DE102006012814A1 - Verbrennungsmotor ohne Schubkurbel und Ladungssteuerungsmechanismus - Google Patents

Abstract

Es wird die Konstruktion eines Verbrennungsmotors ohne Schubkurbelmechanismus (Dieselvariante) vorgeschlagen, der ein schubkurbelloses Verfahren besitzt, bei dem die Hin- und Herverschiebung des Kolbens in eine gerichtete Drehbewegung der Abtriebswelle umgewandelt wird. Der Motor besitzt keinen Schubkurbel- und keinen Ventilladungssteuerungsmechanismus. Der Motor wird mit Luft gekühlt. Die mögliche Anzahl der Zylinder ist von der Konstruktion her unbegrenzt groß. Die Besonderheit der Konstruktion besteht darin, dass die Kolben und Kolbenstöcke voneinander getrennt und zwischen zwei Paaren drehbarer Scheiben angebracht sind. Die Achsen der oberen und unteren Scheiben sind auf eine Höhe e versetzt und alle vier Achsen liegen auf einer Ebene. Auf jedem Zylinder und Kolbenstock gibt es je zwei Zapfen, deren Achsen auf die Höhe e versetzt und die auf den Lagern der oberen und unteren Scheiben angebracht sind. Der Arbeitszyklus des Motors besteht aus drei Takten: Kompression, Arbeitsgang und Zylinderentwässerung. Nach dem Ende des Arbeitsgangs verliert der Kolben den Kontakt mit seinem Kolbenstock und befindet sich während dieser Zeit nach Ausführung einer Kreisbewegung in relativer Ruhe. In diesem Moment wird der Zylinder intensiv mit Luft überströmt und gekühlt, bis der Kolben und der Kolbenstock erneut miteinander in Kontakt treten. Die drehbaren oberen Scheiben fungieren als Lufturbine, indem durch sie über Kanäle in den Zapfen Luft zugeführt wird, die für den ...

