DE60117980T2

DE60117980T2 - Fremdgezündete rotierende brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60117980T2
Application number: DE60117980T
Authority: DE
Inventors: Claudio De Bei
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-04-20
Also published as: IT1315322B1; EP1278946A1; US20030070632A1; ITVI20000076A1; WO2001081741A1; EP1278946B1; US6591791B2; DE60117980D1; ATE320551T1; AU6735701A

Description

Betriebsart
Die Erfindung bezieht sich auf eine fremdgezündetete rotierende Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Unter den vielen Projekten, die zur Erstellung eines neuen Motors vorgestellt wurden, der verbesserte Eigenschaften im Verhältnis zu denjenigen, die bereits in Gebrauch sind, aufweist verbessert wurden, haben nur wenige einen innovativen Weg eingeschlagen, der vollkommen revolutionär im Vergleich zu den geläufigen Motoren ist, die nunmehr seit über einhundert Jahren erhältlich sind.
In jüngster Zeit wurden so genannte Drehkolbenmotoren oder Kolbenmotoren und andere Motoren verschiedener Arten und Funktionsfähigkeiten vorgestellt, bei denen die Arbeitsabläufe denen herkömmlicher Motoren ähnlich sind, aber das Stangenkurbelsystem Mängel aufweist.
Beispielweise wird hier der Wankelmotor genannt, der aus zwei Körpern besteht, von denen einer im Inneren des anderen angebracht ist, so dass der äußere Körper feststeht und der innere eine „Planeten"-Bewegung ausführt, welche bei jeder 360°-Drehung Brennraum mit variablem Volumen erzeugt.
In FR-A-998043 wird ein Motor beschrieben, der eine Vielzahl an Kolben benutzt, welche eine Hin- und Herbewegung ausführen, wobei jeder Kolben in einer gleichmäßigen winkelförmigen Anordnung in ein und demselben Umfang in einen Zylinder gleiten kann, und wobei die Zylinder in geeignete, dafür vorgesehene Sitze eingelassen sind, die in einem rotierenden Körper oder Rotor gebildet wurden, der sich koaxial in einem festen Körper oder Stator dreht, in dem die Einlasskanäle für das Luft-Brennstoff-Gemisch und der Auslasskanal für das verbrannte Gas wie bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen zusammen mit dem Sitz für die Zündkerze gebildet wurden.
Die Oberflächen zwischen dem Rotor und dem Stator weisen Minimaltoleranzen auf und wurden mit einer kugelförmigen Oberfläche hergestellt, um dem Inneren System ein perfektes Gleichgewicht in Rotationsbewegung zu geben.
Der Rotor, der wie ein kugelförmiger Bereich mit zwei flachen Seitenflächen geformt ist, wird durch eine tragende Welle abgestützt, die starr mit dem Körper des Stators verbunden ist.
Wo die Baumerkmale des Motors in diesem Dokument nicht ausführlich beschrieben sind, wurden die Zeichnungen lediglich als Beispiele mitgeliefert.
Offenbarung der Erfindung
Das Ziel der Erfindung ist es, für den zuvor beschriebenen Motor sowohl wirkungsvolle als auch nützliche Ausführungsformen vorzulegen. Dies wird erreicht, indem dafür gesorgt wurde, dass die Hin- und Herbewegung der Kolben erzielt wird, indem sie so gekuppelt werden, dass sie über 360° dem Profil eines festen Exzenterelementes folgen, welches einen kreisförmigen Querschnitt aufgrund der Koppelung der Verbindungsstangen aufweist, wobei der Pleuelfuß frei in das besagte Profil des Exzenterelementes eingelassen wurde, während der Pleuelkopf in den Bolzen des Kolben eingelassen wurde; dabei wurde die Achse des besagten Exzenterelementes versetzt und befindet sich parallel zur Achse des Motors, das heißt zur Achse, die gleichzeitig beide Achsen der besagten festen tragenden Welle und die Rotationsachse des Rotors bildet, in den die Kolben mit einer Hin- und Herbewegung gleiten, und wobei es sich um vier oder sechs Kolben handelt.
