EP0246288A1 - Vier-takt-rotationszylindermotor der otto-brennkraftmaschine - Google Patents

Vier-takt-rotationszylindermotor der otto-brennkraftmaschine

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EP0246288A1
EP0246288A1 EP19860906761 EP86906761A EP0246288A1 EP 0246288 A1 EP0246288 A1 EP 0246288A1 EP 19860906761 EP19860906761 EP 19860906761 EP 86906761 A EP86906761 A EP 86906761A EP 0246288 A1 EP0246288 A1 EP 0246288A1
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EP
European Patent Office
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rotor
cylinder
cylinders
piston
rotor shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19860906761
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English (en)
French (fr)
Inventor
Abdel Halim Saleh
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Gesellschaft fur Innovations-Management-Marketing-Beratung Mbh
Original Assignee
Gesellschaft fur Innovations-Management-Marketing-Beratung Mbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Gesellschaft fur Innovations-Management-Marketing-Beratung Mbh filed Critical Gesellschaft fur Innovations-Management-Marketing-Beratung Mbh
Publication of EP0246288A1 publication Critical patent/EP0246288A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F02B57/10—Engines with star-shaped cylinder arrangements with combustion space in centre of star
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
    • F01B13/061—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with the actuated or actuating element being at the outer ends of the cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D17/00—Controlling engines by cutting out individual cylinders; Rendering engines inoperative or idling
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    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/042—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the connections comprising gear transmissions
    • F01B2009/045—Planetary gearings
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    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
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    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to a four-stroke rotary cylinder engine of the Otto engine, which according to the preamble of claim 1 consists of a disk-shaped rotor, a plurality of radial cylinders arranged in the rotor, which contain free pistons, a trochoid, a rotor shaft and a clutch.
  • crank drives of lower weight are sought, which can be achieved by replacing some components of the existing engine types with plastic ones.
  • crank drive which can be assigned to the crank drive, rotary lobe or gas turbine engine types, has its advantages, but also its disadvantages.
  • This endeavor has been caused by the inevitable disadvantages of the crank drive, which cannot yet be remedied by development.
  • Some disadvantages of the crank drive [1 + 5] that are generally known in the literature are summarized as follows: 1.
  • the crankshaft deformation is very sensitive to crankshaft breathing, which is also influenced by the thermal expansion and bending elasticity of the crankshaft [5].
  • Additional forces can shift the loaded storage area of a basic warehouse [5].
  • 3. Small areas of the press plate lead to press plate deformation [1, 5] as a result of excessive pressures.
  • Non-uniformity of the torque is dependent on the cylinder arrangement and their sequence in the ignition as well as their order in relation to the flywheel depends [1 + 5].
  • the rotary cylinder engine according to the preamble of claim 1 represents a new type of gasoline engine, it mainly avoids the disadvantages described become.
  • the piston In the working stroke of the four-stroke rotary cylinder engine, the piston is pushed outwards in the axial direction under gas pressure.
  • the connecting rod ((41) in Fig. 1 + 3) which is firmly anchored to the piston and which can be regarded as part of the piston (2) slides outwards on an epitrochoid (1) formed by the engine housing (12).
  • the tangential force generated is the rotational force of the rotor (5) around its axis C.
  • the torque results from the tangential force resulting from the current inclination of the trochoid and the momentary gas force and the radius around the axis C of the piston resulting from the movement of the piston Rotors.
  • the piston (2) is pushed into the interior of the cylinder by the trochoid (1) and, with the exhaust valves (22) open, pushes the exhaust gases out of the cylinder, which are discharged via the exhaust line ((7) in Fig. 9 ) get outdoors.
  • the piston slides under the influence of centrifugal force. the trochoid to the outside, causing the fresh charge to flow into the cylinder from the outside via the fresh charge supply channel ((8) in Fig.
  • the piston of each cylinder experiences 8 strokes per revolution.
  • Each mutually built 2 cylinder have the same stroke at the same time. Radial forces are thus completely balanced. Therefore, only a pure tangential force acts on the motor axis.
  • the number of cylinders can therefore be set to 4, 6, 8, 10, ... etc.
  • the type of strokes on the trochoid are local. For example, as in the picture (10) is specified, the working stroke is carried out in the angles (BCD) and (GCH). Depending on the shape of the trochoid, the work and force profiles as well as the relative length of the various strokes can be set.
  • the length of the suction stroke can be increased from (OA) to (O ⁇ ) so that a better filling level is achieved.
  • the compression stroke can be shortened from (AB) to (AB). This slightly improves the thermal performance.
  • the extension stroke can be adjusted by adapting its course so that an extended pressure drop period initially takes place, in which the pressure drops to near atmospheric pressure due to the escape of the exhaust gases, after which the exhaust gases are expelled by the piston. This reduces the workload required for changing loads to a minimum. However, the workload required for compaction remains the same. The proportion of rolling resistance drops.
  • the resulting course of work in the working stroke can also be set as desired after the trochoid has been shaped.
  • a lower inclination of the trochoid at the beginning of the working stroke and the increase in the turning radius can result in a more homogeneous working process than is the case in conventional crank drives.
  • This fact poses no problem with regard to the non-uniformity of the rotational speed of the motor, due to the balancing of the radial forces and due to the rotational mass which is sufficiently present due to this design.
  • This enables the optimization of the pressure force curve with regard to the friction loss of the drive. With high pressure at the beginning of the working stroke, a small working distance can be achieved, which requires a higher inclination of the trochoid.
  • the rotor turns due to combustion and work performance. This consists. as shown in picture (3), from the cylinder block (5), and contains the cylinder lines (4) and pistons (2).
  • the valves (21, 22) and spark plugs (25) are also mounted on the rotor.
  • the rotor (5) rotates around the axis C of the motor and is mounted on the rotor shaft (6).
  • the cooling ((9, 10) in the picture 4 and 9), oiling (11), fresh charge supply (8) and exhaust gas escape channels (7) are permanently installed in the rotor shaft.
  • a specially shaped cam ((23, 24) in Fig.
  • the design described can be compared with the star, rotary and counter-piston motors with regard to the mass and torque effects.
  • the piston Due to the special shape of the trochoid, the piston experiences a harmoniously oscillating movement when sliding along the trochoid.
  • the connecting rod is rigidly connected to the piston and therefore only moves along the cylinder axis.
  • the forces generated by the oscillating masses therefore have a purely harmonic cosine dependence on time and are theoretically for the conventional crank drive with an infinitely long connecting rod calculated [2].
  • the second order mass forces that can be calculated for the crank drive, which overlap the course shown and force special measures to compensate for them, are not present here.
  • the rotational components of the centrifugal forces would represent a sinusoidal curve at a constant radius, their values are positive in the suction and working stroke (i.e. doing work) and negative in the compression and extension stroke (ie doing resistance). Due to the change in the current radius, the sine lines are distorted, whereby their maxima are shifted to the end and their minima to the start of the stroke. The sum effect in all strokes results in a course similar to the rotating components of the oscillating masses.
  • the main aim was that the rotor mass, which consists of the cylinder head, block, lines and pistons, is used to compensate for the torque non-uniformity described, and therefore enables the flywheel to be completely dispensed with.
  • the water cooling of the cylinders is driven directly by the rotor by building the cooling channels in the rotor ((27) in Figs. 1, 3) so that they simultaneously have a pumping effect on the cooling water when rotating (Fig. 8 a, b ), and promote the cooling water in the entire cooling circuit.
  • the pressure lubrication of the motor ((11) in Figure 9) can also be built according to the same principle.
