EP0187165A1 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

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Publication number
EP0187165A1
EP0187165A1 EP84115354A EP84115354A EP0187165A1 EP 0187165 A1 EP0187165 A1 EP 0187165A1 EP 84115354 A EP84115354 A EP 84115354A EP 84115354 A EP84115354 A EP 84115354A EP 0187165 A1 EP0187165 A1 EP 0187165A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cylinder
ring
pistons
internal combustion
partition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP84115354A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Georgios Dipl.-Ing. Kypreos-Pantazis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kypreos-Pantazis Georgios Dr Ing
Original Assignee
Kypreos-Pantazis Georgios Dr Ing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kypreos-Pantazis Georgios Dr Ing filed Critical Kypreos-Pantazis Georgios Dr Ing
Publication of EP0187165A1 publication Critical patent/EP0187165A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/30—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F01C1/34—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F01C1/356—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F01C1/3566—Rotary-piston machines or engines having the characteristics covered by two or more groups F01C1/02, F01C1/08, F01C1/22, F01C1/24 or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F01C1/08 or F01C1/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along more than one line or surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04—Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • 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 an internal combustion satellite engine with rotating pistons.
  • thermal energy is converted into kinetic energy in internal combustion engines.
  • the thermal explosion pressure acts on a piston, which, connected to a connecting rod crank system, causes the rotation of a drive shaft.
  • An engine according to the invention has a single ring-shaped cylinder, in which four symmetrically arranged pistons rotate, which are connected directly to an output shaft (satellite principle). The rotation of the output shaft is effected directly by the pistons, which ensures ideal uniformity.
  • An engine according to the invention does not require a cylinder head and its volume is comparatively small.
  • FIGS 1 and 2 show the basic design of an engine according to the invention.
  • the engine has two ring-shaped cylinder block halves 1a, 1b with integrated cooling water circuits 2.
  • the ring-shaped cylinder formed by the halves 1a, 1b four pistons a, b, c, d rotate, which are connected to a central piston carrier disk 3, which in turn is connected to a central output shaft 4.
  • Sealing rings e are provided in order to create a seal against the escape of gas from inside the cylinder past the surfaces of the piston carrier disk 3.
  • the output shaft 4 also carries two groups of control cams, the meaning of which will be explained later.
  • the motor has a compression chamber 5 on the diametrically opposite sides in the outer wall of the cylinder, each of which has a pressure valve 5a and a control valve 5b.
  • two diametrically opposed partition walls 7 are provided, each of which is displaceable between a position within the cylinder and a position in a housing 6 and is biased towards the cylinder space by means of a spring 7a.
  • two collecting containers 8 are provided, each of which has a pressure valve 8a.
  • the various cam disks 4a, 4b, 4c serve the various valves 5b, 9, 10 and the partitions 7 to control.
  • the control of valves by means of cam disks is known per se, so that further details are not shown.
  • an additional sealing ring e is provided, which is one between the cylinder block halves 1a, 1b on the radially outer side of the cylinder Sealing creates.
  • the partitions 7 must be regularly withdrawn into their housing 6 and moved into their position in the cylinder space so that the pistons a , b, c, d can go through.
  • a certain amount of compressed fuel-air mixture can enter the partition housing 6. This mixture then passes into the collecting chambers 8 connected to the interior of the partition housing 6 and is then introduced into the cylinder space again, when the pressure that builds up is sufficient to overcome the closing force of the valve 8a, through the inlet valve 9, in which case the inlet valve 9 supports the opening of the valve 8a by its suction effect.
  • Step 2 The rotation of the pistons a and c and the simultaneous opening of the inlet valves 9 begin the first intake phase.
  • the fuel-air mixture passes through the open inlet valves 9 into the chambers of the operating cylinder formed by the partition walls 7 in the cylinder space between the upper partition 7 according to FIG. 1 and the rear of the piston c, and between the lower one according to FIG. 1 Partition 7 and the back of the piston a.
  • Step 3 The partitions 7 were briefly retracted into their housing 6 by the cams in question, and immediately after the passage of the pistons b and d the partitions 7 returned to their position in the cylinder, under the action of the springs 7a, so that the Operating cylinder is again divided into chambers.
  • the second intake phase begins since the inlet valves 9 are still open.
  • Pistons b and d now have two functions. On the front side they are supposed to compress the mixture previously drawn in by pistons a and c, and on the back side they simultaneously effect the second suction phase.
  • Step 4 In the meantime, the partition walls 7 have been briefly withdrawn by means of a corresponding cam action in order to allow the passage of the pistons a and c, but they reenter the cylinder space immediately thereafter.
