DE2413771A1 - Kreiskolbenmotor - Google Patents

Description

Kreiskolbenmotor

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolbenmotor.

Kreiskolbenmotoren, bei denen Flügel oder Kolben in ringförmigen oder toroidförmigen Kammern laufen, können entweder voll umlaufen oder ihre Flügel oder Kolben können in den Kammern eine oszillierende Bewegung ausführen. Im letzteren Fall sind komplizierte Verbindungsmechanismen zur Synchronisation erforderlich. Viele der voll umlaufenden Kreiskolbenmotoren weisen Ventile auf, die zahn-

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radähnlich mit den Flügeln oder Kolben in Eingriff stehen, wozu ..komplizierte Geometrien des Ventii's⁷ und der Kammer erforderlich sind. Da darüber/hinaus alle Stufen des Arbeitszyklus normalerweise ! in einer einzigen ringförmigen Kammer erfolgen, ist die zeitliche

Länge einer jaden Stufe, insbesondere der Verbrennung, einer gewissen Beschränkung unterworfen.

Der erfindungsgemäße Kreiskolbenmotor weist eine Kompressoreinheit _ 2 -

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und eine Antriebseinheit auf, welche in Größe und Aufbau einander gleichen, und von denen jede einen einzigen Kolben aufweist, welcher in einer toroidförmigen Kammer läuft. Durch einfache Zahnradvorrichtungen wird der gemeinsame Umlauf jedes Kolbens mit einem umlaufenden, hülsenförmigen Ventil herbeigeführt, wobei die Kompressoreinheit und die Antriebseinheit durch ehe gemeinsame Antriebswelle und eine gemeinsame Ventilwelle miteinander verbunden sind. Verglichen mit der Gesamtgröße des Motors ist das Volumen des Arbeitsraumes groß, wobei der Kompressor bei jeder Umdrehung ein beachtliches Volumen komprimierter Luft liefert. Durch ein Rückschlagventil ist die Kompressoreinheit mit dem Einlaß der Antriebseinheit verbunden, bei dem die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung erfolgt. Die Verbrennung erstreckt sich über einen größeren Teil eines Umlaufes der Antriebseinheit, was zu einer sehr vollständigen Verbrennung und zu sauberen Abgasen führt. Es sind keine komplizierten Geometrien der Kammer erforderlich, und der Motor weist nur sehr wenige Teile auf. Mehrfachstufen können in einer Linie miteinander verbunden werden, so daß verschiedene Leistungsbedürfnisse erfüllt werden können. i

Durch die Erfindung soll somit ein neuer, verbesserter Kreiskolben*- motor geschaffen werden. !

Weiter soll durch die Erfindung ein Kreiskolbenmotor geschaffen ' werden, welcher getrennte Kompressor- und Antriebseinheiten aufweist, wobei diese so verbunden sind, daß sie synchron umlaufen. \

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Durch die Erfindung soll ferner ein neuer, verbesserter Kreiskolbenmotor geschaffen werden, bei dem die Kompression und die Verbrennung sich über einen größeren Teil des Umlaufs der entsprechenden Einheiten erstreckt. Weiter soll durch die Erfindung ein neuer, verbesserter Kreiskolbenmotor geschaffen werden, welcher einen einfachen Aufbau mit einem Minimum von Teilen aufweist.

!Dies wird mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen erreicht. *

ιIm folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen !Kreiskolbenmotors unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung ; näher erläutert. Es zeigt:

'Fig. 1 eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Kreis- !

i kolbenmotors; >

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1; j Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig; 2;

Fig. 4 eine seitliche Ansicht des erfindungsgemäßen Kreiskolbenmotors (von links nach Fig. 1); JFig. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 1; Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie 6-6 der Fig. 1;.

Fig. 7 und 8 sind zu Fig. 6 ähnliche Schnitte, zeigen jedoch verschiedene Stellungen der Antriebseinheit während der Verbrennung.

Der erfindungsgemäße Kreiskolbenmotor weist eine Kompressoreinheit Ip und eine Antriebseinheit 12 auf, welche ähnliche Größe und Ge-

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stalt haben. Die beiden Einheiten sind durch eine gemeinsame Antriebswelle 14 und eine gemeinsame Ventilwelle 16 verbunden. Auf den Wellen 14 und 16 sind Zahnräder 18 bzw. 2o befestigt, durch ' welche der Umlauf der beiden Wellen 14 und 16 synchronisiert wird, so daß sie mit gleicher, jedoch entgegengesetzter Geschwindigkeit umlaufen.

