DE3409276A1

DE3409276A1 - Ringkammermotor

Info

Publication number: DE3409276A1
Application number: DE19843409276
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 8000 München Schöttner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1984-08-16

Description

Beschreibung:

Ringkammermotor

Die Erfindung gehört zur Gattung der Verbrennungskraftmaschinen, die den Zweck erfüllen, durch Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung ein Drehmoment für den Antrieb von Arbeitsmaschinen bereitzustellen.

Verbrennungskraftmaschinen werden heute fast ausschließlich in mobile Geräte und Maschinen installiert, wo es darum geht, unabhängig von stationären Energiequellen (z.B. elektrischer Strom) zu sein. Die am meisten verbreitete Verbrennungskraft- . maschine ist zweifellos der Hubkolbenmotor, der als Zwei- und Viertaktmaschine zahllose Varianten bezüglich der Zylinderanordnung kennt, ob er nun als Selbst- oder Fremdzünder arbeitet. Hubkolbenmotoren werden in einer Spannweite mit Leistungen von unter einem Kilowatt bis zu Großmotoren von mehreren 1000 KW und ko Zylindern gebaut.

Der Hubkolbenmotor hat heute ein sehr hohes Entwicklungsniveau erreicht, das natürlich auch den Bauaufwand erheblich erhöht, was für Motoren mit höherer Leistung durchaus gerechtfertigt ist. Bei Maschinen mit kleiner bis mittlerer Leistung ist der Hubkolbenmotor, gemessen an Nutzen und Aufwand, nicht unbestritten die beste technische Lösung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen bestimmten Hubraumbereich von etwa 200-2000 ecm , eine alternative Konstruktion zum Hubkolbenmotor anzubieten, die insbesondere einfach und kompakt im Aufbau ist.

Die gestellte Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Kreisringkammer mit rechteckigem Querschnitt

vier Arbeitsräume dadurch gebildet werden, daß vier Arbeitselemente (Kolben) von der geometrischen Grundform eines Kreisringsektors mit einem Öffnungswinkel von ca. ^5 paarweise gegenläufig drehbar um eine gemeinsame Mittelachse angeordnet sind.

Die weitere Ausgestaltung der Erfindung bzw. die Einzelheiten im Aufbau sowie das Zusammenwirken der unterschiedlichen Motorteile ist in den Patentansprüchen 2 bis 10 näher dargelegt.

Durch den sehr kompakten Aufbau des Ringkammermotors bietet sich dieser besonders da an, wo nur ein begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht. Die Einzelteile dieses Motors weisen fast ausnahmslos eine relativ einfache Gestalt auf, wodurch mit einer kostengünstigen Fertigung zu rechnen ist. Desweiteren bietet diese Motorenkonzeption den Vorteil geringer inneren Reibung und somit einen guten mechanischen Wirkungsgrad, da die Arbeitselemente (Kolben)durch Lagerung geführt werden und sich nicht an den Brennraumwänden abstützen. Wegen der gegenläufigen Kolben mit jeweils halbkugelförmiger Mulde läßt sich ferner eine gute Verwirbelung des Gemisches und damit eine günstige Verbrennung erzielen. Bezüglich des Ladungswechsels ergibt der Steuerring, neben einem geringen Bauaufwand, vor allem den Vorteil eines sehr guten Füllungsgrades, da während des gesamten Saugvorgangs der Einlaß maximal geöffnet ist. Negative Einflüsse durch Überschneidung der Ventilöffnungskurven, wie man sie beim Hubkolbenmotor kennt, gibt es bei dieser Konzeption nicht.

Eine mögliche Ausführung der Erfindung ist in den Zeichnungen (Fig. 1 bis 3) dargestellt und wird im folgenden Text näher erläutert.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den geöffneten Motor, wobei drei Funktionsebenen erkennbar sind. Zum Ersten die

Ringkammer mit Steuerring, zum Zweiten der Kurbeltrieb mit zwei Pleuel zur Übertragung der oszillierenden Drehbewegung der beiden Kolbenpaare in je eine permanente Drehbewegung und schließlich der Zahnradtrieb, der die Drehmomente der beiden Kurbelwellen auf eine Abtriebswelle überträgt.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt der Kreisringkammer. Es sind die beiden Kolbenpaare zu sehen, die durch ihr Zusammenwirken nahezu kugelförmige Brennräume bilden. Ferner ist der Auslaßschlitz des Steuerrings zu erkennen, sowie die vier Auslaßöffnungen im Motorgehäuse.

Figur 3 zeigt die Ebene des Kurbeltriebs sowie die des Zahnradtriebs von Figur 1 in anderer Darstellung. Es ist deutlich zu sehen, daß die Wange einer Kurbelwelle für den Antrieb des Steuerrings als Zahnrad mit Massenausgleich ausgebildet ist.