  • the pistons b and d now compress the mixture enclosed between the partition 7 in question and the front of the piston b and d so strongly that the pressure valves 5a open, as a result of which the compressed mixture reaches the compression chambers 5.
  • the rear sides of the pistons a and c effect the third suction phase.
  • Step 5 The cam drive in turn briefly opens the partitions 7 to let the pistons b and d pass through. Immediately after the passage of the pistons b and d, the partitions 7 return to their position in the cylinder space.
  • the control valves 5b of the compression chambers 5 are opened immediately thereafter.
  • the previously compressed mixture enters the space between the rear of the pistons b and d and the relevant partition 7.
  • the ignition and combustion of the mixture then takes place immediately afterwards via the spark plugs 11.
  • the resulting flow velocities significantly increase the combustion speed and thus contribute to a short combustion duration and a low tendency to knock.
  • the high gas pressure resulting from the explosion or combustion drives the pistons d and b forward, the inlet valves 9 being closed simultaneously by the cam drive.
  • Step 6 Now the fuel mixture located in the cylinder chamber is compressed on the front of pistons a and c, and the processes are repeated as in step 5, and there is a second explosion or combustion. At the same time, the front sides of pistons d and b compress the fuel from the third intake phase. The exhaust gases from the first explosion phase are located in the spaces between the rear sides of pistons b and d and the front sides of pistons a and c, as can be seen from the detail view 6.
  • Step 7 Shortly before the start of the third explosion phase, the outlet valves 10 open so that the discharge from the first explosion phase can flow out. The front sides of the pistons a and c cause the combustion gases to be pushed out. Then the partitions 7 are briefly withdrawn again so that the pistons a and c in question can pass through. After the return of the partitions 7 into their position in the cylinder space, the third explosion phase takes place. By moving the pistons further, the exhaust gases from the second explosion phase are now released from the operating cylinder, whereby they are pushed out through the front sides of the pistons d and b.
  • Step 8 The front sides now push the exhaust gases out of the third explosion phase after the pistons b and d were able to move through this point by briefly retracting the partitions 7. After the exhaust gases have been pushed out, the partitions 7 are again briefly withdrawn in order to let the pistons a and c pass through. By the subsequent movement of the partitions 7 into their position in the cylinder space and through When the inlet valves 9 are opened, the second operating cycle is initiated, the outlet valves 11 of course having been closed beforehand.
  • the engine according to the invention can be used in all fields in which conventional internal combustion engines are used.
  • control of the partitions 7 and the various valves is described by means of cams and springs, the control can also be carried out electromechanically or pneumatically, in which case the operational safety is further increased by a usable electronic control and regulating system. In addition, there is a further saving on mechanical components, which in turn contributes to a reduction in costs and an increase in the service life.
  • Fig. 4 shows on an enlarged scale certain details of the design of the piston carrier disc 3, one of the pistons, namely the piston a, is shown.
  • the piston a is shown on a larger scale, in particular insofar as it relates to its extent in the circumferential direction of the carrier disk 3.
  • the length of the piston a in the circumferential direction corresponds to that length or dimension which is shown in FIG. 1a.
  • the enlarged scale for the representation of the piston a was chosen in order to be able to show more clearly the sealing means with which a seal is created between the piston a and the inner surface of the cylinder space.
  • the seal has a preferably continuous sealing strip 12 which is arranged in a continuous helical groove which is formed in the outer surface of the piston a.
  • the sealing strip 12 consists, for example, of metal, preferably of steel.
  • the partition walls 6 are arranged or inserted in an appropriate recess in the cylinder block halves 1a, 1b. If necessary, a suitable sealing device can be used to provide a seal between the outer surface of the housing 6 and the opposite surfaces of the recess, which is formed in the cylinder block halves la, 1b.
  • each dividing wall 7 is formed from two separate half-disks.
  • Each half disk is then arranged in a side of the cylinder Housing added, in which case the two housings of the two half disks face each other.
  • the design is then such that both half disks are moved simultaneously either into a position in the cylinder or into a position outside the cylinder and in the relevant housing.
  • the free edges of the two half disks touch in their position in the cylinder.
  • each cylinder block half 1a, 1b comprises half of a housing through which the output shaft 4 passes and which is filled with lubricating oil.
  • the piston carrier disk 3 has a number of through holes in its region which lies in the oil housing, through which a certain circulation of the oil is caused.
  • the cam device on the output shaft 4 is also arranged within the oil-filled housing.
