die Zündung durch eine Zündkerze 57^T ausgelöst wird. Wie bereits beschrieben wurde, kann diese Zündung aber auch durch Verdichtung des Kraftstoff-/Luft-Gemischs erreicht werden.
Da bei dem Zweitaktzyklus keine separaten Ansaug- und Auslaßhübe stattfinden, muß der Zylinder gleichzeitig gefüllt und entleert werden.
Die Auslaßschlitze 8^T um den Umfang des Zylinders 12^T herum gelangen mit einem einzigen Abgasauslaß jedes Zylinders in Verbindung. Die Verbrennungsgase können entweder durch jeden Abgasauslaß in die Umgebung ausgestoßen werden, oder alternativ kann eine Umfangs-Auslaßschlitzeinrichtung um die Abgasauslässe herum mit dem Zentroid an der Wellenachse vorgesehen sein, um in bestimmten Rotationsintervallen der Zylinderkopfeinrichtung Öffnungen für den Abgasauslaß jedes Zylinders zum Ausspülen der Abgase aus dem Zylinder 12^T zu bilden. Bevorzugt verbindet eine solche auf dem Umfang befindliche Auslaßschlitzeinrichtung die darin vorgesehenen Schlitze mit einem einzelnen Abgasauslaß, um von dort die schädlichen Abgase zu entfernen. Eine solche Auslaßschlitzeinrichtung ist in bezug auf den relativen Rotationsbetrieb analog zu der Schlitzeinrichtung 13^T . 44 zeigt eine alternative Anordnung zum Auslassen der Gase aus dem Zylinder des Zweitaktmotors von 45. Auslaßschlitze 8^T liegen in der Kopfeinrichtung 13^T in solchen Abständen, daß dann, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt befindet, die Schlitze 8^T das Ableiten von Abgasen aus jedem Zylinder zulassen. 44 zeigt zwar Auslaßschlitze 8^T , die auf einem größeren Teilkreisdurchmesser als die Ansaugschlitze 15^T liegen, aber die Auslaßschlitze 8^T können alternativ auf einem kleineren Teilkreisdurchmesser zu den Ansaugschlitzen 15^T liegen.
Der Zweitaktmotor kann als Motor mit Selbstzündung betrieben werden und kann alternative Formen der Kraftstoffabgabe an die Zylinder aufweisen. Auch hier wird die Welle 1^T zu der Zylinderkopfeinrichtung 5^T und der Schlitzeinrichtung 13^T weiterbewegt. Das Verfahren zum Anlassen des Zweitaktmotors der vorliegenden Erfindung kann ähnlich zu demjenigen sein, das für Viertaktmotoren beschrieben wurde, oder es kann jede andere Methode angewandt werden, die einem Fachmann allgemein bekannt ist. Das Verfahren zum Kühlen eines Zweitaktmotors ist so, wie es hier im wesentlichen beschrieben ist.
Bei einem Zweitaktmotor sind die geeigneten Umlaufpositionen derart, daß:

(a) verbranntes Kraftstoffgemisch imstande ist, sich im Zylinder 12^T auszudehnen und den Kolben 6^T während des Arbeitshubs abwärts zu pressen,
(b) Auslaßfluide aus der Zylinderkammer ausgestoßen werden und Kraftstoffgemisch in die Zylinderkammer verdrängt wird, wenn sich der Kolben im wesentlichen am unteren Totpunkt befindet, und
(c) Kraftstoffgemisch imstande ist, während des Aufwärts- oder Verdichtungshubs des Kolbens 6^T verdichtet zu werden.

Die vorliegende Erfindung kann auch als eine Fluidverdrängungs-/-verdichtungsmaschine wie etwa eine Pumpe oder ein fluidgetriebener Motor arbeiten. Beim Betrieb als Pumpe oder Verdichter wird eine Antriebskraft beispielsweise von einem Elektromotor der Welle zugeführt. Die Rotation der Welle induziert eine Rotation der Kurbelwelle und bewirkt eine Schwingung der Kolbensteuerungseinrichtung und der Kolben in dem Zylinder. Die Rotation der Zylinderkopfeinrichtungen um die Wellenachse wird durch die Rotation der Welle über die Verzahnung erzeugt. Diese Rotation bewirkt eine relative Rotation zwischen der Zylinderkopfeinrichtung und der Schlitzeinrichtung, so daß Schlitze mit den Zylindern in geeigneten Intervallen in und außer Ausfluchtung gelangen. Das resultiert in einem Ansaugen von Fluid und der anschließenden Verdichtung/Abgabe. (Das Gegenteil ist der Fall, wenn die Nutzung als Motor erfolgt.)
