DE3843053A1 - Verbrennungskraftmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungskraftmotor mit mehreren um die Achse des Abtriebsgliedes gruppierten Kolben-Zylinder-Anordnungen entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Unter den von den üblichen Bauarten von Verbrennungskraftmotoren abweichenden Spezialmotoren sind solche bekannt, deren Zylinderachsen koaxial, parallel oder geneigt zur Abtriebswelle bzw. im wesentlichen tangential zu einem auf der Wellenachse zentrierten Kreis angeordnet sind (Klasse F 02 B, Gruppe 75, Untergruppe 26). Durch die in dieser Gruppe registrierte DE-OS 29 21 578 ist es bekannt, mehrere Kolben-Zylinder-Anordnungen parallel um die Achse des Abtriebsgliedes zu gruppieren, wobei die Achsen der Zylinder-Kolben-Anordnungen auf einem Kreis liegen, der zentrisch zur Achse des Abtriebsgliedes sich befindet. Jede Kolbenstange wirkt auf einen radial zur Antriebsachse gelagerten Exzenter, der zugleich als Kegelrad ausgebildet ist und mit einem auf der Abtriebswelle befindlichen Kegelrad kämmt. Eine ventilfreie Zu- und Abfuhr des Brennstoffes erfolgt über eine auf der Abtriebswelle angeordnete Verteilerscheibe, welche den stirnseitig offenen Zylinderraum abschließt. In dieser Scheibe befindet sich ein Auslaßkanal und ein Einlaßkanal, durch welche der Brennstoff dem Zylinder zugeführt und die verbrannten Gase wieder abgeführt werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Verbrennungskraftmotor mit mehreren um die Achse des Abtriebsgliedes gruppierten Kolben-Zylinder-Anordnungen so zu konzipieren, daß ein sehr gleichmäßiger und ruhiger Motorlauf unter Ausnutzung der Schwungkraft und unter Wegfall von Ventilen und Ventilsteuerungen erreicht werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Kolben-Zylinder-Anordnungen an einem das Abtriebsglied bildenden Rotor in Umfangsrichtung wirkend angeordnet sind, wobei von den Exzentern angetriebene Zahnräder am Rotor gelagert sind und sich an einem ortsfesten Zahnkranz abwälzen. Bevorzugt weist der Rotor einen rotationssymmetrischen, die einzelnen Zylinder bildenden ringförmigen Raum auf, in dem die im Querschnitt passenden Kolben in Umfangsrichtung beweglich geführt sind. Demgemäß ist der einzelne Exzenter im ringförmigen Raum zwischen jeweils zwei Kolben gelagert und über ein Zwischengetriebe mit dem sich am Zahnkranz abwälzenden Zahnrad verbunden.

Anders als beim Stand der Technik findet bei der Erfindung eine Kolbenbewegung in Umfangsrichtung, bezogen auf einen Kreis, dessen Mittelpunkt die Abtriebsachse ist, statt. Die aus dem Kolbenhub sich ergebenden Impulse wirken sich folglich tangential aus und haben demgemäß nur geringfügige radiale Komponenten. Da erfindungsgemäß mehrere Kolben-Zylinder-Anordnungen im Rotor angeordnet sind, können diese Impulse bzw. Schwingungen leicht kompensiert werden, so daß sich ein runder Bewegungsablauf ergibt, bei dem außerdem die Schwungkraft des in Rotation befindlichen Rotors sich förderlich auswirkt. Durch den Wegfall von Ventilen und Ventilsteuerungen ergibt sich eine wesentliche Gewichts- und Kosteneinsparung. Da der einzelne Zylinder rotiert, läßt sich zufolge der Fliehkraft eine bessere Gemischverteilung erreichen.

Die Erfindung ist in verschiedenen Varianten ausführbar.