  • the ring-shaped cylinder has the shape of a circular toroid, which means that the interior of the cylinder has a circular cross section. Accordingly, the pistons a, b, c, d also have a circular cross section.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Innenverbrennungs-Satellitmotor mit rotierenden Kolben (a, b, c, d). Die Kolben sind mit einer Abtriebswelle (4) starr verbunden und laufen in einem ringförmigen Zylinder (1a, 1b) in Form eines Kreistoroids um. Dem Zylinder sind an wenigstens zwei diametral gegenüberliegenden Stellen jeweils eine Scheidewand (7) zugeordnet, die zwischen einer Stellung im Zylinder und einer Stellung außerhalb des Zylinders bewegbar sind. In der Stellung im Zylinder unterteilen sie den Zylinder in wenigstens zwei Räume, wahrend sie in der Stellung außerhalb des Zylinders den Durchgang der Kolben ermöglichen. Im Bereich jeder Scheidewand sind ein Einlaßventil (9), ein Auslaßventil (10) und eine Zündkerze (11) angeordnet sowie eine Verdichtungskammer (5), in die an einer Stelle stromauf der zugehörigen Scheidewand komprimiertes Kraft-Luft-Gemisch eintreten und an einer Stelle stromab der Scheidewand wieder aus- und in den Zylinder eintreten kann, um dann verbrannt zu werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Innenverbrennungs-Satellitmotor mit rotierenden Kolben.
  • Gemäß dem Stand der Technik wird bei Verbrennungsmotoren thermische Energie in kinetische Energie umgewandelt. Durch die Verbrennung eines Kraftstoffes im Inneren eines Zylinders wirkt der thermische Explosionsdruck auf einen Kolben, der, mit einem Pleuel-Kurbelsystem verbunden, die Rotation einer Antriebswelle bewirkt.
  • Die bisher bekannten, zur praktischen Anwendung kommenden Verbrennungsmotoren sind:
  • A) die oszillierenden Kolben-Verbrennungsmotoren wie
    • 1. Otto-Motor (Nikolaus Otto, 1832-1891) und dessen Alternativen,
    • 2. Diesel-Motor (Rudolph Diesel, 1858-1913) und dessen Alternativen,
  • B) die Rotationskolbenmotoren
    • - Wankel-Motor, NSU (Felix Wankel, erste Vorstellung 1960) und dessen Alternativkonstruktionen.
  • Die oben unter A) genannten Motoren haben wesentliche Nachteile, welche die maximale Leistungsausbeute auf 25 bis 30 % eingeschränkt läßt, obwohl die Motorenindustrie derzeit weltweit bestrebt ist, den Wirkungsgrad zu verbessern.
  • Die Nachteile liegen bekannterweise in
    • a) der Tatsache, daß zwei komplette Umdrehungen der Antriebswelle nötig sind, um dem erforderlichen Betriebszyklus von vier Takten (Ansaugen, Verdichten, Explosion, Ausstoßen) zu entsprechen. Das bedeutet, daß für zwei Umdrehungen die Arbeit von nur einer Explosion zur Verfügung steht und somit das Drehmoment entsprechend niedrig ist,
    • b) der Bekanntheit, daß der Gleichförmigkeitsfaktor des herkömmlichen Viertakt-Motors gering ist und der mechanische Leistungsgrad durch den Ventilantrieb nochmals reduziert wird,
    • c) den großen thermischen Verlusten im Verhältnis zur Leistung des Motors,
    • d) der Kompliziertheit der gesamten Motorausführung und den damit verbundenen relativ hohen Herstellungskosten wegen der Vielzahl beweglicher Teile, der ungleichförmigen Auf- und Abbewegung der Kolben, der Art und Weise der Gestaltung der Kurbelwelle und der erforderlichen Zylinderkopfkonstruktion.
  • Der unter B) genannte Rotationskolbenmotor (Wankelmotor) hat folgende wesentliche Nachteile:
    • 1) die weiterhin exzentrische Lagerung des Kolbens auf der Antriebswelle,
    • 2) die Kraftübertragung des Kreiskolbens mittels Zahnräder auf die Antriebswelle und die damit verbundenen Reibungsverluste und Geräusche,
    • 3) die Ungleichförmigkeit der Betriebskammer, die die Funktion des Motors beeinträchtigt,
    • 4) durch die Dreiecksform des Kreiskolbens treten Dichtigkeitsprobleme auf, die eine Leistungsminderung des Motors bewirken,
    • 5) durch die Geometrie der Betriebskammer treten große Kraftstoff-Luft-Gemisch-Verluste auf,
    • 6) das Drehmoment ist im Verhältnis größer als bei den oszillierenden Kolbenmotoren, kann jedoch vom Prinzip her nicht mehr wesentlich gesteigert werden.