  • the rotor needs only a quarter of the speed of the crank drive to achieve the same piston speed as that of the same. This reduction in speed of the rotor compared to that of the crank drive, together with the reduction in bearing stress (page 11) and the control and auxiliary circuit drives (pages 11 and 15), reduce mechanical losses.
  • the cylinder lines ((4) in Figures 1, 3 and 7) are pushed into the rotor from the outer circumference during assembly. They are exposed to the radial centrifugal forces acting outwards. They are therefore attached to the outer circumference of the rotor.
  • the Lekagen problem between cylinder head and cylinder block which plays a very large role in the known crank drive, is not present here. Therefore, neither a very precise connection of the cylinder lines to the combustion chamber wall in the rotor, nor the installation of a cylinder block seal is necessary.
  • the cylinder line connects to the combustion chamber on the inside.
  • the cylinder line can be attached as required and can also be used to guide the connecting rod ((35) in Fig.
  • the connecting rod guide is only required for the guide and not for storage. The stress is therefore lower and the expected scope is greater. In contrast to the connecting rod crank pin bearing, only the force component of the torque is transmitted from or to the piston transferred, burden the leadership.
  • this force component of the torque is significantly lower than in the crank drive. An insignificant part of this torque force is transmitted as a clamping force from the piston to the cylinder if the piston is rigidly connected to the connecting rod. If, on the other hand, the piston is tied together with the connecting rod via a piston pin as in the known system, this force component is transmitted to the cylinder itself in its cylinder axial and its vertical component, which is attributed to the piston friction, and therefore less friction is caused. However, this contribution is small, as described above, and an articulated connection of the connecting rod to the piston is not necessary.
  • the connecting rod in the new system is subjected to bending and compressive stress. Since the strength of the connecting rod material in the compressive load is much higher than in the tensile load, this helps to reduce the connecting rod mass. It should be added that the length of the connecting rod is only 1.5 times the cylinder bore, and therefore the expected bending moments on the connecting rod are small.
  • the piston lubrication is carried out in the known systems either according to the plunger principle or under pressure via the crankshaft and the connecting rod through built-in channels.
  • piston lubrication works automatically based on the plunger principle. This may not be sufficient for cylinder lubrication towards the inner end of the piston travel. Therefore pressure lubrication is probably necessary.
  • the connecting rod ((3) in Figure 7) is guided via channels that are built into the guide or cylinder mounting part are supplied by the rotor with oil under pressure. The individual pistons are thus supplied with lubricating oil, which keeps the required oil pressure lower and makes the lubricating performance more efficient than in known systems.
  • the piston rings are oiled from the channels in the connecting rod and the piston.
  • the rotor bearing on the rotor shaft is also supplied with oil under pressure and thereby oiled.
  • the trochoid is automatically oiled by the centrifugal effect on the oil in the motor housing.
  • a major advantage of this structure is the possibility of switching off some cylinders.
  • a complicated mechanism is required in the short drive system.
  • the mass forces of the oscillating masses and their friction losses do not change.
  • the torques and the force profiles change drastically and cause a certain degree of uneven running.
  • a simple, electromagnetically actuated lock built on the connecting rod guide ((34) in Fig. 7) can be used to lock the pistons and connecting rod at the end of the extension stroke on lead to the innermost end of the stroke.
  • the centrifugal mass is thereby reduced by the amount (ml / r), where r is the distance between the center of the stroke and the axis of rotation C of the rotor and 1 is the length of the stroke.
  • r is the distance between the center of the stroke and the axis of rotation C of the rotor and 1 is the length of the stroke.
  • crank drive Although in the crank drive only the gas forces and their torques are switched off by switching off the cylinders, in contrast to the new system, the mechanical losses remain the same if they are not increased by the increased bending moment stress. In crank drive, the torque non-uniformity is significantly increased solely by the lack of gas forces in the cylinder deactivation. In order to avoid uneven running, a countermeasure must be taken when the cylinder is suspended in the crank drive system, e.g. building an even bigger flywheel.
  • the fresh charge flows directly ((33,31) in Fig. 4) through the inlet valve vestibule (28) and the inlet valve (21) into the cylinder, which is located at the point of the suction stroke located.
  • the suction stroke and the inlet valve opening are determined by the trochoid, the flow of the fresh charge does not change, although the eight cylinders shown in Figure 1 are supplied by it.
  • This extremely short way of fresh loading and the maintenance of the flow direction and the continuity of the flow contribute to a delivery rate> 1.
  • the fluctuation of the fuel charge [4] found in the crank drive due to branching and discontinuity of the flow in the carburetor system no longer exists here.
  • This structure also facilitates the application of the principle of preheating the fresh charge or of the fuel supply method described in the published patent application (DE 3414168.5).
  • the rotor shaft and the trochoid together with the motor housing can be built as one part, but the rotor axis is built separately for assembly and operating reasons and fastened to the motor housing.
  • the various guides (in Fig. 9 u page 15) are only connected to the supplementary parts of each circuit outside the motor housing.
  • the clutch on the other hand, is attached to the rotor within the motor housing. Sealing against oil leakage to the clutch is then necessary at the point ((43) in Figure 3), where the centrifugal force is used for oil repellency and return and therefore also to prevent oil leakage to the clutch.
  • a large friction disc and an extremely thin pressure plate can be built.
  • the pressure springs of the clutch can be relieved a lot because the pressure force required for a larger friction disc is smaller.
  • the number of damping springs in the friction disc can also be increased and the load relieved.
  • the starter motor drives the rotor directly.
  • the energy applied by the starter motor is transferred to the rotor as pure torque.
  • the necessary torque is reduced in comparison to the crank drive by several factors. These factors include, besides the reduction in mass and inertia of the parts to be moved, and the limitation of the drive to as pure as possible Torque transmission the application of the cylinder deactivation method when starting.
  • the housing and its attachment provide the reaction force.
  • the rotor generates a pressure and torque through the combustion.
  • Only the torque reaction and the weight are passed on to the support frame via the trochoid.
  • the pressure forces on the trochoid interact and will stress the material of the trochoid.
  • the strength of the trochoid is taken into account. For economic reasons, therefore, only the trochoid is built from a material of higher strength than the rest of the housing.
  • the trochoid is the Replacing the crankshaft in the crank drive, the trochoid is also to be regarded as part of the housing.
  • the volume of the motor is reduced to the extent and its design is so compact that the reaction force is transmitted to the support frame in a simple manner without the occurrence of additional forces.
  • the new engine as a whole can then be compared with the known crank drive motors.
  • Section on the cylinder attachment including the connecting rod to show the connecting rod guide, the pressure lubrication of the piston and the cylinder retraction mechanism.

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Description

Vier-Takt-Rotationszylindermotor der Otto-Brennkraftmascliine
Die Erfindung betrifft einen Vier-Takt-RotationszylinderMotor der Otto-Brennkraftmaschine, welcher nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 aus einem scheibenförmigen Rotor, mehreren im Rotor radial angeordneten Verbrexinungszylindern, die freie Kolben enthalten, einem Trochoid, einem Rotorscaft und einer Kupplung besteht.