So kann im einfachsten Fall der einzelne Zylinderraum einerseits durch eine ortsfeste Trennwand und andererseits durch die Stirnfläche eines Kolbens gebildet werden. Je nach dem Radius des ringförmigen Raumes, welcher die Zylinder bildet, können wenige oder auch zahlreiche Kolben-Zylinder-Anordnungen vorgesehen werden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der einzelne Zylinderraum durch die Stirnflächen von zwei im Abstand voneinander angeordneten Kolben gebildet. Bei der Zündung des Brennstoffes werden folglich die Kolben voneinander wegbewegt, wobei jedoch darauf geachtet werden muß, daß die Pleuel so an die Exzenter angeschlossen sind, daß die Exzenter gleichsinnig gedreht werden.

Schließlich sieht die Erfindung eine bevorzugte Ausgestaltung vor, bei der jeweils zwei Exzenter paarweise und koaxial zueinander angeordnet sind und jeweils einzeln über voneinander weggerichtete Pleuel mit einem Kolben verbunden sind. Auf diese Weise wird eine besonders günstige Platzausnutzung erreicht, weil die Anzahl der Exzenterachsen nur halb so groß als die Anzahl der Kolben ist.

Normalerweise ist der Rotor an einem Stator gelagert, wobei der ringförmige Raum des Rotors mindestens stellenweise von ortsfesten Führungen des Stators dichtend umgriffen ist. Durch diese Führungen werden an bestimmten Abschnitten mit Hilfe besonderer Anschlüsse die Zufuhr des Brennstoffes, die Zündung und die Abfuhr der verbrannten Gase veranlaßt.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rotor mit mehreren um eine Abtriebsachse gruppierten Kolben-Zylinder- Anordnungen,

Fig. 2 einen Schnitt gem. Fig. 1 mit einer anderen Variante der Kolben-Zylinder-Anordnungen,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III gem. Fig. 2 und

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV gem. Fig. 1.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist die einzelne Kolben-Zylinder-Anordnung mit (3) bezeichnet. Sie besteht jeweils aus einem oder zwei Kolben (4, 5), die zwischen sich einen Zylinder (6) (ringförmiger Hohlraum) begrenzen. Dieser Zylinder (6) befindet sich an einem Rotor (1), der um eine Abtriebsachse (16) drehbar angeordnet ist. Im Beispiel ist der einzelne Zylinder (6) durch einen rotationssymmetrisch angeordneten umlaufenden Hohlraum (6) gebildet, der beispielsweise einen kreisförmigen Querschnitt hat. Demzufolge sind die Kolben (4, 5) ebenfalls entsprechend ausgebildet. An der dem Zylinder (6) abgewandten Seite ist der einzelne Kolben (4, 5) über einen Pleuel (8) mit einem Exzenter (9) gelenkig verbunden. Der Exzenter (9) ist beim Ausführungsbeispiel ebenfalls im ringförmigen Hohlraum (6) parallel zur Achse (16) gelagert. Die Drehbewegung des einzelnen Exzenters (9), der zugleich als Zahnrad ausgebildet ist, wird durch ein Zwischenrad (10) auf ein Zahnrad (12) übertragen, das mit einem ortsfesten Zahnkranz (13) kämmt (vgl. auch Fig. 3). Dieser ortsfeste Zahnkranz (13) befindet sich am Stator (2). Die Hubbewegung des einzelnen Kolbens (4, 5) hat also über die Drehbewegung des Exzenters (9) und des Zahnrades (12) die Wirkung, daß sich das Zahnrad (12) am ortsfesten Zahnkranz (13) abstützt und damit dem Rotor ein Drehmoment erteilt. Der ständige Eingriff des einzelnen Zahnrades (12) am ortsfesten Zahnkranz (13) hat außerdem zur Folge, daß der einzelne Exzenter die Kraft zur Erzeugung des Verdichtungshubes aus der Abwälzung des Zahnrades (12) am ortsfesten Zahnkranz (13) herleitet. Je mehr solche Zahnräder (12) in den ortsfesten Zahnkranz (13) eingreifen, desto harmonischer und ruhiger wird die Umlaufbewegung des Rotors (1) .