  • Ein Motor gemäß der Erfindung weist einen einzigen Ringformzylinder auf, in welchem vier symmetrisch angeordnete Kolben rotieren, die mit einer Abtriebswelle direkt verbunden sind (Satellit-Prinzip). Die Drehung der Abtriebswelle wird direkt von den Kolben bewirkt, wodurch ideale Gleichförmigkeit erzielt wird.
  • Ein Motor gemäß der Erfindung erfordert keinen Zylinder kopf und sein Bauvolumen ist vergleichsweise klein.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.
    • Fig. 1a ist eine Prinzipdarstellung eines Motors gemäß der Erfindung in Draufsicht.
    • Fig. 1b ist eine der Fig. 1a analoge Darstellung in Seitenansicht.
    • Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung, aus welcher die Ausführung der Scheidewände hervorgeht.
    • Fig. 3 zeigt in acht Einzelansichten eine Darstellung der Arbeitsweise.
    • Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab Einzelheiten eines Kolbens und der ihm zugeordneten Dichtung.
  • Die Figuren 1 und 2 zeigen die grundsätzliche Ausführung eines Motors gemäß der Erfindung.
  • Gemäß der Darstellung weist der Motor zwei Ringform-Zylinderblockhälften 1a, 1b mit integrierten Kühlwasserkreisen 2 auf. In dem durch die Hälften 1a, 1b gebildeten Ringformzylinder rotieren vier Kolben a, b, c, d, die mit einer mittleren Kolbenträgerscheibe 3 verbunden sind, die ihrerseits mit einer zentralen Abtriebswelle 4 verbunden ist. Dichtungsringe e sind vorgesehen, um einen Abschluß zu schaffen gegen das Austreten von Gas aus dem Inneren des Zylinders an den Flächen der Kolbenträgerscheibe 3 vorbei. Die Abtriebswelle 4 trägt weiterhin zwei Gruppen von Steuernocken, deren Bedeutung später erläutert wird.
  • Weiterhin weist der Motor an diametral gegenüberliegenden Seiten in der Außenwand des Zylinders jeweils eine Verdichtungskammer 5 auf, deren jede ein Druckventil 5a und ein Steuerventil 5b aufweist.
  • Weiterhin sind zwei diametral gegenüberliegende Scheidewände 7 vorgesehen, deren jede zwischen einer Stellung innerhalb des Zylinders und einer Stellung in einem Gehäuse 6 verschiebbar ist und mittels einer Feder 7a in Richtung in den Zylinderraum hinein vorgespannt ist.
  • Weiterhin sind zwei Sammelbehälter 8 vorgesehen, deren jeder ein Druckventil 8a aufweist.
  • Schließlich sind, wiederum diametral gegenüberliegend, jeweils zwei Ansaugventile 9, zwei Auslaßventile 10 und zwei Zündkerzen 11 vorgesehen.
  • Die verschiedenen Nockenscheiben 4a, 4b, 4c dienen dazu, die verschiedenen Ventile 5b, 9, 10 und die Scheidewände 7 zu steuern. Das Steuern von Ventilen mittels Nockenscheiben ist an sich bekannt, so daß weitere Einzelheiten nicht dargestellt sind.
  • Wie aus Fig. 1b ersichtlich, sind außer den Dichtungsringen e, die eine Abdichtung zwischen den Zylinderblockhälften 1a, 1b und der mittleren Kolbenträgerscheibe 3 schaffen, ein zusätzlicher Dichtungsring e vorgesehen, der zwischen den Zylinderblockhälften 1a, 1b auf der radial äußeren Seite des Zylinders eine Abdichtung schafft.
  • Wie aus einer Betrachtung der Zeichnung ersichtlich, müssen, damit die Kolben a, b, c, d in dem ringförmigen Zylinderraum umlaufen können, die Scheidewände 7 regelmäßig in ihr Gehäuse 6 zurückgezogen und in ihre Stellung in dem Zylinderraum bewegt werden, damit die Kolben a, b, c, d hindurchgehen können. Hierbei kann jedesmal, wenn ein Kompressionshub stattfindet, eine gewisse Menge komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches in die Scheidewandgehäuse 6 eintreten. Dieses Gemisch gelangt dann in die mit dem Inneren der Scheidewandgehäuse 6 verbundenen Sammelkammern 8 und wird danach, wenn der sich aufbauende Druck ausreichend ist, um die Schließkraft des Ventiles 8a zu überwinden, wieder in den Zylinderraum eingeführt, und zwar durch das Einlaßventil 9 hindurch, wobei in diesem Fall das Einlaßventil 9 durch seine Saugwirkung das öffnen des Ventiles 8a unterstützt. Der weitaus größte Teil des komprimierten Gemisches gelangt über das selbstöffnende Druckventil 5a in die Verdichtungskammer 5, von welcher es über das Steuerventil 5b in den kleinen Raum freigegeben wird, der zwischen der Scheidewand 7, die gerade wieder in ihre Stellung in dem Zylinderraum gebracht worden ist, und der Hinterfläche desjenigen Kolbens a.. vorhanden ist, der gerade an der Stelle der Anordnung der Scheidewand 7 vorbeigegangen ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Zündung bewirkt,und durch die Explosion des Gemisches wird der betreffende Kolben vorgetrieben. Alle zugehörigen Ventil-Zeitsteuerungen können von den auf der Abtriebswelle 4 angeordneten Steuernocken hervorgerufen werden, und zwar direkt mechanisch oder elektromechanisch oder pneumatisch. Es können auch elektronische Steuer- und Regelsysteme verwendet werden, um die Kosten zu verringern und die Arbeitswirksamkeit zu erhöhen.
