Drehkolben-Verbrennungsmotor mit drei Kolben und mit exzentrisch arbeitendem, mit drei radialgleitenden Schaufeln versehenen Läufer

Abstract

 Die Erfindung besteht aus einem Viertakt-Drehkolbenmotor mit einem inneren, mit drei oder mehr als drei radialgleitenden schaufeln (4) versehenem, exzentrisch arbeitendem Läufer (3). Hiermit wird ein einwandfreier Massenausgleich und ein positiver Hub von uber 180° erzielt und es tritt keinerlei Setzungsbeanspruchung auf.
Eine Brennstoffersparnis von 25 bis 35% im Vergleich zu den herkömmlichen Kolbenmotoren wird erzielt. Die Gase werden beinahe 100%ig verbrannt, sodass sie ohne jeglichen Druck aus dem Auspuffrohr heraustreten.
Somit wird eine starke Verringerung der Umweltverschmutzung gewährleistet, wobei ebenfalls akustische störungen praktische beseitig werden (Fig. 1)

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, insbesondere auf Drehkolbenmotoren, bei denen ein zweckmässig profilierter, um eine zu dem Mantel ex= zentrisch angeordneten Axialwelle arbeitender Läu = fer mit den Innenwänden des Mantels voneinander ge= trennte, ihr Volumen wechselnde Kammern bildet, wo= bei die nacheinanderfolgende Arbeitshube, nämlich der Einlasshub eines Brennstoffes, der Verdichtungs= hub desselben auf vorbestimmte Werte, der Zundungs = hub (bzw. der Selbstzundungshub) des verdichteten Brennstoffes, der durch beliebige Mittel erfolgt und bei dessen Expansion Energie geliefert wird, und schliesslich der Auslasshub der Auspuffgase in den genannten Kammern stattfinden und wobei derartige Arbeitshube im Wesentlichen denselben Arbeitspro = zess herkömmlicher Kolbenmotoren darstellen.

[0002] Vorliegende Erfindung betrifft einen Drehkolben-Ver brennungsmotor der eingangs erwähnten Gattung, bei dem sämtliche bewegliche Teile ausschliesslich in Kreisbewegung gesetzt werden, sodass keinerlei sonsti= ge Setzungsbeanspruchungen auftreten und ein einwand = freier Massenausgleich gewährleistet ist.

[0003] Der erfindungsgemässe Drehkolbenmotor besteht hauptsäch lich aus mindestens einem mit in beiden Drehrichtungen radialgleitbaren Schaufeln exzentrisch arbeitendem Läu fer, welcher mit dem Innenwänden des Mantels volumen= wechselnde Kammern bildet, wobei nach jeder zweiten Um drehung des Läufers die Arbeitshube des Kreisprozesses, nämlich der Einlasshub, der Verdichtungshub, der Zün = dungs- bzw. Expansionshub und der Auslasshub eines Brennstoffes in den genannten volumenwechselnden Kam= mern nacheinander erfolgen und wobei der Einlass- und Auslasshub mit Hilfe von entsprechenden Ventilmitteln erfolgen, wahrend die Zündung des Brennstoffes durch zweckentsprechende Mittel, bzw. spontan bewirkt wird.

[0004] Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung ist das nach aussen gewandte Ende der Schaufeln vorzugsweise halbkreisförmig ausgebildet. Auf die jeweiligen Schau feln sind abdichtende, hufeisenförmige Kolbenringe ge= spannt, welche das genannte Ende, sowie die Seitenflä= chen der Schaufeln abdecken.

[0005] Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der mit radialgleitenden Schaufeln versehene Läufer im Längsschnitt eine Polygonalform, vorzugsweise eine vierkantige Form mit kreisförmigen, konvexen Sei = ten auf, deren Krümmungsradius auf der entsprechen den Schnittebene vorzugsweise gleich dem Krummungs radius der Innenwände des Mantels ist, wobei zwi = schen den Läufersektoren (Seiten) radialverlaufen= de Ausnehmungen zur Aufnahme der genannten Schau = fein ausgeführt sind.

[0006] Die Gleitbewegung der Schaufeln in beiden Drehrich tungen wird durch in den inneren Zylinderkopfwän = den, zu diesen konzentrisch und zweckentsprechend ausgebildete Ringnuten geführt, in denen mit Wälz= lager versehene Bolzen eingreifen, die an den Zylin derkopfwänden zugewandten Enden der jeweiligen Schaufeln derart befestigt sind, dass die Schaufeln mit den genannten Innenwänden in ausreichend abdich tenden Kontakt gelangen, wobei ein übermässiger Druck vermieden wird, um Schmier- und Kühlungsscwie rigkeiten auszuschliessen, die durch eine zu starke Reibung verursacht würden und nicht einfacher Lbsung wären.