Bei dieser Ausführung arbeitet der Rotor, indem er sich um seine eigene Achse dreht; deutlich gesagt veranlassen die eingelassenen Zylinder, indem sie dieser Rotation folgen, die Kolben in ihre Wandungen zu gleiten, wobei die besagten Kolben durch Verbindungsstangen, die mit dem Exzenterelement verbunden sind, gekoppelt wurden; dies führt zu einer Hin- und Herbewegung und zyklischen Schwankungen mit einer 360°-Periode, dem Rauminhalt der Brennkammer, die zwischen dem Kolbendeckel und dem Zylinderkopf geformt wurde, welcher durch die Innenfläche des Stators gebildet wird.
Die Laufeigenschaften der Achse des Exzenterelementes im Vergleich zur Achse des Motors sind derart, dass es möglich ist, in jeder der Brennkammern, die den Kolben entsprechen, konstant eine dauernde Veränderung ihres Rauminhaltes zu erreichen, was eine Arbeitsweise gewährleistet, die der einer herkömmlichen Brennkraftmaschine der Viertaktsorte (Intakt, Druck, Leistung, Auspuff) ähnlich ist.
Die Vorrichtung, die verwendet wird, damit der Kolben konstant dem kreisförmigen Profil des Exzenterelementes folgt, besitzt eine Verbindungsstange für jeden Kolben, wobei die besagte Verbindungsstange an einem Ende mit dem besagten Bolzen und am anderen Ende mit der exzentrischen Oberfläche mit einem eingefügten Lager- oder Rollenkäfig verkeilt ist.
Die Vorteile der Arbeitsweise des Zweitaktmotors, die durch die Abwesenheit von Verteilungsmechanismen erzielt werden, entstehen durch einen Motor gemäß der Erfindung, indem eine Aufteilung, die vom Rotor während seiner 360°-Drehung kontrolliert wird, vorgesehen ist, welche stufenweise zwei Schlitze öffnet und schließt, die in den Körper des Stators eingelassen wurden; das heißt ein Einlassschlitz für das Luft-Brennstoff-Gemisch und ein Auslassschlitz für die verbrannten Gase.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das Drehmoment, das durch die Rotation des Rotors ausgelöst wird, wird außerhalb des Motors übertragen, indem mit der Nabe von einer der zwei seitlichen Wänden des besagten Rotors ein Getriebe verkeilt wird, das in ein Festachsenritzel einspurt, welches fest an den Stator gekoppelt ist und bei der Umdrehung äußere Nebengetriebe in Rotation versetzt, welche zum Beispiel für die Ingangsetzung des Anlassers, der Ölpumpe, der elektronischen Kontakte und der Leistungsentnahme für den Zug benutzt werden.
Diese und weitere Eigenschaften der Erfindung werden deutlicher erscheinen durch die Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform, die unter Einbeziehung der beigefügten Zeichnungen nur als nicht eingrenzendes Beispiel eingereicht wird, wobei
1 eine Ansicht der Schnittzeichnung des Motors ist, gemäß der Erfindung in einer seiner Ausführungsformen;
2 ein Schnitt der Seitenansicht des Motors entlang der Linie I-I nach 1 ist;
3 und 4 Ansichten der Anordnung der Wellen mit dem Exzenterelement, der Verbindungsstangenanordnung und den Kolben sind;
5 eine Ausschnittsansicht der Welle mit dem Exzenterelement und dem Getriebe ist;
6 eine Seitenansicht der Welle nach 5 ist;
7 ein Schnitt der Seitenansicht entlang der Linie II-II nach 5 ist;
8 ein Schnitt der Ausschnittsansicht des Stators ist;
9 eine Seitenansicht des Stators nach 8 ist;
10 ein Schnitt der Seitenansicht entlang der Linie III-III nach 8 ist;
11 ein Schnitt der Ausschnittsansicht des Rotors ist;
12 eine Seitenansicht des Rotors nach 11 ist;
13 ein Schnitt der Seitenansicht des Rotors nach 12 ist.