  • Fig. 3 stellt mit ihren Einzelansichten die Viertakt-Arbeitsweise des Motors gemäß der Erfindung in Schritten 1 bis 8 für einen Betriebszyklus (540°) dar. Die Arbeitsweise wird nachstehend beschrieben:
    • Schritt 1 zeigt eine zufällige Ausgangsstellung der Kolben a, b, c, d im Ruhezustand. Der Start des Motors erfolgt durch eine herkömmliche Anlaßeinrichtung, welche die Abtriebswelle 4 gemäß der Darstellung in Fig. 3 im Uhrzeigersinn dreht.
  • Schritt 2: Durch die Drehbewegung der Kolben a und c und das gleichzeitig erfolgte öffnen der Einlaßventile 9 beginnt die erste Ansaugphase. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch gelangt durch die offenen Einlaßventile 9 hindurch in die durch die im Zylinderraum befindlichen Scheidewände 7 gebildeten Kammern des Betriebszylinders zwischen der gemäß Fig. 1 oberen Scheidewand 7 und der Rückseite des Kolbens c, sowie zwischen der gemäß Fig. 1 unteren Scheidewand 7 und der Rückseite des Kolbens a.
  • Schritt 3: Durch die betreffenden Nocken wurden die Scheidewände 7 kurzzeitig in ihr Gehäuse 6 zurückgezogen, und unmittelbar nach dem Durchgang der Kolben b und d gelangen die Scheidewände 7 wieder in ihre Stellung im Zylinder, und zwar unter der Wirkung der Federn 7a, so daß der Betriebszylinder wieder in Kammern unterteilt ist. Gleichzeitig beginnt die zweite Ansaugphase, da die Einlaßventile 9 noch geöffnet sind. Die Kolben b und d haben jetzt zwei Aufgaben. An ihrer Vorderseite sollen sie das zuvor von den Kolben a und c angesaugte Gemisch verdichten, und an ihrer Rückseite bewirken sie gleichzeitig die zweite Ansaugphase.
  • Schritt 4: Inzwischen wurden die Scheidewände 7 durch entsprechende Nockenwirkung kurzzeitig zurückgezogen, um den Durchgang der Kolben a und c zu ermöglichen, jedoch treten sie unmittelbar danach wieder in den Zylinderraum ein. Die Kolben b und d verdichten nunmehr das zwischen der betreffenden Scheidewand 7 und der Vorderseite des Kolbens b bzw. d eingeschlossene Gemisch so stark, daß die Druckventile 5a öffnen, wodurch das komprimierte Gemisch in die Verdichtungskammern 5 gelangt. Gleichzeitig bewirken, wie aus der Einzelansicht 4 ersichtlich, die Rückseiten der Kolben a und c die dritte Ansaugphase.
  • Schritt 5: Der Nockenantrieb öffnet wiederum die Scheidewände 7 kurzzeitig, um die Kolben b und d hindurchtreten zu lassen. Unmittelbar nach dem Durchgang der Kolben b und d gelangen die Scheidewände 7 wieder in ihre Stellung im Zylinderraum. Unmittelbar danach werden die Steuerventile 5b der Verdichtungskammern 5 geöffnet. Das zuvor verdichtete Gemisch gelangt in den Raum zwischen der Rückseite der Kolben b und d und der betreffenden Scheidewand 7. Sofort danach erfolgt über die Zündkerzen 11 die Zündung und die Verbrennung des Gemisches. Die dabei entstehenden Strömungsgeschwindigkeiten (Transportgeschwindigkeiten) erhöhen die Verbrennungsgeschwindigkeit wesentlich und tragen somit zu einer kurzen Verbrennungsdauer und geringer Klopfneigung bei. Der durch die Explosion bzw. Verbrennung entstehende hohe Gasdruck treibt die Kolben d und b vorwärts, wobei gleichzeitig durch den Nockenantrieb die Einlaßventile 9 geschlossen werden.