Die Fig. 1 zeigt ferner einen am Rotor (1) befindlichen Zahnkranz (14), in den ein Ritzel (15) eingreift, das am Stator (2) gelagert ist. Mit Hilfe dieser Anordnung (14, 15) läßt sich der erfindungsgemäße Verbrennungskraftmotor starten.

Die Fig. 1 zeigt ferner symbolisch Durchbrechungen (17) in der den ringförmigen Hohlraum (6) umschließenden Wandung des Rotors (1), welche mit Durchbrechungen (18-21) in einer diese Wandung umgreifenden Führung (26) des Stators (2) korrespondiert. Wie besonders im Falle der Fig. 2 detailliert dargestellt ist, wird durch die Durchbrechungen (17) einerseits ein Ansaugraum (18) gebildet, an dessen Beginn (21) der Brennstoff durch einen Anschlußstutzen (23) zugeführt wird. Am Ende des Ansaugraumes haben dann die Kolben (4, 5) den größten Abstand voneinander. Nun beginnt (in Uhrzeigerrichtung gesehen) die Verdichtung des zwischen den Kolben (4, 5) befindlichen Brennstoffgemisches, um im Bereich des Verdichtungs- und Zündraumes (19) gezündet zu werden. Mit (27) ist symbolisch eine Zündkerze dargestellt, die an den Stator (2) angeschlossen ist. Die dadurch bedingte Auseinanderbewegung der Kolben (4, 5) führt zur Rotation der beiden anschließenden Exzenter (9) mit der Abstützung der Zahnräder (12) am ortsfesten Zahnkranz (13). Wenn die Kolben (4, 5) im Bereiche des Ausstoßraumes (20) angelangt sind, weisen sie wieder die maximale Distanz voneinander auf. Der Ausstoßraum (20) ist mit einem Auspuff (28) verbunden.

Im Beispiel der Fig. 3 sieht man, daß innerhalb des von der Zylinderwandung (29) gebildeten ringförmigen Hohlraumes (6) koaxial zueinander zwei Exzenter (9) angeordnet sind, die selbst einen Zahnkranz tragen. Mit jedem Exzenter (9) ist eine Pleuelstange (8) verbunden, die in voneinander wegstrebender Richtung mit je einem Kolben (4, 5) (s. Fig. 2) verbunden sind. Über eine Exzenterwelle (25) ist jeder Exzenter (9) in einem Lager (30) gelagert, das mit der Zylinderwandung (29) in geeigneter Weise verbunden ist. Die Exzenter (9) wirken über ihren Zahnkranz auf Zwischenräder (10), die auf einer gemeinsamen Zwischenwelle (11) angeordnet und mit den am ortsfesten Zahnkranz (13) sich abstützenden Zahnrädern (12) verbunden sind. Die Konstruktion läßt offen, ob die Zahnräder (10, 12) mit der Welle (11) drehschlüssig verbunden sind, so daß eine Lagerung der Welle (11) im Lager (31) erforderlich wird. Es ist aber auch denkbar, die Zahnräder (10, 12) auf einer ortsfest angeordneten Achse (11) drehbar zu lagern.

Fig. 3 zeigt weiterhin einen am Rotor (1) angeordneten, bzw. mit dessen Zylinderwandung (29) verbundenen Steg (22), der den Zahnkranz (14) trägt, in den das in Fig. 1 dargestellte Ritzel (15) eingreift, um die Anordnung starten zu können.

Die Fig. 4 zeigt einen anderen Querschnitt durch den Rotor, aus dem man ersehen kann, daß der Steg (22) des Rotors zweigeteilt ist, um die Montage der Kolben (4, 5), Exzenter (9) und des Getriebes (7) zum Umsetzen einer Hubbewegung in Drehbewegung zu ermöglichen. Während in Fig. 2 davon ausgegangen ist, die einzelnen Anschlüsse (23, 28, 27) am Stator (1) von außen her vorzunehmen, kann gem. Fig. 4 diese Anschlußanordnung auch seitlich erfolgen. Den konstruktiven Gestaltungswünschen wird dabei volle Freiheit gelassen.