Im Zuge der Entwicklung der Verbrennungsmotoren hat sich der Bedarf nach höherem mechanischen Wirkungsgrad, niedrigerem spezifischem Kraftstoffverbrauch und besserer Abgasqualität in letzter Zeit zunehmend gehoben. Es werden daher
Motoren von niedrigerem Gewicht angestrebt, welche durch den Ersatz einiger Bauteile der vorhandenen Motorenbauarten durch dieselben aus Kunststoff erzielt werden können. Jede der bekannten Gestaltungen der Verbrennungsmotoren, welche den Kurbelantriebs-, Drehkolben- oder Gasturbinenmotorenarten zugeordnet werden kann, hat ihre Vorteile, jedoch auch ihre Nachteile. Obwohl sich die Entwicklung und die Anwendung des Kurbelantriebs eingesetzt hatte, nimmt das Bestreben zur Entwicklung der anderen Motorenarten zu [1 + 4] . Dieses Bestreben ist durch die unvermeidlichen Nachteile des Kurbelantriebs verursacht worden, welche durch Entwicklung noch nicht zu beheben sind. Einige in der Literatur allgemein bekannte Nachteile des Kurbelantriebs [1+5] sind zusammengefaßt wie folgt: 1. Die Kurbelwellendeformation ist sehr empfindlich zur Kurbelschenkelatmung, welche auch von der Wärmedehnung und Biegeelastizität der Kurbelwelle beeinflußt wird[5] . 2. Zusatzkräfte können die beaufschlagte Lagerfläche eines Grundlagers stark verlagern [5 ]. 3. Kleine Flächen der Preßplatte führen infolge zu hoher Drücke zur Pressplattendeformation [1, 5 ] .
4. Die Massenkräfte können ohne Ausgleichesgewichte nur in den Boxermotoren konstruktive ausgeglichen werden [2, 3] .
5. Ungleichförmigkeit des Drehmoments ist von der Zylinderanordnung und deren Reihenfolge bei der Zündung sowie von ihrer Reihenfolge in Bezug auf das Schwungrad abhängig [1+5].
6. Das Erfordernis von vielen Bauteilen zur Kräfteübertragung und zum Kräfteausgleich [1+3] .
7. Große Volumen- und Gewichtserfordernisse für den Kurbelantrieb selbst [1, 2 ] .
8. Zusätzliche Momente, wie Biege-, Kipp- und Torsionsmomente [ 1+5] .
Bei den Kreis- und Drehkolbenmotoren, mit denen man die Nachteile des Kurbelantriebs zu umgehen versuchte, sind folgende Nachteile allgemein bekannt:
1. Schlechte und schwierige Kühlung der Epitrochoidenzylinder und des Kolbens [1 , 3, 4] . 2. Schlechte Abdichtung der Arbeitsräume zwischen Kolbenund Epitrochoid [1, 4] . 3. Die Massenkräfte sind zwar stark reduziert, jedoch nicht total vermieden und müssen auch ausgeglichen werden [1+4]. 4. Es sind Planetengetriebe zur Kräfteübertragung und Schwungrad zum Ausgleich der Ungleichförmigkeit des Drehmoments erforderlich [1, 2, 4] . 5. Hoher spezifischer Kraftstoffverbrauch [1, 4 ] . 6. Kurze Lebensdauer der verschiedenen Teile [ 1 ] .
Auch die Gasturbinen haben folgende Nachteile:
1. Zu hoher Kraftstoffverbrauch [ 1 , 4] .
2. Fehlende Bremswirkung durch den Motor [4] . 3. Beschleunigungsverzug [1, 4] .
4. Geräuschprobleme [4].
5. Starke Abhängigkeit der Leistung von der Außentemperatur [ 3, 4] .
6. Abdichtungsprobleme zwischen kühlen und heißen Zonenüber eine lange Zeit [4] .
Der Rotationszylindermotor nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 stellt einen neuen Bauart der Otto-Brennkraftmaschine dar, it dem die beschriebenen Nachteile hauptsächlich vermieden werden. Im Arbeitshub des Vier-Takt-Rotationszylindermotor wird der Kolben unter Gasdruck in axialer Richtung nach außen geschoben. Die mit dem Kolben fest verankerte Pleuelstange ((41) in Bild 1 + 3), welche als ein Teil des Kolbens (2) betrachtet werden kann, gleitet nach außen an einem vom Motorgehäuse (12) gebildeten Epitrochoid (1). Die erzeugte tangenzialkraft ist die Drehkraft des Rotors (5) um seine Achse C. Der Drehmoment ergibt sich aus der - je nach mometaner Neigung des Trochoides und der momentanen Gaskraft resultierenden Tangenzialkraft und dem sich mit der Bewegung des Kolbens ergebenden Radius um die Achse C des Rotors. Beim weiteren Drehen des Rotors (5) wird der Kolben (2) von dem Trochoid (1) ins Innere des Zylinders geschoben und schiebt bei geöffneten Auslaßventilen (22) die Abgase aus dem Zylinder, welche über die Abgasleitung ((7) in Bild 9 ) ins freie gelangen. Beim weiteren Drehen des Rotors gleitet der Kolben unter Einwirkung der Fliehkraft an. dem Trochoid nach außen, wodurch die Frischladung bei geöffneten Einlaßventilen (21) von außen in den Zylinder über die Frischlad- ungzufuhrskanal ((8) in Bild 9 ) einströmt. In dem Verdichtungshub wird der Kolben von dem Trochoid nach Innen geschoben, wobei bei geschloßenen Ventilen die Frischladung bis auf das Volumen des Verbrennungsraumes verdichtet wird. Gegen Ende des Verdichtungshubes wird die Verbrennung des Gemisches von der Zündkerze ((25) in Bild 4) gestartet. und im Laufe des nächsten Arbeitshubes beendet.
In dem im Bild (1 u 2) gezeichneten Motor erfährt der Kolben jedes Zylinders 8 Hübe je Umdrehung. Jede gegenseitig gebaute 2 Zylinder haben zur gleichen Zeit den gleichen Hub. Radiale Kräfte gleichen sich somit total aus. Daher wirkt auf der Motorachse nur eine reine Tangenzialkraft. Diese Beschreibung gilt im allgemeinen für jede Zylinderpaarung. Die Zylinderzahl läßt sich daher auf 4, 6, 8, 10, ...etc einstellen. Wie beim Wankelmotor ist die Art der Hübe am Trochoid ortsgebunden. So wird beispielsweise, wie in dem Bild (10) angegeben ist, der Arbeitshub in den Winkeln (BCD) und (GCH) durchgeführt. Je nach Formgebung des Trochoids lassen sich die Arbeits- und Kraftsverläufe sowie die relative Länge der verschiedenen Hübe einstellen. So kann z.B. die Länge des Saughubes von (OA) auf (OÄ) vergrößert werden, damit ein besserer Füllgrad erzielt wird. Der Verdichtungshub kann dagegen von (AB) auf (AB) verkürzt werden. So wird die thermische Leistung geringfügig verbessert. Der Ausschiebehub kann durch Anpassung seines Verlaufs so eingestellt werden, daß zunächst eine verlängerte Druckabfallsperiode stattfindet, bei der durch Entweichen der Abgase der Druck bis nahe des atmosphärischen Druckes absinkt, wonach eine Ausschiebung der Abgase durch den Kolben erfolgt. So sinkt die erforderliche Arbeitsleistung für den Ladungswechsel auf ihr Minimum. Die erforderliche Arbeitsleistung bei der Verdichtung bleibt jedoch die Gleiche. Der Rollwiderstandsanteil sinkt dabei ab.
Der resultierende Verlauf der Arbeit in dem Arbeitshub kann auch nach der Formgebung des Trochoids beliebig eingestellt werden. So kann z.B. durch geringere Neigung des Trochoids zu Beginn des Arbeitshubs und durch die Zunahme des Drehradius ein homogenerer Arbeitsverlauf erhalten werden, als es im herkömmlichen Kurbelantrieb der Fall ist. Dieser Sachverhalt stellt jedoch hinsichtlich der Ungleichförmigkeit der Drehgeschwindigkeit des Motors kein Problem dar, auf Grund des Ausgleichs der radialen Kräfte und auf Grund der durch diese Bauart genügend vorhandenen Rotationsmasse. Sie ermöglichen dadurch die Optimierung des Druckkraftverlaufs hinsichtlich dem ReibungsVerlust des Antriebes. Bei hohem Druck am Anfang des Arbeitshubes kann ein geringer Arbeitst weg erreicht werden, welcher eine höhere Neigung des Trochoids erfordert. Auch eine gesamte Verkürzung des Arbeitshubs führt zu einer Verringerung des Reibungsverluste. Diese Verkürzung führt auch zur Verringerung der thermischen Belastung und zur Erhöhung des thermischen Wirkunggrades durch geringere KühlungsVerluste. In den bekannten 4-TaktVerbrennungsmotoren ist der Verlauf der Arbeitsleistung und die Länge der Hübe durch die harmonische Bewegung des Kurbelantriebs bereits definiert und kann daher nicht verändert werden.