[0007] Der erfindungsgemässe Drehkolben-Verbrennungsmotor kann somit eine sehr hohe Tourenzahl erreichen, eine hohe Leistung gewährleisten und erfordert dabei ei= nen sehr geringen Raumbedarf.

[0008] Der erfindungsgemasse Motor findet also Anwendung sowohl bei Benzin- als auch bei Dieselmaschinen,vor allem im Kraftfahrzeugbau, aber auch im Schiffbau für Motoren sehr grosser Leistung.

[0009] Derartige Eigenschaften, sowie weitere Merkmale der Erfindung und die sich daraus ergebenden Vorteile werden aus nachstehender näheren Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles besser hervorgehen, welches als nicht einschränkende Ausführungsform an hand beigefügter Zeichnung angeführt ist. Es zeigen:

Figur ₁, einen Längsschnitt des erfindungsgemässen Drehkolbenmotors (Verbrennungsmotor mit Vergaser);

Figur 2, einen Querschnitt, in vergrössertem Mass= stab, eines Details des erfindungsgemässen Drehkolbenmotors, bei dem die Anordnung der Kolbenringe im Laufer gezeigt ist.

[0010] In Figur 1 wurde der Drehkolbenmotor (Verbrennungs= motor nach der Erfindung mit ₁ bezeichnet. Dieser besteht hauptsächlich aus einem Mantel 2 und aus einem in dessen Innerem angeordneten, exzentrisch arbeitenden Läufer 3 mit radialgleitenden Schaufeln 4. Der Läufer 3 ist durch einen im Wesentlichen fla chen, mit abgerundetem Umriss versehenen Körper 103 gebildet und weist im Längsschnitt eine vierkantige Form und bogenförmige konvexe Seiten auf. Zwischen diesen bogenförmigen, konvexen Seiten sind radial = verlaufende Ausnehmungen 5 zur Aufnahme der Schau = feln 4 ausgeführt.

[0011] Der Läufer 2 besteht aus zwei Zylinderkopfelementen ₁02 (Fig.2), die mittels der Umfangsflanschen 202 zusammengekoppelt und einwandfrei abgedichtet sind, wobei diese Umfangsflanschen in an sich bekannter Weise miteinander verbunden sind. Diese zusammen = gekoppelten Zylinderkopfelemente bilden eine innere Kammer 303, die im Querschnitt eine ähnliche, wenn auch breitere Form wie die des Läufers ₁03 aufweist, während sie im Längsschnitt kreisförmig ist.

[0012] Die Schaufeln 4 weisen an der dem Zylinderkopf zuge wanden Seiten Bolzen 104 auf, die jeweils mit einem Wälzlager 204 versehen sind und in Ringnuten 322 ein greifen, die in den Innenwänden der Zylinderkopfele= mente ₁02 ausgebildet sind. Die Schaufeln 4 können bei umdrehendem Läufer somit in die eine oder andere Drehrichtung gleiten, werden dabei durch die Ringnu= te 322 gefuhrt und bilden eine einwandfreie Abdichtung gegenüber den Zylinderkopfwänden 402 der Zylinderkopf elemente 102. Die Bolzen 104 üben dabei gegen die Zy linderkopfwände 402 keinen übermässigen Druck aus, da sonst bedingt durch eine hohe Reibung Kühlungs-und Schmierprobleme entstehen würden, die nicht einfach zu losen wären.

[0013] Auf die jeweiligen Schaufeln 4 sind ausserdem huf= eisenförmige Ringe 304 gespannt, die deren eines Ende und deren beide Seitenflächen abdecken.

[0014] Auf dem Mantel 2 sind das erste Einlassventil 6 und das zweite Einlassventil 7, sowie das erste Auslass ventil 8 und das zweite Auslassventil 9 angeordnet, welche zueinander um 90° versetzt angeordnet sind.

[0015] An einer etwa mittigen Stelle zwischen dem zweiten Auslassventil und dem ersten Einlassventil ist die Zündkerze ₁0 angebracht. Der Krümmungsradius der jeweiligen hohlen Seitenwände des Läuferkörpers ₁03 ist auf derselben Längsschnittebene im Wesentlichen gleich dem Krümmungsradius der Innenkammer 302 des Mantels 2, wobei der Läuferkörper ₁03 mit der Dreh= achse A in bezug auf den Mantel exzentrisch angeord net ist, sodass die genannten kreisförmigen Seiten= wände sich im Bereich der Zündkerze ₁0 den Zylinder kopfwänden 402 weitgehend annähern. An dieser Stel le weist der Läufer seinen geringsten, an der entge gengesetzten Stelle den grössten Abstand vom-Mantel 2 auf.