  • Schritt 6: Nunmehr wird auf der Vorderseite der Kolben a und c das im Zylinderraum befindliche Kraftstoffgemisch verdichtet, und es wiederholen sich die Vorgänge wie beim Schritt 5, und es kommt zur zweiten Explosion bzw. Verbrennung. Zu derselben Zeit bewirken die Vorderseiten der Kolben d und b die Verdichtung des Kraftstoffes aus der dritten Ansaugphase. Die Abgase der ersten Explosionsphase befinden sich in den Räumen zwischen den Rückseiten der Kolben b und d und den Vorderseiten der Kolben a und c, wie dies aus der Einzelansicht 6 ersichtlich ist.
  • Schritt 7: Kurz vor Beginn der dritten Explosionsphase öffnen die Auslaßventile 10, damit die Abgabe aus der ersten Explosionsphase ausströmen können. Die Vorderseiten der Kolben a und c bewirken dabei ein Ausschieben der Verbrennungsgase. Dann werden die Scheidewände 7 wieder kurzzeitig zurückgezogen, so daß die betreffenden Kolben a und c hindurchgehen können. Nach der Rückkehr der Scheidewände 7 in ihre Stellung im Zylinderraum findet die dritte Explosionsphase statt. Durch Weiterbewegung der Kolben werden nunmehr die Abgase aus der zweiten Explosionsphase aus dem Betriebszylinder ausgelassen, wobei sie durch die Vorderseiten der Kolben d und b ausgeschoben werden.
  • Schritt 8: Die Vorderseiten schieben nunmehr die Abgase aus der dritten Explosionsphase aus, nachdem durch kurzzeitiges Zurückziehen der Scheidewände 7 die Kolben b und d sich durch diese Stelle hindurchbewegen konnten. Nach dem Ausschieben der Abgase werden die Scheidewände 7 wiederum kurzzeitig zurückgezogen, um die Kolben a und c hindurchgehen zu lassen. Durch das nachfolgende Bewegen der Scheidewände 7 in ihre Stellung im Zylinderraum und durch das öffnen der Einlaßventile 9 wird der zweite Betriebszyklus eingeleitet, wobei selbstverständlich zuvor die Auslaßventile 11 geschlossen wurden.
  • Durch einen Motor gemäß der Erfindung werden im wesentlichen folgende Vorteile erzielt:
    • Es wird achtfaches Drehmoment pro Viertakt-Betriebszyklus erhalten gegenüber dem Drehmoment, welches bei üblichen Hubkolbenmotoren erzielt wird. Gegenüber üblichen Rotationskolbenmotoren wird ein vierfaches Drehmoment pro Viertakt-Betriebszyklus erreicht.
  • Als Folge der symmetrischen Kolbenanordnung mit direktem Antrieb der Welle durch optimale Gleichförmigkeit erhalten. Weitere Vorteile bestehen im Wegfäll der Kurbelwelle, der Pleuel usw. und des Zylinderkopfes, in einer Verringerung des Kraftstoffverbrauches, in einer Verringerung der Baukosten, in einer Verkleinerung des Raumbedarfes, in einer Verringerung der Umwelbelastung, in einer Vereinfachung des Aufwandes für Wartung und Instandsetzung, und in einer Verlängerung der Lebensdauer des Motors.
  • Der Motor gemäß der Erfindung kann auf allen Gebieten eingesetzt werden, auf denen herkömmliche Verbrennungsmotoren eingesetzt sind.
  • Obwohl die Steuerung der Scheidewände 7 und der verschiedenen Ventile mittels Nocken und Federn beschrieben ist, kann die Steuerung auch elektromechanisch oder pneumatisch ausgeführt werden, wobei dann durch ein verwendbares elektronisches Steuer- und Regelsystem die Betriebssicherheit weiter erhöht wird. Außerdem ergibt sich eine weitere Einsparung an mechanischen Bauteilen, was wiederum zur Kostenverringerung und zur Erhöhung der Lebensdauer beiträgt.
  • Fig. 4 zeigt in vergrößertem Maßstab gewisse Einzelheiten der Ausführung der Kolbenträgerscheibe 3, wobei einer der Kolben, nämlich der Kolben a, dargestellt ist. Es ist hier zu verstehen, daß der Kolben a für sich in nochmals vergrößertem Maßstab dargestellt ist, insbesondere soweit es seine Erstreckung in Umfangsrichtung der Trägerscheibe 3 betrifft. In der Praxis entspricht die Länge des Kolbens a in Umfangsrichtung derjenigen Länge oder Abmessung, die in Fig. 1a dargestellt ist. Der vergrößerte Maßstab für die Darstellung des Kolbens a wurde gewählt, um die Dichtungsmittel deutlicher zeigen zu können, mit denen eine Abdichtung zwischen dem Kolben a und der Innenfläche des Zylinderraumes hervorgerufen wird.