Durch Verbrennung und Arbeitsleistung dreht sich der Rotor. Dieser besteht,. wie es im Bild (3) dargestellt ist, aus dem Zylinderblock (5), und enthält die Zylinderleinen (4) und Kolben (2). Die Ventile (21, 22) und Zündkerzen (25) sind auch an den Rotor anmontiert. Der Rotor (5) dreht sich um die Achse C des Motors und ist am Rotorschaft (6) gelagert. Im Rotorschaft sind die Kühlungs- ((9, 10) im Bild 4 u 9 ) , Ölungs- (11), Frischladungzufuhrs- (8) und Abgasentweich- ungskanäle (7) fest eingebaut. Für den direkten Antrieb der Einlaß- ((21) im Bild 3) und Auslaßventile (22) ist eine besonders geformte Nocke ((23, 24) im Bild 3, 5 u 6) am Rotorschaft (6) befestigt. Jede der beiden Nocken ((23, 24) im Bild 4) betätigt die Einlaß- bzw Auslaßventile aller Zylinder des Rotors. Die im Rotorschaft eingebauten Kanäle ( im Bild 2, 9) sind direkt mit den nötigen Kreislaufteilen verbunden, wie es in den herkömmlichen Verbrennungsmotoren der Fall ist.
Die beschriebene Bauart ist in Bezug auf die Massen- und Drehkräftewirkung mit den Stern-, Dreh- und gegenkolbenmotoren zu vergleichen.
Durch die besondere Formgebung des Trochoids erfährt der Kolben beim gleiten am Trochoid entlang eine harmonisch oszillierende Bewegung. Die Pleuelstange ist mit dem Kolben starr verbunden und bewegt sich daher nur entlang der Zylinderachse. Die dadurch erzeugten Kräfte der hin- und her-oszillierenden 'Massen haben daher eine reine harmonische Cosinusabhängigkeit von der Zeit und werden theoretisch für den herkömmlichen Kurbelantrieb bei unendlich langer Pleuelstange berechnet [ 2]. Die für den Kurbelantrieb errechenbaren Massenkräfte zweiter Ordnung, welche den dargestellten Verlauf überlagern und besondere Maßnahmen zu deren Ausgleich erzwingen, sind hier nicht vorhanden.
Im Gegensatz zum Kurbelantrieb haben diese oszillierenden Massen auch zusätzliche Fliehkräfte, welche von der Drehgeschwindigkeit des Rotors und dem momentanen Radius abhängig sind. Dieser Radius, der den Abstand dieser oszillierenden Massen von der Drehachse des Rotors bildet, ändert sich im Laufe eines Hubes um die Hublänge (Bild 11a ).
Durch den in sich gegenseitigen Aufbau der Zylinderpaarungen im Rotor wurde das Prinzip der Gegenkolben verwirklicht, wodurch sich alle Flieh- und oszillierenden Kräfte gegenseitig aufheben. Diese Kräfte werden vom Trochoid und Rotor absorbiert, und daher benötigen sie keine zusätzlichen Ausgleichsmaßnahmen (Bild 11a ). Im Vergleich zum Kurbelantrieb ist das ein Gewichtsersparnis im Motor.
Diese beschriebenen oszillierenden und Fliehkräfte haben eine Komponente, die den Drehmoment des Motors beeinflußt, und dadurch auch die Gleichförmigkeit des Drehmoments. In den Bildern (11b ,c,d,f,g ) sind diese Drehkomponenten dargestellt. Bei konstantem Radius würden die oszillierenden Massenkräfte den gleichen Effekt wie beim Kurbelantrieb erzeugen. Da sich jedoch der Drehradius ändert, ändern sich auch die resultierenden Drehkomponenten. Sie leisten in dem Verdichtungs- und Ausschiebhub größeren Widerstand (dh. der negative Anteil wird größer) und in dem Saug- und Arbeitshub größeren Antrieb (dh. der positive Anteil wird größer). Ihr Summeneffekt bei allen vier Hüben ist jedoch gleich ihrem Effekt im herkömmlichen Kurbelantrieb.
Die Drehkomponenten der Fliehkräfte würden bei konstantem Radius einen Sinusförmigen Verlauf darstellen, deren Werte im Saug- und Arbeitshub positiv (dh. Arbeit leisten) und im Verdichtungs- und Ausschiebehub negativ (dh. Widerstand leisten) sind. Auf, Grund Änderung des momentanen Radius werden die Sinuslinien verzerrt, wodurch ihre Maxima zum Ende und ihre Minima zum Beginn des Hubes verschoben werden. Der Summeneffekt in allen Hüben ergibt aber einen den Drehkomponenten der oszillierenden Massen ähnlichen Verlauf.
Die Drehmomente der Gaskräfte ähneln denjenigen des Kurbelantriebs. Sie werden, wie es im Bild (11e) dargestellt ist, auf Grund der Radiusänderung geringfügig verändert.
Wie oben dargestellt, sind die Summeneffekte der Drehmomente denjenigen des Kurbelantriebs gleich, falls die Drehkomponenten der Fliehkräfte denjenigen der oszillierenden Massen zugeordnet werden. Der Verlauf des Drehmoments der gesamten Zylinder ist daher auch dem des Kurbelantriebs ähnlich. Somit ist die Drehmomentungleichförmigkeit auch gleich. Die auf Seite 13 erläuterte Reduzierung der oszillierenden Massen wirkt auf einer Reduzierung ihrer Drehkraft und auch auf einem, auf Seite 9 dargestellten, homogeneren Verlauf des Drehmoments. Dadurch wird eine wesentlich niedrigere üngleichförmigkeit des Drehmoments erzielt. Ein Unterschied zum Kurbelantrieb läßt sich bei der Verfolgung des Drehmoments längs der Kurbelwelle von dem ersten Zylinder bis zum letzten nahe dem Schwungrad feststellen. Hierin ist die Ungleichförmigkeit des Tangenzialdruckverlaufs am ersten Grundlagerzapfen am größten, und erst am letzten Grundlagerzar pfen, wo sich die Beiträge aller Zylinder addieren, wird der Verlauf und somit die üngleichförmigkeit des Drehmoments dem des gesamten Motors gleich [57] Im Rotationszylindermotor dagegen addieren sich die Drehmomente simultan und haben daher ihre volle Wirkung auf den Rotor. Es ist zu beachten, daß hier die Fliehkräfte für die Rotorlagerung von Vorteil sind. Sie sorgen außerdem dafür, daß der Kolben der Trochoidenkontur zumindest im Saughub folgt und daher zu einer Minderung der Motorgerausehe beiträgt.
In dieser Bauart war hauptsächlich das Ziel, daß die Rotormasse, welche aus dem Zylinderkopf, -block, -leinen und den Kolben besteht, für den Ausgleich der beschriebenen Drehmomentungleichförmigkeit verwendet wird, und daher den totalen Verzicht des Schwungrads ermöglicht.