[0016] Bei umdrehenden Läufer 3 in Pfeilrichtung F ergibt sich dank eines geringes Spielraumes zwischen den Bolzen ₁04 und den Führungsnuten 322 ein abdichten der Kontakt zwischen den Schaufeln 4 und den Zylin derkopfwänden 402, wobei die Innenkammer 302 des Läufers in drei Kammern geteilt wird.

[0017] Der gesamte Arbeitszyklus des erfindungsgemässen Motors erfolgt in zwei nacheinanderfolgenden Umdreh ungen des Läufers und ist in vier Arbeitshube ge= teilt, nämlich: Einlasshub, Verdichtungshub, Zün= dungs- bzw. Expansionshub, Auslasshub eines Brenn= stoffgemisches.

[0018] Jeder Hub erfolgt also in der Zeit, die für den Läu= fer 3 erforderlich ist, um einen Winkelweg von 240° zurückzulegen. Da die einzelnen Kammern 312 sich aber einen Winkel von ₁20° erstrecken, muss offen= sichtlich jeder Hub wiederum in zwei Hube unter= teilt werden, was die Anwendung von zwei Einlass= ventilen 6,7 und zwei Auslassventilen 8,9 rechtfer tigt.

[0019] Die Wirkungsweise des erfindungsgemässen Motors 1 wird nun lediglich anhand einer einzigen Kammer 312 erläutert. Selbstverständlich wird der gesamte Kreisprozess in den anderen Kammern 3₁2 zu gleicher Zeit derart erfolgen, dass bei der ersten Umdrehung des Läufers 3 in jeder Kammer 3₁2 der Zündungs, bzw. Expansionshub erfolgt, wobei die zweite Umdrehung des Läufers aus Trägheit stattfindet.

[0020] Die genannte Reihenfolge der Arbeitshube beim Kreis prozess in den Kammern 3₁2 zu gleichen Zeiten kann selbstverständlich beliebig geändert werden.

[0021] Der Motor ₁ kann zwecks Beseitigung der Totzeiten auch mit zwei entgegengesetzten Laufern versehen werden, die in einem mit innerer Doppelkammer ver= sehenen Mantel angebracht werden.

[0022] Nach Überschreiten des Mantelbereiches, auf dem die Zündkerze ₁0 angeordnet ist, befindet sich die jewei lige Kammer in der Position A₁. Ihr Volumen nimmt somit zu und es kann deshalb durch das erste Einlass ventil 6 Brennstoffgemisch angesaugt werden. Bei weiterer Umdrehung in derselben Drehrichtung befin det sich dann die jeweilige Kammer 312 in der Posi tion A2; ihr Volumen nimmt weiterhin zu und durch das zweite Einlassventil 7 wird ebenfalls Brenn = stoffgemisch angesaugt. Bei den Positionen A3, A4 nimmt dagegen das Volumen der jeweiligen Kammer fortschreitend ab, sodass das Brennstoffgemisch bis zu einem maximalen Druckwert verdichtet wird, näm= lich etwa im Bereich der Zündkerze ₁0, die den Brenn stoff entzündet. Hier beginnt die zweite Umdrehung des Läufers, bei der der Kreisprozess des erfindungs gemässen Motors ₁ ergänzt wird. Die jeweilige Kam= mer 3₁2 gelangt anschliessend auf die Positionen A1, A2, bei denen die Expansion der Verbrennungsgase stattfindet und Energie geliefert wird. Schliess = lich gelangt die jeweilige Kammer auf die Positio = nen A3, A4, wobei die Verbrennungsgase durch die Auslassventile 8, 9 ausgestossen werden.

[0023] Der zweckmässig festangeordnete Mantel 2 ist selbst verständlich mit nicht dargestellten Kühlungs- und Schmiermitteln versehen, die in an sich bekannter Weise vorgesehen werden kennen.

[0024] Aus obiger Beschreibung geht offensichtlich hervor, dass die Erfindung nicht etwa auf die erläuterte Ausfuhrungsform beschränkt ist. Es können selbst= verständlich hauptsächlich konstruktive Änderungen vorgenommen werden. Die Anzahl der Schaufeln kann z.B. beliebig sein, sowie auch die der Expansions-und Auslassventile. Da die inneren Druckwerte sehr hoch liegen, kann der erfindungsgemässe Motor auch als Dieselmotor verwendet werden und eine beliebi= ge Anzahl Läufer in einem mit mehreren Kammern aus gestatteten Mantel aufweisen. Dabei bleibt das Er findungsprinzip unverändert.

