DE4436196A1

DE4436196A1 - Verbrennungsmotor mit drehend bewegtem Abtriebselement

Info

Publication number: DE4436196A1
Application number: DE4436196A
Authority: DE
Inventors: Sandor Nagy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-09
Filing date: 1994-10-11
Publication date: 1995-11-16

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit drehend bewegtem Abtriebselement, wobei das Ab triebselement von einem Innenrad gebildet wird, das auf einer Welle befestigt ist, die in einem Motor gehäuse drehbar gelagert ist und daß am Innenrad mindestens drei radial bewegliche Zwischenwände an geordnet sind, die die Funktionskammern des Motors bilden.

Im Stand der Technik sind Verbrennungsmotoren, die nach dem Hubkolbenprinzip arbeiten, als Otto- und Dieselmotoren sowie Kreiskolbenmotoren nach dem Prinzip des Wankelmotors bekannt.

Bei Hubkolben führt der Arbeitskolben eine Linear bewegung aus, die über Pleuel und Kurbelscheibe in eine verwertbare Drehbewegung umgeformt wird. Wegen der linearen Kolbenbewegung weisen diese Motoren den Nachteil auf, daß zur Umwandlung von Linear- in Drehbewegung hochbeanspruchte Kurbeltriebe notwen dig sind, die aufgrund der auftretenden Massenkräfte die Führungen und die Lagerungen stark belasten und deshalb verschleißanfällig sind. Als Hubkolbenmotoren werden meist Viertaktmotoren verwendet. Dabei ist nachteilig, daß zur Steuerung der Motorfunktion aufwendig herstellbare Nockenwel len und ständigen Verschleiß unterliegende Ventile benötigt werden.

Die bekannten Hubkolbenmotoren weisen weiterhin den Mangel einer meist unzureichenden Motorspülung nach der Arbeitsphase und einer unzureichenden Kraft stoff- bzw. Gemischfüllung zur Vorbereitung des Ar beitshubes auf.

Eine weitere im Stand der Technik bekannte Bauform des Verbrennungsmotors stellt der Kreiskolbenmotor dar, bei dem ein Kolben, der einen dreieckähnlichen Querschnitt aufweist, in einem besonders geformten Zylinder rotiert. Nachteilig ist hierbei, daß zur Herstellung aufwendige Fertigungsverfahren erfor derlich sind und die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder hohem Verschleiß unterliegt.

Nach DE-OS 33 01 364 ist ein Drehkolbenverbren nungsmotor bekannt, der einen um seine Schwerpunk tachse rotierenden Läufer, ein feststehendes Ge häuse und in dem Läufer verschiebbar gelagerte Schieber aufweist.

Dieser Motor weist zwar einen einfach aufgebauten und wirtschaftlich herstellbaren Aufbau auf, die gewählte Anordnung der Schieber ermöglicht jedoch nur eine unzureichende Abdichtung zwischen dem In nenrad und dem Gehäuse. Bei hoher Drehzahl vermag der Schieber der erforderlichen Wegänderung nicht schnell genug zu folgen, wodurch eine ordnungsge mäße Abdichtung in Frage gestellt wird. Außerdem ist nachteilig, daß bei hohen Drehzahlen durch die Zentrifugalkräfte der Schieber mit großer Kraft an die Gehäusewand gedrückt wird, wodurch starke Rei bungskräfte auftreten, die einen Bewegungswider stand und hohen Verschleiß verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verbrennungsmotor anzugeben, der einen hohen Wir kungsgrad ermöglicht und der eine exakte Kammerab dichtung sowohl bei niedrigen als auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe da durch, daß am Innenrad Führungsnuten angeordnet sind, in die an den Zwischenwänden angeordnete Stifte eingreifen.

Eine vorteilhafte Ausführung entsteht dadurch, daß die Gehäuseform annähern elliptischen Querschnitt aufweist.

Durch eine derartige Zwangsführung der Zwischen wände wird sowohl bei niedrigen wie bei hohen Dreh zahlen eine exakte Bewegung der Zwischenwände ge währleistet.

Eine zweckmäßige Ausführung des erfindungsgemäßen Motors sieht vor, daß in der Welle, im Innenrad und in den Zwischenwänden Bohrungen zur Führung eines Schmiermittels angebracht sind.

Dabei ist es möglich, daß in den im Innenrad ange brachten Führungselementen zur Führung des Schmier mittels Ventile angeordnet sind.