Im Bild 1 ist gezeigt worden, daß, damit das Prinzip des totalen Kräfteausgleichs gewahrt bleibt, Zylinderpaarungen von 4, 6, 8 oder 10 Zylindern an einem Rotor gebaut werden. Der Motor ist in dieser Hinsicht besser als die Dreh- und Sternkolbenmotoren. Im Vergleich zum Kurbelantrieb sind hier dadurch keine Biegemomente oder Lagerbeanspruchungen entstanden.
Wie es bereits auf Seite 6 beschrieben ist, sind die Hubarten am Trochoid ortsgebunden. Hierdurch läßt sich die besondere Eigenschaft feststellen, daß eine Änderung der Zylinderzahl und dadurch des gesamten Hubvolumens des Motors nur die Änderung des Rotors erfordert, der Trochoid und auch der Rotorschaft samt Steuerungen bleiben unverändert. Dadurch ist auch ersichtlich, daß eine Anwendung der sogenannten "Zylinderabschalttechnik" durch Sperrung der Kolbenbewegung sehr einfach und effizienter ist als im Kurbelantrieb. Der Hubweg dagegen und somit auch das Verdichtungsverhältnis werden vom Trochoid definiert.
Die Wasserkühlung der Zylinder wird vom Rotor direkt angetrieben, indem die Kühlungskanäle im Rotor ((27) im Bild'1, 3) so gebaut werden, daß sie gleichzeitig einen Pumpeffekt beim Rotieren auf das Kühlwasser haben (Bild 8a,b ), und das Kühlwasser im gesamten Kühlkreislauf fördern. Nach dem gleichen Prinzip kann auch die Druckschmierung des Motors ((11) im Bild 9) gebaut werden. Der Rotor benötigt nur ein Viertel der Drehzahl des Kurbelantriebs, um die gleiche Kolbengeschwindigkeit wie die desselben zu verwirklichen. Diese Drehzahlreduzierung des Rotors gegenüber der des Kurbelantriebs wirkt zusammen mit der Reduzierung der Lagerbeanspruchung (Seite 11) und der Steuer- und Nebenkreislaufantriebe (Seite 11 u 15) auf einer Reduzierung der mechanischen Verluste.
Nachdem das Prinzip und darauf die Dynamik des neuen Rotationszylindermotors erläutert worden ist, werden der Aufbau und die Betriebseigenschaften einiger funktioneller Teile, wie Zylinder, Kolben, Kühlungs- und Schmierungskreislauf .. ..etc im Vergleich mit bekannten Systemen beschrieben. Es werden nur die neuen Eigenschaften, welche in den bekannten Systemen nicht vorhanden sind, beschrieben.
Die Zylinderleinen ((4) im Bild 1, 3 u 7) werden bei der Montage vom Außenumfang her in den Rotor geschoben. Sie sind den radialen, nach außen wirkenden Fliehkräften ausgestzt. Sie werden daher am Außenumfang des Rotors befestigt. Das Lekagenproblem zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock, welches im bekannten Kurbelantrieb eine sehr große Rolle spielt, ist hier nicht vorhanden. Daher ist hier weder ein sehr genauer Anschluß der Zylinderleinen an der Verbrennungsraumwandung im Rotor, noch die Montage einer Zylinderblockdichtung nötig. Die Zylinderleine schließt auf der Innenseite an den Verbrennungsraum an. Die Befestigung der Zylinderleine ist beliebig und kann auch zur Führung der Pleuelstange ((35) im Bild 7) mitsamt der Kolben, zur Schmierung (37, 38), zur Aufnahme von Wärmeausdehnungsun- terschiede (40, 39) und zur Zylinderausschaltung (34) verwendet werden. Die Führung der Pleuelstange wird nur für die Führung und nicht für die Lagerung benötigt. Daher ist die Beanspruchung niedriger und der erwartete Spielraum größer. Hier wird im Gegensatz zur Pleuel-Kurbelzapfenlagerung nur die Kraftkomponente des Drehmoments, die vom oder zum Kolben übertragen wird, die Führung belasten.
Diese Kraftkomponente des Drehmoments ist hier in Folge des großen Wirkabstandes ( 5 + 7-fache der Zylinderbohrung D) wesentlich geringer als im Kurbelantrieb. Ein unwesentlicher Teil dieser Drehmomentkraft wird als Klemmkraft vom Kolben auf den Zylinder übertragen, falls der Kolben mit der Pleuel starr verbunden ist. Wird dagegen der Kolben wie im bekannten System mit der Pleuelstange über einen Kolbenbolzen Terbunden, so wird diese Kraftkomponente selbst in ihrer Zylinderaxiale und deren senkrechten Komponente, welche der Kolbenreibung zugerechnet wird, auf die Zylinder übertragen und daher wird geringere Reibung verursacht. Dieser Beitrag ist jedoch, wie oben beschrieben, gering, und eine gelenkige Verbindung der Pleuelstange mit dem Kolben wird nicht erforderlich.
Im vergleich zum Kurbelantrieb wird die Pleuelstange im neuen System einer Biege- und Druckbeanspruchung ausgesetzt. Da die Festigkeit des Pleuelmaterials bei der Druckbeanspruchung, wesentlich höher liegt als in der Zugbeanspruchung, trägt diese zur Reduzierung der Pleuelmasse bei. Hinzuzufügen ist, daß die Länge der Pleuelstange nur das 1,5-fache der Zylinderbohrung beträgt, und daher sind die erwarteten Biegemomente an der Pleuelstange gering.
Die Kolbenschmierung wird in den bekannten Systemen entweder nach dem Tauchkolbenprinzip oder unter Druck über die Kurbelwelle und den Pleuel durch eingebaute Kanäle ausgeführt. Im neuen System ist die Kolbenschmierung nach dem Tauchkolbenprinzip von selbst gegeben. Dieses ist möglicherweise gegen das innere Ende des Kolbenwegs für die Zylinderschmierung nicht ausreichend. Daher ist wahrscheinlich eine Druckschmierung notwendig. Zu deren Realisierung wird die Führung der Pleuelstange ((3) im Bild 7) über Kanäle, welche in das Führungs- bzw. Zylinderbefestigungsteil eingebaut sind, vom Rotor mit öl unter Druck beliefert. Somit werden die einzelnen Kolben mit Schmieröl beliefert, wtlche den erforderlichen Öldruck niedriger hält und die Schmierleistung effizienter als in bekannten Systemen macht.
Neben der Schmierung der Führung der Pleuelstange werden die Kolbenringe von den Kanälen in der Pleuelstange und dem Kolben aus geölt. Auch die Rotorlagerung am Rotorschaft wird unter Druck mit öl versorgt und dadurch geölt. Der Trochoid wird von selbst durch die Schleuderwirkung auf das Öl in dem Motorgehäuse geölt.