46 ist eine Schnittansicht durch den Motor von 1, wobei Einzelheiten des Schmier- und Kühlsystems des Motors gezeigt sind. Ein geeignetes Schmieröl, das auch fähig ist, Wärme von Teilen des Motors abzuführen, wird durch eine Pumpeinrichtung 96, die von der Welle 1 angetrieben wird, umgewälzt. Das Öl zirkuliert von der Pumpeinrichtung 96 durch einen Kanal in der Welle 1 zu den Lagern 52 der Zylinderkopfeinrich tung. Von den Lagern 52 wird das Öl durch eine Öffnung in der Zylinderkopfeinrichtung einem Mantel zugeführt, der jeden Zylinder umgibt. Das Öl wird durch den Mantel und nach außen durch eine Leitung in das Kurbelwellengehäuse 98 und in den Sumpf am Boden des Gehäuses umgewälzt. Öl wird außerdem durch den Kanal in der Welle in die Kolbensteuerungseinrichtung und nach außen durch die Schenkel der Kolbensteuerungseinrichtung auf die Rückflächen jedes Zylinders geleitet. Dieses Öl ist ebenfalls fähig, in den Sumpf abgeleitet zu werden. Das Öl im Sumpf wird durch eine Leitung erneut zu der Pumpeinrichtung 96 rückgeführt.
Es gibt viele Formen der Schmierung des Motors der vorliegenden Erfindung. Es ist daran gedacht, daß für die Schmierung von Lagern eine Hochdruck-Niedrigvolumen-Ölumwälzung und zum Kühlen des Motors eine Niederdruck-Hochvolumen-Umwälzung vorteilhaft sein kann. Wärme kann von dem Motor zu einem externen Körper (z. B. Luft) durch das Endelement 54 abgeführt werden. Die Wärmeübertragung innerhalb des Motors wird durch eine Kombination aus Direktleitung (z. B. durch die Schlitzeinrichtungen 13) und einen Wärmetauscher in den Endelementen 54 erreicht, so daß Wärme von dem Schmieröl abgeführt wird. Diese Wärme kann dann entweder direkt (mittels Unterstützung durch die in 31 gezeigten Ausnehmungen 69) oder über ein Kühlmedium (z. B. Kühlerfluid) zu einem externen Fluid-/Luft-Wärmetauscher (Kühler) an die Umgebungsluft geleitet werden, oder dies kann durch irgendeine Kombination dieser Möglichkeiten erfolgen.

Claims

Zwei- oder Viertakt-Brennkraftmaschine, die folgendes aufweist: eine Schlitzeinrichtung (13), die eine Serie von Ansaug- und Auslaß-schlitzen vorsieht, die relativ zu der Schlitzeinrichtung festgelegt und jeweils verbunden sind mit (i) einer Luftansaug- oder Luft-/Kraftstoffgemisch-Versorgung bzw. (ii) einem Auslaßsystem, eine Welle (1), die relativ zu der Schlitzeinrichtung drehbar ist, wobei die Welle (1) eine Kurbelwelle (2) trägt, die eine zu der Wellenachse schräg verlaufende Kurbelachse hat, mindestens einen Brennraum (12), der um die Wellenachse drehbar ist, wobei jeder Brennraum (12) mit irgendeiner niedrigeren Rotationsrate zu der Drehgeschwindigkeit der Welle (1) weiterbewegt wird und wobei jeder Brennraum (12) mindestens einen Schlitz aufweist, der im Betrieb im erforderlichen Maß in und außer betriebsmäßige Verbindung mit jedem von der Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen gebracht werden kann, und einen Kolben (6) für jeden Brennraum, eine Kolbensteuerungseinrichtung (3), die an der Kurbelwelle (2) drehbar gelagert ist und die Kolbenbewegung in jedem Brennraum (12) steuert, während sich die Welle (1) relativ zu dem Brennraum (12) dreht und jede von der Welle (1) und dem Brennraum (12) sich relativ zu der Schlitzeinrichtung dreht, wobei die betriebsmäßige Verbindung des mindestens einen Schlitzes jedes Brennraums (12) mit jedem von der Serie von Ansaug- und Auslaßkanälen während der entsprechenden Hübe jedes Kolbens (6) in dem Brennraum (12) für den Vier- oder Zweitaktzyklus des Motors erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß: a) eine Ringdichtung (100) jedem von dem mindestens einen Brennraum (12) zugeordnet und damit um die Wellenachse drehbar ist, zwischen den Brennräumen (12) und der Schlitzeinrichtung (13) angeordnet ist und für jeden Brennraumschlitz (12) eine Öffnung hat, die so angeordnet ist, daß sie mit diesem Brennraumschlitz übereinstimmt, und b) jeder mindestens eine Schlitz jedes Brennraums (12) darum herum vorgesehen ist, wobei eine ringförmige Dichtung (101) innerhalb einer ringförmigen Nut um den mindestens einen Schlitz jedes Brennraums herum angeordnet ist und unter der Ringdichtung (100) die Gestalt der ringförmigen Dichtung (101) und der ringförmigen Nut derart ist, daß ein Zwischenraum (103) innerhalb der Nut vorhanden ist und Verbrennungsfluiddruck, der von dem Brennraum (12) in den Zwischenraum (103) gerichtet wird, die ringförmige Dichtung (101) mit einer Vorbelastung zu der Schlitzeinrichtung (13) hin verlagert, so daß die Ringdichtung (100) an die Schlitzeinrichtung (13) gedrückt wird.