Ferner ist es möglich, daß am Innenrad Außenflächendichtungen angeordnet sind, die längs beweglich geführt sind und daß beidseits des Innen rades kreisförmige Seitenflächendichtungen angeord net sind, die in Dichtungsflächennuten geführt sind.

Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen axial angeordneten Motor dar, der ein feststehendes, vor zugsweise elliptisch geformtes Gehäuse besitzt, in dessen Inneren asymmetrisch angeordnet, ein auf ei ner Welle befestigtes, variabel gestaltbares Innen rad rotiert.

Das Innenrad, das sowohl rund ausgeführt sein kann, als auch andere Querschnittsformen aufweisen kann, besitzt am Umfang eine Anzahl Schlitze, in denen radial bewegliche Zwischenwände angeordnet sind, die je nach Drehstellung des Innenrades aus diesem herausragen und mit der Motorgehäuseinnenwand Kam mern bilden, deren Größe und Form sich bei der Dre hung des Innenrades verändert.

Die veränderlichen Gehäusekammern gewährleisten die Arbeitsweise des Motors, indem ihre Lage- und Größenveränderung die Arbeitstakte eines Verbren nungsmotors, wie Ansaugen, Verdichten, Zünden und Ausstoß des verbrannten Kraftstoff-Luft-Gemischs realisieren.

Die am Innenrad angebrachten Zwischenwände überneh men neben der Abdichtung der Kammern auch die Funk tion der Ventile herkömmlicher Motoren und steuern Kraftstoffansaugung und -ausstoß. Bei dem erfindungsgemäßen Motor werden Schmierung und Küh lung von innen ausgeführt. Die Motorinnenschmierung und -kühlung erfolgt durch feine Bohrungen in den Zwischenwänden. Dabei wird durch die Pumpbewegung der Zwischenwände, Schmierstoff und Kraftstoff- Luftgemisch regulierbar dem Innenraum des Motors zugeführt und dort an die Gehäusewand und die La gerwelle geführt. Diese Art der Schmierung und Küh lung erfordert gegenüber den im Stand der Technik bekannten Lösungen weniger Aufwand, ist kostengün stiger herstellbar und zeichnet sich durch hohe Funktionssicherheit aus. Sie ist sowohl bei dem er findungsgemäßen Motor als auch bei im Stand der Technik bekannten Hubkolbenmotoren anwendbar. Da das Schmiermittel teils verbrannt und teils wiedergewonnen wird, muß es nur ergänzt und nicht gewechselt werden.

Die Erfindung ermöglicht es, durch unterschiedliche Gehäuseinnenformen, variable Innenradgestaltung und unterschiedliche Zwischenwandanzahl die Eigenschaf ten des Axialmotors, wie Drehzahl und Wirkungsgrad dem Verwendungszweck anzupassen.

Der erfindungsgemäße Motor zeichnet sich dadurch aus, daß keine hin- und hergehendem Teile benötigt werden und demzufolge eine Drehbewegung mit einer geringen Eigenmasse erzeugt wird, wodurch ein ge ringer Kraftstoffbedarf besteht und hohe Beschleu nigungen erzielt werden können.

Der erfindungsgemäße Motor kann als Vergaser- oder Einspritzmotor ausgeführt werden. Er kann so ge staltet werden, daß bei einem Innenradumlauf ein oder mehrere Verbrennungszyklen ablaufen, indem mehrere Zündeinrichtungen angebracht werden und die Kammeranordnung mehrfach ausgebildet ist.

Besonders vorteilhaft ist, daß der erfindungsgemäße Motor bestehende Forderungen nach geringem Kraft stoffverbrauch erfüllt. Er zeichnet sich durch ein geringes Bauvolumens und ein geringes Gewicht der Gesamtanordnung aus. Dadurch können auch hohe Dreh zahlen und hohe höhere Leistungen realisiert wer den. Der verringerte Kraftstoffverbrauch gewährleistet eine geringe Umweltbelastung. Die Belastung kann durch Schmierung mit pflanzlichen Schmiermitteln noch weiter verringert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die zugehö rige Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung der erfindungs gemäßen Motoranordnung

Fig. 2 eine Ausführung mit kreisförmig ausge bildetem Innenrad mit Mehrfachzündung je Umlauf

Fig. 3 eine Gestaltungsform des Innenrades mit Ventilantrieb durch Zwischenwändeführung,

Fig. 4 ein Funktionsschema der Innenschmie rungs- und -kühlungsanordnung

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Zwischenwand und

Fig. 6 ein Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Schmiersystem an einem Hubkol benmotor.