Die Durchpumpung des Öls und des Kühlwassers im öl- bzw. Kühlwasserkreislauf wurde bereits auf Seite 11 beschrieben. Das Kühlwasser wird in den Zylindermantel gepumpt, wodurch die Zylinder gekühlt werden. Da sich der Rotor im Motorgehäuse dreht und auf diese Weise mit Öl in Berührung kommt, wird neben der Schmierung der Ventilantriebe eine Kühlung des Öls erreicht. In den Kurbelantriebssystemen wird eine Kühlung des Öls erst über extra dafür gebaute Teile erreicht
Ein wesentlicher Vorteil dieses Aufbaus ist auch noch die die Möglichkeit der Abschaltung einiger zylinder. Im Kurbeiantriebssystem wird ein komplizierter Mechanismus erforderlich. Außerdem ändern sich so die Massenkräfte der oszillierenden Massen und deren Reibungsverluste nicht. Die Drehmomente und die Kräfteverläufe ändern sich dadurch drastisch und verursachen ein gewisses Maß an Laufunruhe. In diesem neuen System, in dem die Kolben samt Pleuelstange frei laufende oszillierende Körper darstellen, kann eine einfache, elektromagnetisch betätigbare und an der Führung der Pleuelstange gebaute Sperre ((34) im Bild7) zu einer Sperrung der Kolben samt Pleuelstange am Ende des Ausschubhubs am innersten Ende des Hubwegs führen. Dadurch, obwohl die Ventile weiter betätigt werden, können alle zwei gegenüberstehenden Zylinder gleichzeitig ausgeschaltet werden. Die Fliehmasse reduziert sich dadurch um den Betrag (m.l/r), wobei r der Abstand der Hubwegmitte von der Drehachse C des Rotors und 1 die Hubweglänge ist. Die Kräfte und die Drehmomentbeiträge der abgeschalteten Zylinder werden dadurch vollkommen ausgeschaltet. Der Rotor kann deshalb betrachtet werden als ob er nur die restlichen Zylinder enthalten würde
Obwohl im Kurbelantrieb durch die Abschaltung der Zylinder nur die Gaskräfte und deren Drehmomente dementsprechend ausgeschaltet sind, bleiben im Gegensatz zum neuen System die mechanischen Verluste dieselben, wenn sie durch die angestiegene Biegemomentbeanspruchung nicht erhöht werden. Beim Kurbelantrieb wird die Drehmomentungleichförmigkeit allein durch das Fehlen der Gaskräfte bei der Zylinderabschaltung wesentlich verstärkt. Um große Laufunruhe zu vermeiden, muß man bei der Zylinderaböchaltung im Kurbelantriebssytem eine Gegenmaßnahme ergreifen, zB. den Bau von einem noch größeren Schwungrad.
Sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßventile werden durch die Bewegung des Rotors zwangsläufig von einem besonderen extra dafür gebauten Nocken ((23,24) im Bild 5 u 6) bewegt. Diese Nocken sind am Rotorschaft befestigt, und daher ist auch ihre relative Lage zum Trochoid festgelegt. Im Gegensatz zum Kurbelantrieb benötigen sie keinen mechanischen Antrieb über Zahnräder oder Gestänge. Hier zeichnen sie sich durch genauere Einstellung und niedrigere Antriebskraft aus als im Kurbelantrieb. Dennoch werden sie von selbst geölt . Die Ventilstangen werden durch die Drehwirkung wesentlich besser gekühlt. Sie sind einfach gebaut, bedienungs- und betriebsfreudig.
Über den Saugkanal im Rotorschaft ((8) im Bild 9) strömt die Frischladung direkt ((33,31) im Bild 4) durch den Einlaßventilvorraum (28) und das Einlaßventil (21) in den Zylinder, welcher sich an der Stelle des Saughubs befindet. Da Diese Stelle des Saughubs und der Einlaßventiloffnung vom Trochoid festgelegt sind, ändert sich die Strömung der Frischladung nicht, obwohl die in Bild 1 gezeigten acht Zylinder dadurch beliefert werden. Dieser extrem kurze Weg der Frischladung und die Beibehaltung der Strömungsrichtung und die kontinuität der Strömung tragen zu einem Liefergrad >1 bei. Außerdem existiert die im Kurbelantrieb festgestellte Schwankung der Kraftstoffladung [4] in Folge Abzweigung und Diskontinuität der Strömung im Vergasersystem hier nicht mehr. Dieser Aufbau erleichtert auch die Anwendung des Prinzips der Vorerwärmung der Frischladung oder des in der Offenlegungsschrift (DE 3414168.5) beschriebenen Kraftstoffzufuhrsverfahrens.
Wie bei der Frischladungszufuhr gilt auch bei der Abgasführung die Eigenschaft, daß der Abgasführungskanal im Rotorschaft kurz und für die acht Zylinder gemeinsam ohne Abzweigung oder Änderung der Strömungsrichtung gebaut ist ((7) im Bild 9), und daher leistet er niedrigeren Widerstand gegen die Abgasströmung als im Kurbelantrieb. Durch denunterbrochenen Anschluß des Abgasraums vor dem Auslaßventil zum Abgaskanal für alle Zylinder außerhalb des Ausschubhubs ((30) u (32) im Bild 4) und durch die Drehwirkung. des Rotors wird zusätzlich zu der auf Seite 15 beschriebenen Kühlung der Ventile eine wesentlich bessere Kühlung des Auslaßventilraums erreicht.
Bei der Abgasführung, sowie auch bei der Frischladungs-, Kühlwasser- und Ölführung im allgemeinen der Fall ist, wird die Lekage beim Übergang vom Rotor zur Rotorachse oder um- gekehrt durch den Einbau vom Dichtungsringen verhindert. In diesem Sinne wurden die verschiedenen Führungen wie im Bild 4 angeordnet. Trotzdem hat die Abgaslekage zum Frischladungsstrom in den erwarteten sehr geringen Mengen einen verbesserenden Einfluß auf die Abgasqualität [4] . Die Lekage der Abgase über die Rotorachse zum Motorgehäuse ist, auf Grund des niedrigeren Wirkdrucks als im Zylinder, wesentlieh geringer als die normale Leckage eines Zylinders und daher benötigt sie keine besonderen Maßnahmen und kann zu den Leckagen der Zylinder gezählt werden.
Prinzipiell kann der Rotorschaft und der Trochoid samt Motorgehäuse als ein Teil gebaut werden, jedoch wird die Rotorachse aus Montage- und Bedienungsgründen getrennt gebaut und mit dem Motorgehäuse befestigt. Die verschiedenen Führungen (im Bild 9 u Seite 15) werden erst außerhalb des Motorgehäuses an die ergänzenden Teile jedes Kreislaufs angeschloßen. Die Kupplung dagegen wird innerhalb des Motorgehäuses am Rotor befestigt. Eine Abdichtung gegen ölleckage zur Kupplung ist dann an der Stellen ((43) im Bild 3) notwendig .Hier wird die Schleuderkraft zur Ölabweisung und Rückführung und daher auch zur Verhinderung der ölleckage zur Kupplung verwendet.
Der große Durchmesser des Rotors gegenüber dem Schwungrad des Kurbelantriebs und dem Drehkolbenmotor erleichtert die Aufgabe des Anlassermotors und bietet größere Freiheit bei der Bau einer optimalen Kupplung. So kann bei den mechanischen Kupplung eine große Reibungsscheibe und eine extrem dünne Druckplatte gebaut werden. Die Druckfedern der Kupplung können um einiges entlastet werden, weil die erforderliche Druckkraft einer größeren Reibungsscheibe kleiner ist. Auch die Dämpfungsfedern in der Reibungsscheibe können in der Zahl erhöht und selbst entlastet werden.
In diesem Aufbau treibt der Anlassermotor den Rotor direkt an. Die vom Anlassermotor angewandete Energie wird dem Rotor als reine Drehkraft übertragen. Der notwendige Drehmoment wird im Vergleich zum Kurbelantrieb durch mehrere Faktoren reduziert. Zu diesen Faktoren zählt neben der erzielten Massen- und Trägheitsverringerung der zu bewegenden Teile und der Begrenzung des Antriebs auf möglichst reine Drehmomentübertragung die Anwendung des Zylinderabschaltverfahrens beim Anfahren.