Ausführungsmethoden der Erfindung
Wie in den Figuren gezeigt wurde, besteht die rotierende Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung aus einem festen Körper 1 oder Stator, in welchem sich ein beweglicher Körper oder Rotor 2 koaxial dreht.
Die Kontaktabschnitte zwischen den beiden Körpern, speziell die innere Oberfläche 3 des Stators und die äußere Oberfläche 4 des Rotors haben ein kugelförmiges Profil.
Im Körper des Rotors 2, der wie ein kugelförmiger Bereich mit zwei flachen Seitenflächen geformt ist, befinden sich vier radiale Hohlräume 5, die dazu geeignet sind, die Zylinder 6 aufzunehmen, in die vier Kolben 7 jeweils mit einer gradlinigen Hin- und Herbewegung gleiten können.
Die Öffnungen 8, 9, die jeweils dem Ablassen der verbrannten Gase und dem Ansaugen des Luft-Brennstoff-Gemisches dienen, sowie der Sitz 10 für die Zündkerze 11, sind in dem festen Körper oder Stator 1 gebildet.
Der Rotor 2 hat zwei seitliche Flansche 12, die durch Lagermittel 13 frei auf einer festen Welle 14 aufliegen, welche koaxial ist und auf den seitlichen Flanschen 15 aufliegt, die fest an den Körper des Stators gekoppelt sind.
Die feste Welle 14 hat in ihrem Mittelabschnitt einen exzentrischen Körper 16, welcher ein kreisförmiges Profil und eine versetzte Achse 17 besitzt, die parallel zur mittleren Rotationsachse 18 des Rotors 2 liegt.
Wie in den 1 und 2 gezeigt wurde, sind die Kolben so angebracht, dass sie über 360° dem kreisförmigen Profil des Exzenterelementes 16 durch Verbindungsstangenmittel 22 folgen, so dass die besagten Kolben eine Hin- und Herbewegung innerhalb des damit verbundenen Zylinders 6 ausführen müssen, was konstant das Volumen der Brennkammer 19 verändert, die zwischen dem Kolbendeckel 20 und dem Zylinderkopf 21 gebildet und bei der Innenfläche 3 des Stators 1 angebracht wurde, wobei beide ein kugelförmiges Profil besitzen.
Wie speziell in den 1, 2 und 4 gezeigt wurde, besteht die Methode, damit der Kolben während seiner 360°-Drehung dem Profil des Exzenterelementes folgt, darin, eine Verbindungsstange 22 zu verwenden, welche an einem Ende mit dem Bolzen 23 des Kolbens 7, und am anderen Ende frei und mittels eines Lagers 24 mit der Oberfläche des Exzenterelementes verkeilt ist; auf diese Weise bewegt der Rotor durch eine 360° Umdrehung den Kolben, der durch seine Koppelung an die Verbindungsstange eine Hin- und Herbewegung auslöst.
Die 5 bis 12 zeigen Konstruktionsausschnitte, die sich auf die drei Elemente beziehen, die den Motor gemäß der Erfindung kennzeichnen, das heißt jeweils die feste Welle mit Exzenterelement, den Stator und den Rotor.
Wie in den 5 bis 7 gezeigt wurde, wird die feste Welle mit Exzenterelement aus zwei getrennten symmetrischen Elementen geformt, wobei jede durch einen Wellenabschnitt 14' gebildet wurde und jede einen Exzenterelementeabschnitt 16' besitzt, und welche auf der Normalschnittebene des Motors getrennt und durch einen Bolzen verbunden sind, der durch die Achse 17 des Exzenterelementes mit einem daran verkeilten Lager verläuft.
Wie in den 8 bis 10 gezeigt wurde, besteht der Stator 1, der dadurch gekennzeichnet ist, dass seine Innenfläche 3 ein kugelförmiges Profil aufweist, aus zwei unterschiedlichen symmetrischen Elementen, welche auf der Mittellinie III-III des Motors getrennt und durch die Koppelung von äußeren Flanschen 26 verbunden sind.