Die Kompressoreinheit Io weist ein Gehäuse 21 mit einer toroidför-;

migen Kompressionskammer 22 auf, welche koaxial zur Welle 14 ver- ^! läuft und einen Kolben 24 aufweist, der auf einer auf der Welle 14·; sitzenden Scheibe 26 befestigt ist. Die Scheibe 26 bildet den inner ren Teil der toroidförmigen Kammer 2 2 und weist denselben Durchmes»- ser auf wie diese . Bei Verwendung eines Kolbens mit kreisförmigem Querschnitt in einer toroidf örmigen Kammer können herkömmliche Koljbenringe 2 8 zum Abdichten verwendet werden. Der Kolben 24 und der

benachbarte Abschnitt der Scheibe 26 können,wie bei 3o gezeigt, j hohl sein, wodurch die umlaufende Einheit ausgewuchtet wird. Ein zylindrisches Ventilgehäuse 32, in dem sich ein zylindrisches, ' hülsenförmiges Ventil 34 befindet, ist an das Gehäuse 21 angeformt|, und der Innenraum des Ventilgehäuses 32 und der Innenraum des Gehäuses 21 überschneiden sich. Das Ventil 34 weist eine Endplatte 36 auf, welche an der Welle 16 befestigt ist und gut eingepaßt in einem ringförmigen Kanal 38 umläuft. Das Ventil 34 ragt in die Kompressionskammer 22 hinein und rollt tangential auf der Scheibe 26 ab, so daß die toroidförmige Kompressionskammer 22 verschlossen! wird, wobei das Ventil 34 eine Öffnung 4o aufweist, durch die der!

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ι Kolben 24 bei synchronem Umlauf hindurchtreten kann. Die Wellen

j und 16 sind parallel angeordnet und drehen sich in geeigneten La- !gern in ihren jeweiligen Gehäusen.

In den Fig. 4 und 5 läuft der Kolben 24 im Uhrzeigersinn und das ^:hülsenförmige Ventil 34 entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn um. Das •Gehäuse 21 weist einen Lufteinlaß 42 auf, welcher in Drehrichtung ;des Kolbens 24 gesehen unmittelbar hinter dem Ventil 34 liegt. Der ;Lufteinlaß 42 ist in Längsrichtung geschlitzt gezeigt, so daß ein Fressen des Kolbens 24 vermieden wird; es können jedoch auch Öffnungen mit anderer Gestalt verwendet werden. Das Gehäuse 21 weist auch einen Luftauslaß 44 auf, welcher sich an der der Antriebseinheit 12 zugewandten Seite befindet und in dem Teil der toroidför-.migen Verdichtungskammer angebracht ist, der durch das hülsenförmige Ventil 34 umschlossen wird, wie Fig. 5 zeigt.

Die Antriebseinheit 12 weist ein Gehäuse 46 mit einer toroidförmiigen Verbrennungskammer 48 auf, in welcher sich auf einer auf der I Welle 14 befestigten Scheibe 51 ein Kolben 5o befindet. In einem

' an das Gehäuse 46 angeformten Ventilgehäuse 5 2 befindet sich ein J zylindrisches, hülsenförmiges Ventil 54, das sich in die toroidjförmige Verbrennungskammer 48 erstreckt und,wie in Fig. 6 gezeigt,

tangential auf der Scheibe 52 abrollt. Das Ventil 54 weist eine ;öffnung 56 zum Durchtritt des Kolbens 5o auf, ähnlich wie bei der J Kompressoreinheit do. Auf der der Kompressoreinheit Io zugewandten Seite und in Drehrichtung des Kolbens 5o gesehen unmittelbar nach

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dem hülsenförmigen Ventil 54/ist das Gehäuse 46 mit einem Einlaß 5 versehen. Beim Einlaß 58 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 6o und, falls notwendig, eine Zündvorrichtung 62, wie z.B. eine Zünd- oder Glühkerze, vorgesehen. In Drehrichtung des Kolbens 5o gesehen ist unmittelbar vor dem Ventil 54 im Gehäuse 46 eine Auslaßöffnung 64 für Abgas angebracht.

Das Gehäuse 21 weist einen Ansatz 66 und das Gehäuse 46 einen der Verbindung dienenden Ansatz 68 auf. Wie in Fig. 3 gezeigt, umschließen die beiden Ansätze 66 und 68 einen Überführkanal 7o zwischen dem Luftauslaß 44 und dem Einlaß 58. An dem Luftauslaß 44 ist ein Rückschlagventil 7 2 angebracht, welches ein Zurückströmen von Gas aus der Antriebseinheit 12 verhindert. In der Zeichnung ist ein einfaches Flatterventil gezeigt, es kann jedoch jeder geeignete Ventiltyp verwendet werden.