In diesem Zylinderabschaltverfahren werden zunächst alle Kolben in das Zylinderinnere gesperrt, wodurch der Rotor als eine Scheibe angesehen werden kann und nur deren Beschleunigung und die Überwindung ihrer Reibung bei der Lagerung an der Rotorachse benötigt werden. Beim Erreichen einer Bestimmten Drehzahl können die Kolben nacheinander paarweise entriegelt werden. Hierdurch wird ein Teil der im Rotor gespeicherten Anlasserenergie bei der Abbremsung der momentanen Anlasser Energie zugesetzt, um den Motor anzutreiben. Hier ist zubeachten, daß der Drehmoment des Rotors bei gesperrtem Kolben aufgrund der radialen Massenverschiebung um den auf die Seite 15 beschriebenen Betrag kleiner wird.
Der große Radius des Rotors und die dadurch klein gehaltene Drehzahl ergeben niedrige Kräfte. Das Rötormaterial wird durch diese Drehmomentübertragung wenig beansprucht. Um reine Drehmomentübertragung des Rotors zu gewährleisten, wird eine seitliche Stützung des Rotors möglicherweise notwendig. Diese Stützung ist einfach am Rotorgehäuse angebracht. Ihr Reibungsanteil ist aufgrund der Gestaltung der Kräfteübertragung vernachlässigbar. Sie kann jedenfalls nur bei falschem Zusammenbau in Aktion treten.
Wie bei bekannten Motoren der Fall ist, leistet die Gehäuse und ihrer Befestigung die Reaktionskraft. Der Rotor erzeugt durch die Verbrennung eine Druck- und Drehkraft., Nur die Drehkraftreaktion und das Gewicht werden über dem Trochoid an das Tragegestell weiter geleitet. Die Druck Kräfte an dem Trochoid wirken gegenseitig und werden das Material des Trochoids beanspruchen. In deren Maß wird die Festigkeit des Trochoids berücksichtigt. Aus wirtschaftlichen Gründen wird daher nur der Trochoid aus einem Material höherer Festigkeit als der Rest der Gehäuse gebaut. Obwohl der Trochoid die Kurbelwelle in dem Kurbelantrieb ersetzt, ist der Trochoid gleichzeitig als ein Teil der Gehäuse zu betrachten. Das Volumen des Motors ist in dem Maße so reduziert und seine Gestaltung ist so kompakt, daß die Reaktionskraft auf eine einfache Weise ohne Auftreten zusätzliche Kräfte dem Tragegestell übertragen wird.
Nach dem die funktionellen Teile des neuen Antriebssystems durch den Vergleich mit dem bekannten Kurbelantriebssystam erläutert wurde, kann dann der neue Motor als Ganzes mit den bekannten Kurbelantriebsmotoren verglichen.
Durch eine gänzliche Verkürzung der Drehachse des Motors wurden im Gegensatz zur Kurbelantriebsmotoren unerwünschte Momente vermieden, welche von der Länge der Drehachse, nämlich die Torsions-, Kipp- und Biegemόmente, abhängig sind. Die Bremsarbeit wird direkt dem Rotor in Form von Drehmomentwiderstand Überlagert. Die Umsetzung in den unerwünschten Momenten findet hier nicht statt und die Motorteile bleiben von dieser Belastung verschont.
Die mechanischen Verluste werden durch dieser Art der KraftÜbertragung auch durch den reduzierten Massen und Volumen und den direkten Antrieb von Nebenkreislaüfe, wie Schmier-, Kühlwasser-, Ventil- und Zündungskreislaüfe, reduziert. Die Massenreduktion gegenüber des Kurbelantriebssystems ist um . so größer je höher der Zylinderzahl, da bei einer Erhöhung der Zylinderzahl des Motors von 4 auf 8 Zylindern die Rotormasse sehr gering zunimmt, wobei sich die Masse des Kurbelantriebs fast verdoppelt. Durch die Reduktion der Größe und Masse des Pleuels sind die Drehkomponente der oszillierenden Massen reduziert und abgesehen von der Wirkradiusänderung (Seite 9,10) werden bei 4-Zylindermotoren die Drehmomentüngleichförmigkeit geringer. Bei 8-Zylindermotoren ist in diesem Antrieb das optimale Verhalten zu erwarten. Diese reduzierte Drehmomentungleichförmigkeit und die erhöhte Masse des Rotors als Drehmasse ergeben, bessere Laufruhe,
Zuletzt kann festgestellt werden, daß die Gestaltung des Rotationszalindermotors dem Gleichstromelektromotor ähnlich ist, wenn die folgenden funktioneilen Teile in dem Rotationszylindermotor und in dem Gleichstrommotor Verglichen werden :
Rotor - Anker, Rotorschaft - Kommutator, nach innen stehende Teile des Trochoidkontur - Pole, der Drehmoment der Gaskräfte - der Drehmoment der elektromagnetischen Induktion, der Frischladungsstrom - der Ankerstrom und die Zylinder im Rotor - die Spulen am Anker.
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5. Maas, H. und H. Klier Kräfte, Momente und deren Ausgleich in der Verbrennungskraftmaschine. Springer Verlag Wien, New York, 1984.
Bezeichnungsliste
1. Trochoid
2. Freie Kolben
3. Kolbenführung
4. Zylinderleinen
5. Rotor
6. Rotorschaft 7. Abgaskanal
8. Frischladungzufuhrskanal
9. Kühlwasserzufuhrskanal
10. Kühlwasser abführungskanal
11. Ölzufuhrskanal bei der Druckschmierung
12. Motorgehäuse
13. Anlasser
14. Kupplung
15. Kupplungsreibblatte
16. Kupplungsdruckblatte
17. Kupplungsdruckfedern
18. Kupplungsantrieb
19. Antriebswelle
20. Lager
21. Einlaßventil
22. Auslaßventil
23. Einlaßventilnocken
24. Auslaßventilnocken 25. Zündkerze
26. Stromverteiler
27. Kühlwasserkanäle im Zylindermantel
28. Einlaßventilvorraum
29. Auslaßventilvorraum
30. Abgasaustrittsöffnung aus dem Rotor
31. Frischladungeintrittsöffnung im Rotor 32. Abgasaustrittsöffnung am Rotorschaft
33. Frischladungaustrittsöffnung aus dem Rotorschaft
34. Kolbensperrbolzen 35. Kolbenführungsbolzen
36. Zylinderabschaltmechanism
37. Druckölleitung in der Kolbenführung
38. Druckölleitung im Kolben
39. Zylinderleinenbefestigung
40. Ausdehnungsaufnehmer der Zylinderleinen 41 Pleuelstange
42. Dichtungsringe am Rotorschaft
43. Abdichtung gegen ölleckage 44. Seitenstützung
45. Rotorantrieb
Bilderverzeichnis
Bild Nr Beschreibung
1 Vorderschnitt AA im Motor. Die senkrecht und waagerecht liegenden Zylinder befinden sich am Ende des Ausschiebebzw. Verdichtungshubes, Die anderen zwei Zylinderpaare befinden sich am Ende des Saug- bzw. Arbeitshubes,
2. Seitenschnitt BB des Motors in Bild 1 außerhalb den Zylindern zur Darstellung des gesamten Aufbaus des Motors und einiger Peripherie.
3, Seitenschnitt im Motor durch einen Zylinderpaar gegen 3a Ende des Verdichtungshubes, Bild 3 u 3a unterscheiden sich In der Verbrennungsraumgestaltung und dem zufolge veränderten Ventil- und Nockenaufbau.
4 aufgerollter Ansicht in der Rotorbohrung zur Darstellung der Ventilsteuerung, die Strömungskanäle und das Zündungsmechanismus, (Kanäle im Rotor, im Rotorschaft).
5 Gestalltung der Nocken für schräggestellten Ventile; Vergl. Bild 3.
6 Gestalltung der Nocken für die radialgestellten Ventile in Bild 3a.
7 Schnitt am Zylinderbefestigung samt Pleuel zur Darstellung der Pleuelführung, der Druckschmierung des Kolbens und des Zylinderabsehaitmechanisms.