Erzielte Vorteile

[0025] Durch den erfindungsgemässen Drehkolbenmotor, bei dem ein exzentrisch arbeitender Läufer drei Kolben und drei radialgleitende Schaufeln aufweist, wird zunächst eine hohe Leistung und gleichzeitig eine Brennstoffersparnis von 25 bis 35% bei einem positi ven Hub von über ₁80° erreicht. Der Motor ist ein= fach in der Herstellung, der Raumbedarf und das Ge= wicht sind sehr gering. Die Herstellungskosten be= tragen 1/3 der Herstellungskosten der herkömmlichen Kolbenmotoren.

[0026] Der erindungsgemässe Motor kann z.B. anstelle der herkömmlichen Motoren an Motorrädern, Kraftfahrzeu= gen, Flugzeugen, Booten, U-Booten angebracht werden, wobei u.a. eine starke Verringerung der Umweltver= schmutzung gewährleistet ist, da die Auspuffgase beinahe 100%ig verbrannt werden. Diese treten aus dem Auspuffrohr ohne jeglichen Druck aus, wobei e= benfalls akustische Störungen praktisch beseitig werden.

[0027] Die Ventilsteuerung kann auch wie bei den herkömmli chen Kolbenmotoren mittels einer Nockenwelle erfol= gen, oder sie kanns selbsteinstellend sein, wie ge= genwärtig bei Flugzeugmotoren üblich.

Ansprüche

₁. Drehkolben-Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er hauptsächlich aus mindestens einem mit in bei den Drehrichtungen radialgleitbaren Schaufeln (4) ex= zentrisch arbeitendem Läufer (3) besteht, welcher mit den Innenwänden des Mantels volumenwechselnde Kammern (3₁2) bildet, wobei nach jeder zweiten Umdrehung des Läufers (3) die Arbeitshube des Kreisprozesses, näm = lich der Einlasshub, der Verdichtungshub, der Zündungs-C bzw. Expansionshub und der Auslasshub eines Brennstof₌ fes in den genannten volumenwechselnden Kammern (3₁2) stattfinden und wobei der Einlass- und Auslasshub mit Hilfe von entsprechenden Ventilmitteln (6,7; 8,9) er= folgen, während die Zündung des Brennstoffes durch zweckentsprechende Mittel (₁0) bzw. spontan bewirkt wird.

2. Drehkolbenmotor nach Anspruch ₁, dadurch gekennzeich= net, dass die dem Mantel (2) zugewandten Enden der im 0 Läufer (3) eingebauten Schaufeln (4) vorzugsweise kreis förmig ausgebildet sind, wobei diese Enden, sowie die Seitenflächen der jeweiligen Schaufeln (4) mit darauf aufgespannten hufeisenförmigen Kolbenringen (304) ab= gedekct sind.

3. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen ₁ und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwand des Läufers (3) mindestens einen Kolbenring aufweist, dessen Profil dem des Läufers gleich ist und in einer zweckentspre= chenden Nut gelagert ist, wobei dieser Kolbenring den Läufer (3) mit dem Mantel (2) insbesondere auf solchen Bereichen des Läufers (3) abdichtet, die sich zwischen nebeieinanderliegenden Schaufeln (4) befinden.

4. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen ₁ und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mit radialverlaufenden Schau feln (4) versehene Läufer (3) im Längsschnitt eine 0 Polygonalform, vorzugsweise eine vierkantige Form mit kreisförmigen, konvexen Seiten aufweist, deren Krümmungsradius auf der entsprechenden Schnittebene vorzugsweise gleich dem Krummungsradius der Innenwän de des Läufers (3) ist, wobei zwischen den Läufersek= 5 toren radialverlaufende Ausnehmungen (5) zur Aufnahme der Schaufeln (4) ausgeführt sind.

5. Drehkolbenmotor nach den Ansprüchen ₁ bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung der Schaufeln (4) durch in den inneren Zylinderkopfwänden (₁02),zu diesen konzentrisch und zweckentsprechend ausgebil= dete Ringnuten (322) geführt sind, in denen mit Wälz lager (204) versehene Bolzen (₁04) eingreifen, die an den den Zylinderkopfwänden (₁02) zugewandten Enden 25 der jeweiligen Schaufeln (4) derart befestigt sind, dass die Schaufeln (4) mit den Innenwänden (₁02) in ausreichend abdichtenden Kontakt gelangen, wobei ein ubermässiger Druck vermieden wird, um Schmier- und Kühlungsschwierigkeiten auszuschliessen, die durch eine zu starke Reibung verursacht würden und nicht einfacher Lösung waren.

Zeichnung