Die Gehäuse 21 und 46 können aus Teilen bestehen und in jeder beliebigen vorteilhaften Weise, welche die Herstellung und das Zusammenbauen erleichtert, miteinander verbunden werden. Auskragungen und Ansatzstücke zur Befestigung können vorgesehen werden, wo sie für einen besonderen Anschluß förderlich oder notwendig sind.

Beim Betrieb ist an die Kraftstoffeinspritzdüse 6o eine Kraftstoffzufuhrleitung 74 angeschlossen, wie sie in Fig. 6 gestrichelt dargestellt ist. Je nach der verwendeten Kraftstoffart und dem Kompressionsverhältnis ist die Zündvorrichtung 6 2 notwendig oder nichjt,

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j Bei Verwendung einer Zündvorrichtung 62 kann irgendeine herkömmliche Zündspannungsversorgung und irgend eine herkömmliche Vorrichtung zur Bestimmung des Zündzeitpunktes verwendet werden.

j Der Lufteinlaß 42 ist stets offen, so daß sich die Kompressions-■ kammer 22 hinter dem umlaufenden Kolben 24 mit Luft füllt. Vor dem j Kolben 24 wird die Luft gegen das hülsenförmige Ventil 34 zu komprimiert, welches geschlossen ist, außer wenn es ähnlich wie ein Zahnrad mit dem Kolben 24 in Eingriff steht. Nähert sich der Kolben 24 dem hülsenförmigen Ventil 34 und durchquert er die Öffnung 4o, wie in Fig. 5 gezeigt, so ist die komprimierte Luft in einem Hohlraum 76 zwischen dem Kolben 24 und dem Ventil 34 gefangen und wird durch den Auslaß 44 ausgestoßen. Beim Durchtreten des Kolbens ' 24 durch das Ventil 34 bildet der Kolben 24 mit einer vorderen Kante 78 der Öffnung 4o weiterhin eine Dichtung. Durch die weitere Bewegung des Kolbens 24 wird der Auslaß 44 geschlossen, beim Frei-I werden des Kolbens 24 schließt das Ventil 34 und das Komprimieren i wiederholt sich. Die Menge komprimierter Luft öffnet das Rück-

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schlagventil 72 und tritt durch den Einlaß 58 in die Verbrennungs-! kammer 48 ein. Die Kolben 24, 5o sind auf der Welle 14 befestigt, ' so daß der Antriebskolben 5o den Kompressorkolben 24 mitführt,

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I wobei die gegenseitige Lage der beiden Kolben zum gleichen Zeit- '

imierj-

punkt in den Fig. 5 und 6 gezeigt sind. Damit tritt die komprimie

te Luft in einen kleinen Verbrennungsraum 8o ein, welcher sich '■

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'< zwischen dem geschlossenen Ventil 54 und dem Kolben 5o befindet, I ! und Kraftstoff wird eingespritzt und gezündet. Die Verbrennung

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läuft über ungefähr 27o° der Drehung weiter, bis der Kolben 5o an dem Auslaß 64 für Abgas vorbeiläuft und ein Entweichen der Ver-

ibrennungsgase erlaubt. Wie bei der Kompressoreinheit tritt der

Kolben 5o durch das hülsenförmige Ventil 54 hindurch, wobei das ) .hülsenförmige Ventil 54 in der Antriebseinheit 12 als Dichtung zwi+

sehen der Verbrennungszone und der Auslaßzone dient. '

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Die verlängerte Verbrennungsphase führt zu einer sehr vollständigen

'Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches und liefert über einen ; großen Teil jeder Umdrehung eine nutzbare Kraft. Durch Zusammen- j schließen von mehreren Paaren von Einheiten, wobei die Phase der , Kolben in aufeinanderfolgenden Paaren so gewählt wird, daß die j Phasen der Kraftentwicklung überlappen, wird am Ausgang des Motors eine gleichbleibende Kraft bei rundem Lauf des Motors erhalten. Auf gemeinsamen Wellen kann eine aus mehreren Einheiten bestehende !Maschine leicht zusammengebaut werden, so daß sämtliche Leistungswünsche befriedigt werden können.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ί p..) Kreiskolbenmotor, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Kompressoreinheit (lo) und eine Antriebseinheit (12) aufweist; daß die Kompressoreinheit (lo) ein Gehäuse (21) mit einer toroidförmigen Kompressionskammer (22) und einen in der Kompressionskammer (22) umlaufenden Kolben (24) aufweist; daß die Antriebseinheit (12) ein Gehäuse (46) mit einer torοidformigen Verbrennungskammer (48) und einen in dieser umlaufenden Kolben (5o) aufweist; daß die Kolben (24,5o) durch eine gemeinsame Antriebswelle (14) miteinander verbunden sind und in den Gehäusen (21,46) drehbar axial angeordnet sind; daß die Kompressoreinheit (lo) und die Antriebseinheit (12) jede ein umlaufendes Ventil (34,54) mit einer Öffnung (4o,56) zur Aufnahme des entsprechenden Kolbens (24, 5o) aufweisen; daß die umlaufenden Ventile (34,54) und die KoI-

   der Kolben ben (24,5o) synchron umlaufen, so daß beim Durchtreten/(24,5o) durch die Öffnungen (4o,56) eine Dichtung hergestellt wird; daß

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   die Kompressoreinheit (lo) einen Lufteinlaß (42) und einen Luft τ auslaß (44) aufweist; daß die Antriebseinheit (12) einen Einlaß (58) und einen Auslaß (64) für Abgas aufweist; daß der Luftauslaß (44) durch einen Überführkanal (7o) mit dem Einlaß (58) der Antriebseinheit (12) verbunden ist; und daß die Antriebseinheit (12) eine Vorrichtung (6o) zur Kraftstoffeinspritzung und eine beim Einlaß (58) angebrachte Zündvorrichtung (62) aufweist.

   2. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufenden Ventile (34,54) im wesentlichen zylindrische,

   hülsenförmige Ventile (34,54) sind, welche eine gemeinsame, axial verlaufende Welle (16) aufweisen, die zur Antriebswelle (14) parallel ist.

   3. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilwelle (16) und die Antriebswelle (14) zum Antrieb miteinander verbunden sind, so daß sie mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetztem Drehsinn umlaufen.

   4. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß _; sich der Raum der hülsenförmigen, umlaufenden Ventile (34,54) j und der zugehörigen toroidförmigen Kammern (22,48) überschneidet und daß die umlaufenden Ventile (34,54) sich über die toroidförmigen Kammer (22,48) hinwegerstrecken, so daß sie Dichtungen in

   j den letzteren bilden.

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   5. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufteinlaß (42), in Drehrichtung des Kolbens (24) gesehen, unmittelbar hinter dem Umlaufenden Ventil (34) in die Kompressionskammer (22) einmünden, und daß der Luftauslaß (44) in die j Kompressionskammer (22) in dem Teil derselben einmündet, welcher durch das umlaufende Ventil (34) umschlossen wird.

   6. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß (58) der Antriebseinheit (12) in Drehrichtung des Kolbens (5o) gesehen unmittelbar hinter dem umlaufenden Ventil (54) in die Verbrennungskammer (48) der Antriebseinheit (12) einmündet, und daß die Auslaßleitung (64) für Abgas in Drehrichtung des Kolbens (5o) gesehen unmittelbar vor dem umlaufen-! den Ventil (54) in die Verbrennungskammer (48) einmündet.

   7. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5o) der Antriebseinheit (12) und der Kolben (24) der Kompressoreinheit (lo) so angebracht sind, daß der Einlaß (58) der Antriebseinheit (12) dann geöffnet wird, wenn der Kolben (24) der Kompressoreinheit (lo) den Luftauslaß (44) erreicht.

   8. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überführkanal (7o) zur Zufuhr komprimierter Luft aus der

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   Kompressoreinheit (lo) zur Antriebseinheit (12) ein Rückschlagventil (72) angebracht ist.

   9. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

   jede der beiden toroidförmigen Kammer (22,48) eine Scheibe (26,

   inneren ^:

   51) aufweist, welche den/Abschnitt derselben bildet und mit der

   ^! Antriebswelle (I¹+) verbunden ist, wobei die Kolben (24,5o) auf j den jeweiligen Scheiben (26,51) befestigt sind. '

   Io. Kreiskolbenmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß . die umlaufenden Ventile (34,54) sich über die toroidförmigen j

   j Kammern (22,48) hinweg erstrecken, wobei sie tangential auf

   den jeweiligen Scheiben (26,51) abrollen. |

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