In dem in Fig. 1 dargestelltem Beispiel befindet sich in einem elliptisch gestalteten Motorgehäuse 1 ein auf einer Welle 2 befestigtes, asymmetrisch an geordnetes Innenrad 3, in dessen radial eingearbei teten Gleitschlitzen 4 schieberähnliche Zwischen wände 5 gleiten. Die Zwischenwände 5 bilden mit der Gehäuseinnenwand 1 die Kammern die Motorarbeits phasen, nämlich die Ansaugkammern 6, Verdich tungskammern 7, Zündkammern 8 und die Ausstoßkam mern 9. Es ist auch möglich an den Abschnitten des Innenrades 3 Vertiefungen anzubringen.

An der Gehäuseperipherie erfolgt in den Zündkammern 8 die Gemischzündung durch die Zündkerze 10. Bei Einspritzmotoren wird der Kraftstoff über die Ein spritzdüse 11 in die Verdichtungskammern 7 inji ziert.

Die Füllung des Motors erfolgt ohne Ventile über einen oder mehrere Ansaugstutzen 12, während der Abgasausstoß über die Auspuffstutzen 13 erfolgt. Jede zwischen den Zwischenwänden 5 gebildete Kammer durchläuft die vier Arbeitstakte des Motors und be wirkt damit die Drehbewegung des Innenrades 3 auf der Welle 2.

In der Welle 2 sind Bohrungen angebracht, die mit Innenradschlitzen 4 verbunden sind. Durch die Radi albewegung der Zwischenwände wird ein Luft-Schmier stoff-Gemisch über die Welle 2 vom Schmiermittel tank angesaugt, das durch die infolge der Rotation des Innenrades 3 auftretenden Zentrifugalkraft ent lang der Zwischenwände 5 geführt und den Wänden des Motorgehäuses 1 zugeleitet wird. Es wird teilweise zurückgeführt. Das Schmierstoff-Luft-Gemisch dient gleichzeitig zur Schmierung und Kühlung.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemä ßen Motors in einer Ausführung mit mehreren Ar beitszyklen während einer Drehung des Innenrades 3. Die einzelnen Funktionsphasen der drei an der Peri pherie angeordneten Teilsysteme können sowohl par allel als auch zeitlich versetzt durch eine ent sprechende Steuerung ablaufen.

Die Füllung der Ansaugkammer 6 und die Entleerung der Abgaskammer 9 kann durch Anschluß eines Turbo ladersystems beschleunigt werden.

Fig. 3 erläutert eine Gestaltungsform des erfindungsgemäßen Motors, bei der die im Innenrad 3 in den Schlitzen 4 gleitend angeordneten Zwischen wände 5 über an ihnen angebrachte Führungsbolzen 14 und einer im Motorgehäuse 1 elliptisch ausgeformten Führungsnut 15 zwangsgeführt werden. Die Darstel lung zeigt gleichzeitig eine Möglichkeit der Füh rung der Zwischenwände 5 in den Schlitzen 4 des In nenrades 3 mittels einer Rollenführung 16.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Motors mit drehend bewegten An triebselement und mit einer kombinierten Kühlung und Motorschmierung.

In der Welle 2 und im Innenrad 3 sind die Schmierstoffbohrungen 17, ein Einlaßventil 18 und ein Auslaßventil 19 angeordnet, über das Schmier stoff-Luft-Gemisch aus einem Schmiermitteltank an gesaugt wird, das über die Zwischenwände- Schmierstoffbohrungen 20 den Gleitflächen in den Gleitschlitzen 4 und der Innenwand des Motorgehäu ses 1 zugeleitet wird. Der Antrieb des Schmiermit telkreislaufs erfolgt durch die Pumpbewegung der Zwischenwände 5 bei der Rotation des Innenrades (3).