Description

• Betrifft Kolbenverbrennungsmotoren.
• Bekannt und weitverbreitet sind herkömmliche Verbrennungsmotoren. Bei ihnen sind der Schubkurbel- und der Ladungssteuerungsmechanismus die wichtigsten Elemente.
• Die grundlegenden Nachteile dieser Motoren bestehen in einer großen Masse, einem niedrigen Wirkungsgrad des Schubkurbelmechanismus und einer komplizierten Konstruktion des Ladungssteuerungsmechanismus.
• Bekannt sind Motoren mit verschiedene Mechanismen der Kraftumwandlung vom Kolben, der eine geradlinige Bewegung ausführt, in die Drehbewegung der Welle.
• In CA 2330591 A1 erfolgt die Bewegungsumwandlung mittels der Energie der Verbrennungsprodukte sowie zusätzliche Kammern.
• In CA 2186548 C wird die Bewegungsumwandlung mithilfe zusätzlicher kleiner Kammern mit Kolben gewährleistet. Der zyklische Ablauf der Arbeitsgänge des Kolbens wird durch ein kinematisches Riemengetriebe realisiert.
• In DE 4228639 A1 wird die Bewegungsumwandlung durch bewegliche, einander gegenüberliegende Zylinder erreicht. Eine solche Lösung gestattet eine kompakte Konstruktion. Bei Leistungsaggregaten ist die Verwendung eines solchen Modells jedoch mit Problemen einer effektiven Zylinderkühlung und anderen Betriebsschwierigkeiten verbunden.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Entwicklung eines Verbrennungsmotors ohne Schubkurbel- und ohne Gasverteilermechanismus.
• Erreicht wird dieses Ziel durch die Konstruktion eines vom Prinzip her völlig neuen Motors. 1 zeigt das Konstruktionsschema eines solchen Motors mit vier Zylindern. Von der Konstruktion her kann die Zahl der Zylinder beliebig groß sein.
• Auf einem Rahmen 1 sind zwei obere 2 und zwei untere 3 drehbare Scheiben installiert. Diese sind kinematisch mit den Zylindern 5 und den Kolbenstöcken 7 verbunden, die kreisförmig angeordnet sind. Die oberen und unteren Scheiben sind mit den Zylindern verbunden und fungieren gleichzeitig als Rotoren der Luftturbinen.
• Die Achsen des oberen und des unteren Scheibenpaares sind gegeneinander auf eine Höhe e versetzt, und alle vier Achsen liegen auf einer Ebene. Auf jedem Zylinder und Kolbenstock gibt es je zwei Zapfen 4, die mit ihren Achsen auf die Höhe e versetzt und auf den Lagern der oberen und unteren Scheiben befestigt sind.
• Eine solche kinematische Verbindung erlaubt eine ständige Raumorientierung der Zylinderachsen und der Kolbenstöcke unabhängig von Drehwinkel der Scheiben.
• Die Kolbenstöcke und Zylinder stehen sich bei einer kreisförmigen Bewegung immer gegenüber und befinden sich auf einer Linie. Die synchrone Drehung der Scheiben und die Übertragung des Drehmoments von den unteren Scheiben 3 auf die Abtriebswelle 14 erfolgen mithilfe von Zahnrädern 13. Die Kolben 6 sind von den Kolbenstöcken getrennt und befinden sich in den Zylindern. Während des Motorbetriebs kommen die Kolben und die Kolbenstöcke nur periodisch miteinander in Kontakt, wodurch die Takte Kompression und Arbeitsgang ausgelöst werden.
• Der Treibstoff wird über die Treibstoffleitung 10 und über eine drehbare Dichtung Tauchkolbenpumpen 9 zugeführt, die auf jedem Zylinder angebracht sind.
• Die drehbaren oberen Scheiben 2 fungieren als Luftturbine. Durch sie wird über Kanäle in den Zapfen die für den Betrieb des Motors und die Kühlung der Zylinder notwendige Luft zugeführt. Die Ausleitung der Treibstoffverbrennungsprodukte erfolgt mithilfe der ebenfalls als Turbine fungierenden unteren Scheiben 3.
• Die Arbeitsweise des Motors ist wie folgt: Beim Arbeitsgang wirkt der Kolben auf den Kolbenstock und bringt ihn dadurch zu einer linearen Verschiebung. Diese Verschiebung ist untrennbar mit einer Drehung der Scheiben und der Abtriebswelle verbunden. Auf diese Weise wird die Hin- und Herverschiebung des Kolbens in eine gerichtete Drehbewegung der Abtrebswelle umgewandelt.
• Ein vollständiger Arbeitszyklus besteht aus drei Takten: Kompression, Arbeitsgang und Zylinderentwässerung. Der Kompressionstakt beginnt mit dem Ikontakttreten des Kolbenstocks mit dem Kolben. Am Ende des Kompressionstakts wirkt der Stößel 11 des Kolbenstocks bei einer bestimmten, genau vorgegebenen Lage des Kolbens auf die Tauchkolbenpumpe ein und bewirkt damit die Einleitung des Treibstoffs in die Verbrennungskammer.
• Darauf folgt der Arbeitsgang, bei dessen Ende der Kolben zuerst die Ausström- und dann die Spülschlitze des Zylinders öffnet. Die Verbrennungsprodukte werden in den Unterdruckbereich der Turbinen der unteren Scheiben 3 ausgeworfen, wo sie sich mit der von außen hinzutretenden Luft vermischen und anschließend aus dem Motor entfernt werden.
• Nach Abschluss des Arbeitsgangs folgt der dritte Takt, die Zylinderentwässerung. Dabei verliert der Kolben den Kontakt mit seinem Kolbenstock und befindet sich während dieser Zeit nach Ausführung einer Kreisbewegung in relativer Ruhe. In diesem Moment komprimiert die Turbine über die Kanäle in den Zapfen und die Spülschlitze in den Zylindern die Luft, die die Zylinder durchbläst und kühlt, bis Kolben und Kolbenstock wieder in Kontakt kommen.
• Nachdem der erste Zylinder abgearbeitet ist, tritt der Kolben des zweiten Zylinders in Kontakt mit seinem Kolbenstock und leitet dadurch den Arbeitszyklus des zweiten, dann des dritten und aller nachfolgenden Zylinder ein. Die Herausführung der Kolben aus den toten Punkten erfolgt durch die rotierenden Masse der Scheiben, die so als Schwungräder fungieren. Deshalb muss die Drehbewegung der Abtriebswelle sehr stabil sein.

1

Rahmen

2

Obere Scheibe

3

Untere Scheibe

4

Zapfen

5

Zylinder

6

Kolben

7

Kolbenstock

8

Drehbare Dichtung

9

Tauchkolbenpumpe

10

Treibstoffleitung

11

Stößel

12

Auspuffrohre

13

Zahnräder

14

Abtriebswelle

Claims (5)

1. Verbrennungsmotor ohne Schubkurbel- und Ladungssteuerungsmechanismus, bestehend aus Zylindern mit Kolben und Kolbenstöcken, Treibstoffleitungen mit drehbaren Dichtungen und Tauchkolbenpumpen, der sich dadurch auszeichnet, dass
2. die Zylinder mit den Kolben und Kolbenstöcken kreisförmig zwischen zwei Paaren drehbarer Scheiben angebracht sind, welche voneinander getrennt sind und beim Betrieb des Motors periodisch miteinander in Kontakt treten und dadurch die Takte Kompression und Arbeitsgang einleiten,
3. die Drehachsen des oberen und unteren Scheibenpaars auf eine Höhe e gegeneinander versetzt sind und alle vier Scheibendrehachsen in einer Ebene liegen,
4. jeder Zylinder und jeder Kolbenstock je zwei Zapfen besitzt, die auf die gleiche Höhe e versetzt sind,
5. die oberen und unteren Scheiben gleichzeitig als Rotoren der Luftturbinen fungieren und die Entwässerung der Zylinder und die Ausleitung der Verbrennungsprodukte ermöglichen.