8a Kühlwasserzuführung im Rotor.
8b Kühlwasserabführung aus dem Rotor.
9 Darstellung der Strömungskanäle und Öffnungen an Hand von Schnitten an verschiedenen Stellen längs des Rotorschafts. Bild Nr Beschreibung
10 Trochoid für verschiedengroße Hübe OA - OÂ, EF - E Saughübe
AB - ÂB, FG - FG Verdichtungshübe BD - BD, GH - H Arbeitshübe DE - DE, HO - HO Ausschiebehübe
11 Kraft und Drehmoment verschiedener Betriebsversionen des Rotors in Abhängigkeit von dem Drehwinkel: a Fliehkraft des Kolbens bei konstantem Radius! des Drehkreises ------- bei abnehmendem Radius des Drehkreises des
Kolbens.
b Drehmoment der Fliehkraft
__________________ Tatsächlich ---- bei konstantem Radius
c Summe der Drehmomente der Fliehkraft aller Zylinder
d Drehmoment des Fliehkrafts eines Kolbens bei verschiedenen Hüben.
e Gasdrehmoment bei den verschiedenen Hüben.
f Drehmoment des oszillierenden Kolbens samt des Pleuels in zwei Hüben.
g Summe der Drehmomente aller oszillierenden Massen in vier Zylindern.
h Resultierende Drehmoment eines 8-Zylinderrotors
i Resultierende Drehmoment eines 4-Zylinderrotors ( mit oder ohne Zylinderabschaltung )
j Resultierende Drehmoment eines 8-Zylinderrotors nach der Abschaltung von 2-Zylindern. Bild Nr Beschreibung
11 k Leerlauf eines 6-Zylinderrotors der Y-Form. } Drehmoment der oszillierenden Massen jedes Zylinderpaares. Drehmoment des Gaskraftes.
1 Resultierende Drehmoment des Betriebsfalls in k.

Claims

PatentansprücheEin Vier-Takt-Rotationszylindermotor der Otto-Brennkraftmaschine, der folgende Merkmale umfaßt:1 er besteht aus einem Rotor, der 1.1 scheibenförmig und 1.2 zylindrisch ist,
1.3 den Verbrennungszylindern, die
1.4 in dem Rotor radial eingebaut sind und
1.5 freie Kolben enthalten,
1.6 einem Trochoid, 1.7 einem Rotorschaft und 1.8 einer Kupplung;
dadurch gekennzeichnet, daß
2 der Rotor von dem Rotorschaft getragen wird, welche die Achse des Rotors bildet, 3 im Rotor 1, 2, 3, 4 oder 5 Zylinderpaare eingebaut sind, wobei die Zylinder jedes Zylinderpaares radial gegenseitig um den Rotorschaft gerichtet sind, so daß die Verbrennungsräume im Rotor nach innen und die Kolben samt Pleuel nach außen liegen, 4 der Kolben mit dem Pleuel starr verbunden und sich durch eine Führung nur axial im Zylinder und somit radial im Rotor bewegt, 5 das äußere Ende des Pleuels an dem Trochoid gleitet und dadurch den Rotor in Rotation versetzt, 6 die Nocken zwei Erhöhungen aufweisen und an dem Rotorschaft befestigt sind, 7 die Ventile radial am Rotor montiert und zwangsläufig . von den feststehenden Nocken betätigt, wodurch sich die Einlaß- oder Auslaßventile öffnen oder schließen, 8 das KraftStoff-Luftgemisch, Abgase, Kühlwasser und Druck- Öl über entsprechende Kanäle im Rotorschaft und durch Öffnungen am Rotorschaft zum Rotor hineinströmen oder aus dem Rotor nach Außen strömen, . der Rotorschaft am Gehäuse festverankert ist,
10 der Trochoid ein Teil des Motorgehäuses bildet,
11 seine innere Oberfläche den Kontur eines Epitrochoides bildet, 12 welche gegen den Drehwinkel des Rotors aufgetragen einen harmonischen Verlauf darstellt und bei einer Umdrehung vier Perioden vorweist,
13 der Trochoid vier Erhöhungen vorweist,
14 wodurch der Kolben beim Gleiten des Pleuels am Trochoid acht Takte in einer Umdrehung leistet,
15 sich alle im Rotor eingebauten Teile, das sind die Zylinder, Ventile, Zündkerzen, Kolben, Kolbenführungen und die Zylinderabschaltmechanismen, mit dem Rotor drehen,
16 die Kupplung aus einer Reibscheibe, Druckplatte, Druckfedern und Kupplungsgehäuse besteht,
17 die Reibscheibe der Kupplung von der Druckplatte gegen die Seitenwand des Rotors festgeklemmt und dadurch die Drehbewegung des Rotors auf die Antriebswelle des Motors überträgt, 18 der Kolben durch Druckschmierung mit Schmieröl beliefert, 19 das Schmieröl aus dem Rotorschaft durch die Zentrifugalwirkung der Öleintrittsöffnungen im Rotor in die Druckölleitungen des Rotors sowie in die Kolbenführung und in den Pleuel zum Kolben durchgepumpt wird, 20 die Ventile und die äußeren Partien der Zylinder mit streuöl aus der Gehäuse benetzt, 21 das Kühlwasser vom Rotorschaft durch die Zentrifugalwirkung der Kühlwassereintrittsöffnungen des Rotors in den Kühlwassermantel um den Zylindern gepumpt, 22 der elektrische Strom von außerhalb des Motors über eine elektrische Leitung im Rotorschaft und einen Verteiler am Rotorschaft zu jeweils zwei Zündkerzen im Rotor geleitet wird, 23 der Verteiler aus einem Ring um den Rotorschaft besteht und über zwei Kontaktstellen zur Leitung des elektrischen Stroms zu den zwei entsprechenden Zündkerzen verfügt, 24 der Zylinderabschaltmeehanismus an jeder Kolbenführung gebaut ist,
25 durch Einschaltung der Zylinderabschaltmechanismus eines Zylinders ein Sperrbolzen in einer Bohrung im Pleuel hineingeführt, wodurch der Kolben samt Pleuel gesperrt wird,
26 durch den Zylinderabschaltmechanismus nur der Pleuel samt Kolben gesperrt wird, wobei die Ventile in Betrieb bleiben,
27 die Zylinderabschaltung oder -einschaltung durch den Zylinderabschaltmechanismus nur am Ende des Ausschubhubs stattfindet,
28 die Zylinder jeweils nur Paarweise vom Zylinderabschaltmechanismus ein- oder ausgeschaltet werden,
29 beim Anfahren des Motors alle Zylindern im Rotor abgeschaltet sind und nur der Rotor in Drehbewegung versetzt wird,
30 beim Anfahren durch Betätigung der Zylinderabschaltmechanismus jeweils zwei gegenüberstehende Zylinder in Betrieb genommen werden, 31 bei Teillast, bei welcher nur vier Zylinder in Betrieb genommen werden, die vier senkrechtzueinander stehenden Zylinder ausgeschaltet werden, 32 der Anfahrmotor direkt den Rotor über eine Verzahnung am Umfang des Rotors betreibt, 33 durch Änderung des Epitrochoids am Trochoid einen Verbrennungskreislauf von verschiedengroßen Hüben erreicht,
Wobei
1 die VerbrennungsOrdnung der Zylinder gegen den Drehsinn des Rotors erfolgt, 2 jeder Zylinder während einer Umdrehung zwei Verbrennungskreisläufe, bestehend aus dem Saug-, Verdichtungs-, Arbeits- und Äusschiebehub, leistet.
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