Wie in den 11 bis 13 gezeigt wurde, besteht der Rotor 2, welcher ein kugelförmiges Profil aufweist, aus einem einzelnen Metallblock, in den die Laufbuchsen 27, die den Zylinder 6 bilden, in die vier radialen gegenüberliegenden Hohlräume 5 eingelassen sind.
Wie in der 1 gezeigt wurde, wird das Drehmoment, das durch die Rotationsweise des Rotors 2 erhalten wird, nach außerhalb des Motors übertragen, indem mit der Nabe 28 von mindestens einem der seitlichen Flansche 12 des besagten Rotors ein Getriebe 29 verkeilt wird, das rotierend mit äußeren Nebengetrieben einspurt, wie beispielsweise die Riemenscheibe 30 und das Getriebe 34 für die Inbetriebnahme des Anlassers und die Leistungsverteilung des Motors, während über einen weiteren Flansch 31 der elektronische Kontakt kontrolliert wird.

Claims

Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine mit mehreren Kolben (7), die eine Hin- und Herbewegung in Zylindern (6) ausführen, die so angeordnet sind, dass sie auf ein und demselben Umfang gleichmäßig winkelförmig beabstandet verteilt sind, wobei die Zylinder (6) in geeignete, dafür vorgesehene Sitze (5) in einen rotierenden Körper oder Rotor (2) eingesetzt sind, welcher sich koaxial in einem feststehenden Körper oder Stator (1) dreht, in dem der Einlasskanal (9) für das Luft-Brennstoff-Gemisch, der Auslasskanal für verbranntes Gas (8) und der Zündkerzensitz (10) angeordnet sind, wobei vorausgesetzt ist, dass der Kontaktbereich mit minimaler Toleranz zwischen der Außenfläche (4) des Rotors (2) und der Innenfläche (3) des Stators (1) wie eine kugelförmige Oberfläche oder ein kugelförmiger Bereich geformt ist, und wobei vorausgesetzt ist, dass der Rotor (2) wie ein kugelförmiger Abschnitt mit zwei flachen Seitenflächen geformt ist, wobei der Rotor (2) auf einer tragenden Welle (14) gelagert ist, welche am Körper des Stators (1) befestigt und mit diesem starr verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hin- und Herbewegung der Kolben (7) durch deren Eingriff erfolgt, so dass sie mittels Verbindungsstangen (22) über durchgehend 360° dem Profil eines Exzenterelements (16) folgen, dessen Achse (17) versetzt und in Bezug auf den Motor (18) parallel ist, d. h. in Bezug auf die Achse (18), welche zugleich sowohl die Achse der Rotor-Trägerwelle (14) als auch die Drehachse des Rotors (2) bildet, in welchem die Kolben (7) in Hin- und Herbewegung gleiten können.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Exzenterelement (16) auf seinem Umfang ein Lager- oder einen Rollenkäfig (24) aufnimmt, auf dessen Oberfläche das kurze Ende der Verbindungsstange (22) gleitet.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen feststehenden Körper oder Stator (1) umfasst, in dem sich ein beweglicher Körper oder Rotor (2) koaxial dreht, wobei die Kontaktbereiche zwischen den beiden Körpern (1, 2) speziell die Innenfläche (3) des Stators und die Außenfläche (4) des Rotors wie der kugelförmige Bereich eines kugelförmigen Abschnitts mit zwei flachen Seitenflächen geformt sind, welche durch den Körper des Rotors (2) gebildet werden, wobei in gleichem Abstand voneinander angeordnete radiale Ausnehmungen (5) in diesem Rotor gebildet sind, die die Zylinder (6) darstellen, in denen die Kolben (7) mit einer hin- und hergehenden geradlinigen Bewegung entsprechend gleiten können, wobei sich die Öffnungen (8 bzw. 9) zum Ausstoß der Verbrennungsprodukte bzw. zum Ansaugen des Luft-Brennstoff-Gemischs und der Sitz (10) für die Zündkerze (11) in dem Stator befinden.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (2) mit seitlichen Flanschen (12) ausgestattet ist, die in Lagern (13) auf einer feststehenden Welle (14) frei gelagert sind, die koaxial zu der Maschine angeordnet ist und von den seitlichen Flanschen (15) getragen wird, welche mit dem Körper des Stators (1) starr verbunden sind.