Zur Erfindung sind auch zahlreiche Alternativen hinzuzurechnen. Während die Fig. 1 und 2 jeweils vier Arbeitsbereiche auf den Umfang des Rotors verteilt zeigen, kann man auch mit einem Mehrfachen dieser Arbeitsbereiche arbeiten, was besonders deswegen interessant ist, weil dann die Zündungsräume längs des Umfanges verteilt angeordnet sind und die von diesen Zündungsräumen ausgehenden Impulse sich gegeneinander kompensieren. Bei entsprechend kompakter Motor- und Dichtungsbauweise kann beim Gegenstand der Erfindung auch das Dieselverbrennungsprinzip angewandt werden. Es sind auch verschiedene Möglichkeiten der Brennstoffzufuhr einsetzbar, wobei es sich empfiehlt, eine Einspritzung getaktet über elektromagnetische Einspritzventile vorzunehmen.

Stückliste:

 1 Rotor
 2 Stator
 3 Kolben-Zylinder-Anordnung
 4 Kolben
 5 Kolben
 6 Zylinder (ringförmiger Hohlraum)
 7 Getriebe zum Umsetzen von Hub- in
   Drehbewegung
 8 Pleuel
 9 Exzenter
10 Zwischenrad
11 Zwischenwelle
12 Zahnrad zum Abwälzen
13 ortsfester Zahnkranz
14 Zahnkranz am Rotor
15 Ritzel
16 Abtriebsachse
17 Durchbrechung
18 Ansaugraum (Ende)
19 Verdichtungs- und Zündraum
20 Ausstoßraum
21 Ansaugraum Beginn
22 Steg des Rotors
23 Anschlußstutzen
24 Dichtung
25 Exzenterwelle
26 Führung
27 Zündkerze
28 Auspuff
29 Zylinderwandung
30 Lager
31 Lager

Claims (7)

1. Verbrennungskraftmotor mit mehreren um die Achse (16) des Abtriebsgliedes (1) gruppierten Kolben-Zylinder-Anordnungen (3), deren Kolbenbewegungen über Exzenter (9) in die Rotationsbewegung des Abtriebsgliedes (1) umsetzbar sind, wobei eine ventilfreie Zu- und Abfuhr des Brennstoffes über zu Zylinderdurchbrechungen relativ drehbewegliche Wandabschnitte (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zylinder-Anordnungen (3) an einem das Abtriebsglied bildenden Rotor (1) in Umfangsrichtung wirkend angeordnet sind, wobei von den Exzentern (9) angetriebene Zahnräder (12) am Rotor (1) gelagert sind und sich an einem ortsfesten Zahnkranz (13) abwälzen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) einen rotationssymmetrischen, die einzelnen Zylinder bildenden ringförmigen Raum (6) aufweist, in dem die im Querschnitt passenden Kolben (4, 5) in Umfangsrichtung beweglich geführt sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einzelne Exzenter (9) im ringförmigen Raum (6) zwischen jeweils zwei Kolben (4, 5) gelagert und über ein Zwischengetriebe (9, 10) mit dem sich am Zahnkranz (13) abwälzenden Zahnrad (12) verbunden ist.

4. Motor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Kolben (4, 5) zwischen sich den Verbrennungsraum (19) bilden und an ihren voneinander abgekehrten Stirnseiten mit den ihnen zugeordneten Exzentern (9) zur Erzeugung gleichsinniger Drehbewegungen entsprechend verbunden sind.

5. Motor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Exzenter (9) paarweise und koaxial zueinander angeordnet und einzeln über voneinander weggerichtete Pleuel (8) mit einem Kolben (4, 5) verbunden sind.

6. Motor nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (6) des Rotors (1) mindestens stellenweise von ortsfesten Führungen (26) eines Stators (2) dichtend umgriffen ist.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an bestimmten Abschnitten der Führung (26) des Stators (2) Anschlüsse (23) für die Zufuhr des Brennstoffes, für deren Zündung und für das Abführen der verbrannten Gase vorgesehen sind.