Fig. 5 zeigt im Halbschnitt ein Gestaltungsbei spiel für die Anordnung einer Zwischenwand 5 im Ge häuse 1 mit einer Außenflächendichtung 21 und beid seits des Innenrades 3 angeordneten, in Dichtungs flächennuten 25 geführten, kreisförmig umlaufenden Seitenflächendichtungen 22. Beide Dichtungen dienen zur Abdichtung der Motorkammern 6 bis 9 gegeneinan der und gegenüber dem Motorgehäuse 1. Sie steuern gleichzeitig über die pufferförmigen Bolzen 23, die Steuerfedern 24 und die Zwischenwand- Schmierstoffbohrungen 20 den Schmiermittelkreis lauf. Die Außenflächendichtung 21 kann auf ver schiedene Weise im Innenrad 3 verankert sein. Bei spielsweise können an der Außenflächendichtung 21 Kolben angeordnet sein, in denen Bohrungen ange bracht sind, die es ermöglichen, daß das Schmier stoff-Luft-Gemisch beim Verdrängen durch den Kolben strömen kann. Weitere Ausführungsmöglichkeiten sind Führungselemente mit Kolben, die kegelförmige Auf sätze aufweisen und in denen Innenbohrungen ange bracht sind, sowie Führungselement mit Kolben, in die seitliche Nuten eingearbeitet sind. Es ist fer ner möglich, die Bewegung der Kolben durch Federn zu unterstützen.

Die Zwischenwände führen eine pulsierende Bewegung aus. Dabei verhindern die Führungselemente, die durch Federn nach oben gedrückt werden, ein seitli ches Verrutschen der Zwischenwände 5. Beim Heraus schieben der Zwischenwände 5 hemmt das einströmende Schmierstoff-Luft-Gemisch die Aufwärtsbewegung der Kolben. Dadurch wird die Bewegung der Zwischenwand etwas gedämpft, sie wirkt dabei der Zentri fugalkraft entgegen und verringert deren Wirkung. Führungselemente und Kolben wirken als pneumati sches System. Beim Hineinschieben der Zwischenwände wird durch Abwärtsbewegung der Kolben das Schmier stoff-Luft-Gemisch zu den Lagern der Welle gepreßt. Die seitliche Abdichtung erfolgt durch Seitenflä chendichtungen 22, an denen Zapfen angebracht sind, die in Aussparungen der Gehäusewände 1 eingreifen und die eine seitliche Bewegung der Seitenflä chendichtungen 22 gegenüber dem Innenrad 3 verhin dern. Damit wird auch verhindert, daß die Seitenflächendichtungen 22 durch die Wirkung von Zentrifugalkräften nach außen gedrückt werden. Fig. 6 erläutert die Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäße Schmiersystem an einem Hubkolben motor.

Bezugszeichenliste

1 Motorgehäuse
2 Welle
3 Innenrad
4 Gleitschlitz
5 Zwischenwand
6 Ansaugkammer
7 Kompressionskammer
8 Zündkammer
9 Ausstoßkammer
10 Zündkerze
11 Einspritzdüse bei Einspritzmotoren
12 Ansaugstutzen bei Vergasermotoren
13 Auspuffstutzen
14 Führungsbolzen
15 Führungsnut
16 Rollenführung
17 Schmierstoffbohrung
18 Einlaßventil
19 Auslaßventil
20 Zwischenwände-Schmierstoffbohrung
21 Außenflächendichtung
22 Seitenflächendichtung
23 pufferförmiger Bolzen
24 Steuerfeder
25 Dichtungsführungsnut
26 Schmierstofftank.

Claims

1. Verbrennungsmotor mit drehend bewegtem Abtriebselement, wobei das Abtriebselement von einem Innenrad (3) gebildet wird, das auf einer Welle (2) befestigt ist, die in einem Motorgehäuse (1) dreh bar gelagert ist und daß am Innenrad (3) mindestens drei radial bewegliche Zwischenwände (5) angeordnet sind, die die Funktionskammern des Motors bilden, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenrad (3) Füh rungsnuten angeordnet sind, in die an den Zwi schenwänden (5) angeordnete Stifte eingreifen.

2. Verbrennungsmotor nach, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuseform annähern elliptischen Quer schnitt aufweist.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß in der Welle (2), im In nenrad (3) und in den Zwischenwänden (5) Bohrungen zur Führung eines Schmiermittels und/oder Kühlmit tels angebracht sind.

4. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den im Innenrad (3) angebrachten Führungselementen zur Führung des Schmiermittels Ventile angeordnet sind.

5. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Innenrad (3) Außenflächendichtungen (21) angeordnet sind, die längsbeweglich geführt sind.

6. Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des Innen rades (3) kreisförmige Seitenflächendichtungen (22) angeordnet sind, die in Dichtungsflächennuten (25) geführt sind.