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Welle (14) in ihrem mittleren Bereich einen exzentrischen Körper (16) mit kreisförmigem Profil und mit einer Achse (17) aufweist, die versetzt und parallel zur Mittelachse (18) angeordnet ist, und um die sich der Rotor (2) dreht, wobei sich die Kolben (7) derart im Eingriff befinden, dass sie zyklisch um 360° dem Profil des Exzenterelements (16) durch Kopplung der Verbindungsstangen (22) folgen, und dass sie gezwungen sind, eine hin- und hergehende geradlinige Bewegung in den entsprechenden Zylindern (6) auszuführen, wodurch das Volumen der Verbrennungskammer (18), die zwischen dem Kopf (20) des Kolbens und dem Kopf (21) des Zylinders (6), der von der Innenfläche (3) des Stators (1) gebildet wird, kontinuierlich variiert, und dass der Kolben (7) so in Eingriff ist, dass er dem Profil des Exzenterelements (16) über eine Verbindungsstange (22) folgt, welche an einem Ende mit dem Bolzen (23) des Kolbens (7) verkeilt ist und an dem anderen Ende frei über ein Lager (25) verbunden ist, das auf der kreisförmigen Oberfläche des Exzenterelements (16) befestigt ist.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Welle (14) mit dem Exzenterelement (16) aus zwei genau symmetrischen Elementen gebildet ist, die jeweils durch einen Wellenabschnitt (14') mit jeweils einem Exzenterelement-Abschnitt (16') gebildet sind, die in der Mittelebene der Maschine getrennt und über einen Bolzen (17) verbunden sind, welcher koaxial zur Achse (17) des Exzenterelements (16) angeordnet ist.
Fremdgezündete rotierende Brennstoffmaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) eine Innenfläche (3) mit kugelförmigem Profil besitzt und aus zwei genau symmetrischen Elementen zusammengesetzt ist, die in der Mittelebene der Maschine getrennt und durch Kopplung der äußeren Flansche (26) verbunden sind.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2), der wie ein kugelförmiger Abschnitt mit zwei flachen Seitenflächen ausgebildet ist, durch einen einteiligen metallischen Block gebildet sind, in dessen radiale Ausnehmungen die Zylinderlaufbuchsen (27), die die Zylinder (6) bilden, eingesetzt sind.
Arbeitsweise einer fremdgezündeten rotierenden Brennkraftmaschine gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Drehung des Rotors (2) um seine eigene Achse (18) die in ihm befindlichen Zylinder (6), in denen die entsprechenden Kolben (7) gleiten können, mitgedreht werden, aber da die Kolben (7) simultan gezwungen sind, dem Profil des Exzenterelements (16) zu folgen, welches koaxial zur Drehachse angeordnet ist, sind die Kolben (7) gezwungen, eine hin- und hergehende geradlinige Bewegung in den Zylindern (6) auszuführen, wodurch das Volumen der zwischen dem Kopf (20) des Kolbens (7) und dem durch die Innenfläche des Stators gebildeten Zylinderkopf befindlichen Verbrennungskammer (19) zyklisch bei einer 360°-Frehung variiert wird.
Fremdgezündete rotierende Brennkraftmaschine nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass die Exzentrizität der Achse (17) des Exzenterelements (16) in Bezug auf die Achse (18) der Maschine eine solche Größe hat, dass kontinuierlich in jeder der Verbrennungskammern (19), die den Kolben (7) entsprechen, eine kontinuierliche Variation ihres Volumens aufrechterhalten wird, so dass die Durchführung einer Arbeitsweise, die der Arbeitsweise einer konventionellen Viertakt-Maschine mit den Schritten des Ansaugens, des Verdichtens, des Verbrennens und dem Ausstoß entspricht, aufeinanderfolgend gewährleistet wird.