  • Wie ersichtlich, weist die Abdichtung einen vorzugsweise kontinuierlichen Dichtungsstreifen 12 auf, der in einer kontinuierlichen schraubenlinienförmigen Nut angeordnet ist, die in der Außenfläche des Kolbens a gebildet ist. Der Dichtungsstreifen 12 besteht beispielsweise aus Metall, vorzugsweise aus Stahl.
  • Wie weiterhin aus Fig.2 ersichtlich, sind die Scheidewandgehäuse 6 in einer zweckentsprechenden Ausnehmung der Zylinderblockhälften 1a,1b angeordnet bzw. eingesetzt. Falls erforderlich, kann eine zweckentsprechende Dichtungseinrichtung verwendet werden, um eine Abdichtung zwischen der Außenfläche des Gehäuses 6 und den gegenüberliegenden Flächen der Ausnehmung zu schaffen, die in den Zylinderblockhälften la, 1b gebildet ist.
  • Weiterhin ist festzustellen, daß für die Scheidewände 7 eine abgewandelte, nicht dargestellte Ausführungsform verwendet werden kann, bei welcher jede Scheidewand 7 aus zwei getrennten Halbscheiben gebildet ist. Jede Halbscheibe ist dann in einem seitlich des Zylinders angeordneten Gehäuse aufgenommen, wobei dann die beiden Gehäuse der beiden Halbscheiben sich gegenüberliegen. Die Ausführung ist dann so getroffen, daß beide Halbscheiben gleichzeitig entweder in eine Stellung in dem Zylinder oder in eine Stellung außerhalb des Zylinders und in dem betreffenden Gehäuse bewegt werden. Bei dieser Ausführungsform berühren sich die freien Kanten der beiden Halbscheiben in ihrer Stellung im Zylinder. Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Strecke, über welche jede Halbscheibe sich bei Betätigung bewegen muß, nur halb so groß wie die Strecke ist, über welche sich die einheitliche Scheidewand 7 bei Betätigung bewegen muß.
  • Weiterhin ist zu verstehen, daß, wie insbesondere aus Fig. 1b ersichtlich, jede Zylinderblockhälfte 1a, 1b die Hälfte eines Gehäuses umfaßt, durch welches die Abtriebswelle 4 hindurchgeht und welches mit Schmieröl gefüllt ist. Obwohl nicht dargestellt, wird es hierbei bevorzugt, daß die Kolbenträgerscheibe 3 in ihrem Bereich, der in dem ölgehäuse liegt, einige durchgehende Löcher aufweist, durch welche eine gewisse Zirkulation des öles hervorgerufen wird. Wie weiterhin aus Fig. 1b ersichtlich, ist die Nockeneinrichtung auf der Abtriebswelle 4 ebenfalls innerhalb des ölgefüllten Gehäuses angeordnet.
  • Wie insbesondere aus der Zeichnung ersichtlich, hat der Ringformzylinder die Gestalt eines Kreistoroids, was bedeutet, daß der Innenraum des Zylinders kreisförmigen Querschnitt hat. Demgemäß haben die Kolben a, b, c, d ebenfalls kreisförmigen Querschnitt.
  • Obwohl die Erfindung vorstehend anhand eines Benzinmotors beschrieben wurde, ist zu verstehen, daß ein Motor gemäß der Erfindung auch nach dem Diesel-Prinzip arbeiten kann. Es ist dann lediglich erforderlich, die Zündkerzen 11 durch Einspritzventile zu ersetzen.

Claims (13)

1. Innenverbrennungs-Satellitmotor,
gekennzeichnet durch
einen Ringformzylinder (1a, 1b),
eine Mehrzahl von Kolben (a, b, c, d), die relativ zueinander fest angeordnet und als eine Einheit bewegbar
sind, um auf einer kreisförmigen Bahn in dem Ringformzylinder umzulaufen,
eine Abtriebswelle (4), die zur Achse des Ringformzylinders gleichachsig verläuft und mit den Kolben starr verbunden ist,
eine Mehrzahl von rund um den Ringformzylinder angeordneten Einlaßventilen (9), Auslaßventilen (10) und Zündmitteln (11),
wenigstens zwei Scheidewände (7), die sich im wesentlichen radial einwärts und radial auswärts bewegen können, um
den Innenraum des Ringformzylinders in wenigstens zwei Räume zu unterteilen,
eine Einrichtung zum Zurückziehen der Scheidewände, um
den Durchgang eines Kolbens zu ermöglichen, und zum unmittelbar danach erfolgenden Bewegen in den Zylinderraum hinein, und durch
eine in der Außenwand des Ringformzylinders im Bereich jeder Scheidewand (7) vorgesehene Verdichtungskammer (5), die mit Bezug auf die Bewegungsrichtung der Kolben stromauf der Stelle der Anordnung der Scheidewand ein selbstöffnendes Druckventil (5a) und stromab der Stelle der Anordnung der Scheidewand ein Steuerventil (5b) aufweist.
2. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Bewegung
der Scheidewände (7) durch Mittel bewirkt wird, die mit
der mittleren Abtriebswelle (4) mechanisch verbunden sind.
3. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (4) eine Mehrzahl von Nocken trägt, die wirksam sind, die Scheidewände (7) bei Drehung der Abtriebswelle und Umlauf der Kolben periodisch aus dem Zylinderraum zurückzuziehen, und daß Rückführfedern (7a) vorgesehen sind, um die Scheidewände in den Zylinderraum zurückzubewegen.
4. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß zwei Scheidewände (7) an diametral gegenüberliegenden Stellen des Zylinderraumes vorgesehen sind, und daß im Bereich jeder Scheidewand ein Einlaßventil (9), ein Auslaßventil (10) und eine Zündkerze (11) vorgesehen ist.
5. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jede bewegbare Scheidewand (7) in einem Gehäuse (6) aufnehmbar ist, welches an dem Ringformzylinder befestigt ist.
6. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere jedes Scheidewandgehäuses (6) mit einem Sammelbehälter (8) verbunden ist, der seinerseits über ein Steuerventil (Einwegventil 8a) mit einem Einlaßventil (9) verbindbar ist.
7. Innenverbrennungs-Satellitmbtor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß während eines kompletten Betriebszyklus im genannten Ringformzylinder sechs Ansaugphasen ablaufen.
8. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß während eines kompletten Betriebszyklus im genannten Ringformzylinder sechs Verdichtungsphasen ablaufen.
9. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß während eines kompletten Betriebszyklus im genannten Ringformzylinder sechs Explosionsohasen ablaufen.
10. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, .
dadurch gekennzeichnet, daß während eines kompletten Betriebszyklus im genannten Ringformzylinder sechs Ausstoßphasen ablaufen.
11. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtigkeit des Ringformzylinderblocks gewährleistet ist durch einen Dichtring (e) zwischen den beiden Zylinderblockhälften radial außen und weiteren Dichtringen (e) zwischen den zur Mittelachse verlaufenden Teilen des Zylinderblocks und der Kolbenträgerscheibe (3).
12. Innenverbrennungs-Satellitmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung der Kolben im Zylinder jeder Kolben in seiner Außenfläche eine schraubenlinienförmige Nut aufweist, in der ein Streifen aus Dichtungsmaterial angeordnet ist (Fig. 4).
13. Innenverbrennungs-Satellitmotor,
gekennzeichnet durch
einen Ringformzylinder (1a, 1b),
eine Mehrzahl von Kolben (a, b, c, d), die relativ zueinander fest angeordnet und als eine Einheit bewegbar sind, um auf einer kreisförmigen Bahn in dem Ringformzylinder umzulaufen,
eine Abtriebswelle (4), die zur Achse des Ringformzylinders gleichachsig verläuft und mit den Kolben starr verbunden ist,
eine Mehrzahl von rund um den Ringformzylinder angeordneten Einlaßventilen (9), Auslaßventilen (10) und Düsen zum Einspritzen von Dieselkraftstoff,
wenigstens zwei Scheidewände (7), die sich im wesentlichen radial einwärts und radial auswärts bewegen können, um den Innenraum des Ringformzylinders in wenigstens zwei Räume zu unterteilen,
eine Einrichtung zum Zurückziehen der Scheidewände, um den Durchgang eines Kolbens zu ermöglichen, und zum unmittelbar danach erfolgenden Bewegen in den Zylinderraum hinein, und durch
eine in der Außenwand des Ringformzylinders im Bereich jeder Scheidewand (7) vorgesehene Verdichtungskammer (5), die mit Bezug auf die Bewegungsrichtung der Kolben stromauf der Stelle der Anordnung der Scheidewand ein selbstöffnendes Druckventil (5a) und stromab der Stelle der Anordnung der Scheidewand ein Steuerventil (5b) aufweist.
EP84115354A 1983-06-14 1984-12-13 Rotationskolben-Brennkraftmaschine Withdrawn EP0187165A1 (de)

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