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Zwischenraum (103) ein Hohlraum zwischen der Basis der ringförmigen Nut und der ringförmigen Dichtung (101) ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Brennraumgehäuse als eine Anordnung mindestens drei der genannten Brennräume (12) definiert, wobei sich das Brennraumgehäuse als eine Anordnung um die Wellenachse dreht, wobei jeder der Kolben (6) von jedem der Brennräume (12) innerhalb jedes der Brennräume (12) hin- und herbewegbar und außerdem damit um die Wellenachse drehbar ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Brennraum (12) ein Zylinder ist, in dem jeder Kolben (6) zwischen den Grenzen des oberen Totpunkts und des unteren Totpunkts bewegbar ist, die von dem Winkel zwischen der Kurbelachse und der Wellenachse definiert sind.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Verbindungselement (4) zwischen jedem der Kolben (6) und der Kolbensteuerungseinrichtung (3) vorgesehen ist, um die Hin- und Herbewegung jedes entsprechenden Kolbens (6) zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt in seinem Zylinder zu steuern.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, wobei die Schlitzeinrichtung (13) die Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen in geeigneten Abständen und Sequenzen auf einem Teilkreisdurchmesser einer im wesentlichen ebenen Oberfläche der Schlitzeinrichtung (13) so aufweist, daß der mindestens eine Schlitz von jedem der Brennräume (12) über einen vorbestimmten Drehbereich mit den Ansaug- und Auslaßschlitzen in Wirkverbindung ist, während sich das Brennraumgehäuse relativ zu der Schlitzeinrichtung (13) dreht.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei der mindestens eine Schlitz jedes Brennraums (12) sich über die im wesentlichen ebene Oberfläche abdichtbar dreht und in Abständen eine Gasverbindung herstellt mit (i) dem Ansaugschlitz während des Ansaughubs des Kolbens (6) zum Ansaugen von Luft oder eines Luft-/Kraftstoffgemischs in den Brennraum (12) und (ii) dem Auslaßschlitz während des Auslaßhubs des Kolbens (6) zur Verdrängung von Abgas aus dem Brennraum (12), wobei der abdichtbare Eingriff des mindestens einen Schlitzes jedes Brennraums (12) zwischen den Ansaug- und Auslaßschlitzen für die Verdichtungs- und Arbeitshübe eines Viertaktzyklus vorgesehen ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, wobei jeder Brennraum (12) zwei Schlitze hat, die über die im wesentlichen ebenen Oberfläche während Verdichtungs- und Arbeitshüben abdichtbar drehbar sind, und in Abständen eine Gasverbindung mit dem Ansaugschlitz und dem Auslaßschlitz während des Ansaug-/Spülhubs eines Zweitaktzyklus zum Ansaugen von Luft oder eines Luft-/Kraftstoffgemischs und zur Abgasverdrängung aus dem Brennraum (12) herstellt.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei sich jedes Verbindungselement (4) von einem Punkt auf dem Rand der Kolbensteuerungseinrichtung (3) zu seinem zugeordneten Kolben (6) erstreckt, wobei jedes von den Verbindungselementen (4) ausreichende Freiheitsgrade in bezug auf die Kolbensteuerungseinrichtung (3) hat, um die im wesentlichen lineare Bewegung jedes Kolbens (6) innerhalb jedes Brennraums (12) zwischen seinem oberen Totpunkt und seinem unteren Totpunkt zuzulassen.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei zwei Freiheitsgrade für einen Kolben (6) beim Eingriff des zugeordneten Verbindungselements (4) mit der Kolbensteuerungseinrichtung (3) vorgesehen sind, wobei ein erster Freiheitsgrad darin besteht, eine radiale Translationsbewegung des Verbindungselements (4) von der Kurbelachse vorzusehen, und ein zweiter Freiheitsgrad darin besteht, eine relative Drehung zwischen der Kolbensteuerungseinrichtung (3) und dem zugeordneten Verbindungselement (4) vorzusehen, und drei Freiheitsgrade für den verbleibenden Kolben (6) vorgesehen sind, nämlich der erste und der zweite Grad und ein dritter Grad in einer Richtung, die zu der von der Kolbensteuerungseinrichtung (3) definierten Rotationsebene tangential ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Brennraumgehäuse von einer Weiterbewegungseinrichtung zu der Abtriebswelle derart weiterbewegt wird, daß die Drehung der Abtriebswelle in der entgegengesetzten Richtung zu der Drehung des Brennraumgehäuses oder umgekehrt um die Wellenachse proportional ist.
Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei zwei Brennraumanordnungen vorgesehen sind, von denen jede folgendes hat: Paare von im wesentlichen gegenüberliegenden Kolben (6), von denen jeweils zwei um die Wellenachse drehbar sind und die jeweils einer entsprechenden Schlitzeinrichtung (13) benachbart angeordnet sind, welche die Serie von Ansaug- und Auslaßschlitzen vorsieht, ein Verbindungselement (4) für jedes Paar von gegenüberliegenden Kolben (6), das zwischen seinen distalen Enden mit der Kolbensteuerungseinrichtung (3) in Eingriff ist.