In einer Kreisringkammer werden mit Hilfe zweier gegenläufig drehender Kolbenpaare (1,2) vier Arbeitsräume (3»^»5,6) gebildet, in denen die Arbeitstakte Ansaugen, Verdichten, Zünden und Ausstoßen abwechselnd realisiert werden. Wie in Figur 2 gezeichnet, läuft im Arbeitsraum 3 gerade die Zündphase ab. Im Arbeitsraum k ist zu diesem Zeitpunkt das Ansaugen beendet; es beginnt das Verdichten des Gemisches. Aus dem Arbeitsraum sind die Abgase ausgeschoben; hier beginnt der Ansaugtakt. Nach der Verbrennung bzw. der Expansion steht im Arbeitsraum das Ausstoßen des verbrauchten Gemisches bevor. Man kann das in Figur 2 auch daran erkennen, daß der Steuerring (23) beginnt, die Auslaßöffnung dieses Arbeitsraums freizugeben.

Durch die Verbrennung z.B. im Arbeitsraum 3, werden die Kolbenpaare (1,2), die jeweils fest mit einem der Ringe (7 oder 8) verbunden sind, in eine gegenläufige Drehbewegung versetzt. Jeder der beiden Ringe (7,8) ist mit einem Kurbelzapfenring (12,13) drehfest verbunden, womit die erzeugten Drehmomente

über je ein Pleuel" (l4,15) auf die Kurbelwellen (l6,17) übertragen werden. Die Exzentrizität der Kurbelwellen wird durch die Totpunkte der Arbeitselemente (1,2) bestimmt (siehe Figur 3). Die Pleuel können aus einem Stück gefertigt sein, da sowohl die Zapfen der Ringe (12,13) als_auch die der Kurbelwellen (l6,17) frei zugänglich sind.

Von den beiden Kurbelwellen werden die erzeugten Drehmomente mit Hilfe der Zahnräder (18,19) auf ein weiteres Zahnrad (22) übertragen, das drehfest mit der Abtriebswelle (20) verbunden ist. Es entsteht so eine permanente Drehbewegung, die für den Antrieb von Arbeitsmaschinen nutzbar ist. Der Zahnradtrieb gewährleistet außerdem, daß die Kurbelwellen (l6,17) mit synchroner Drehung laufen. So wird sichergestellt, daß alle vier Arbeitselemente (Kolben) gleichzeitig einen ihrer beiden Endbzw. Totpunkte erreichen, was für einen funktionssicheren Motorlauf notwendig ist. _

Der Ladungswechsel wird erfindungsgemäß von einem Steuerring (23) organisiert, der einen Innenzahnkranz trägt und von einer als Zahnrad ausgebildeten Kurbelwellenwange (2k) angetrieben wird (siehe Figur 1). Der Steuerring rotiert mit halber Kurbelwellendrehzahl; er ist im Gehäuse (25) gleitgelagert. Die Steuerschlitze haben ein Bogenmaß vonTT/2, wodurch gewährleistet ist, daß während der gesamten Dauer der Arbeitstakte Ansaugen und Ausstoßen der Einlaß bzw. der Auslaß voll geöffnet bleibt (siehe Figur 2).

Zum besseren Abtransport der Prozeßwärme ist in den axialen Gehäusedeckel (10) ein Kühlkanal (11) integriert. Die innenliegende axiale Ringkammerwand (21) ist für diesen Zweck mit Kühlrippen versehen. Um eine gute Steifigkeit der Gesamtanordnung zu erzielen, sind auch die beiden Gehäusehälften (25) mit Verrippungen überzogen.

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Claims

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Patentansprüche:

1.1 Verbrennungskraftmaschine zur Erzeugung einer kontinuierlichen Drehbewegung mit der technischen Bezeichnung Ringkammermotor. Die nach dem Viertakt-Verfahren arbeitende Maschine ist dadurch gekennzeichnet, daß in einer Kreis- ~" ringkammer mit rechteckigem Querschnitt vier Arbeitsräume (3i^»5t6) dadurch gebildet werden, daß vier Kolben (1,2) von der geometrischen Grundform eines Kreisringsektors ■'mit- .einem .Öffnungswinkel von etwa ^5 paarweise gegenläufig drehbar K*je zwei gegenüberliegende Kolben haben eine"^:'geme*ihsame Drehrichtung) um eine gemeinsame Mittelachse (9) angeordnet sind.

2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn- · zeichnet, daß vier Kolben (1,2) paarweise in einem Winkel- * abstand von I8o° fest auf zwei gegenläufig drehbar gelagerten Ringen (7»8) sitzen, die drehbar auf einer Mittel- ^; achse (9) angeordnet sind und gleichzeitig die innere Wand

der Kreisringkammer bilden. ϊ

3. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abdeckung (10) des Motors starr mit der tragenden Mittelachse (9) verbunden ist und gleichzeitig eine axiale sowie die äussere radiale Wand der Ringkammer bildet, wobei die Abdeckung (10) zur Verbesserung des Prozeßwärmetransports mit einem Kühlmittelkanal (li) oder Kühlrippen versehen ist.

k. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (7i8), die die Kolbenpaare (1,2) tragen, drehfest mit je einem Ring (12,13) verschraubt oder anderweitig verbunden werden, wobei die Ringe (12,13) jeweils mit einem Kurbelzapfen versehen sind.

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5« Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die oszillierende gegenläufige
Drehbewegung der KOlbenpaare (1,2) mit Hilfe zweier kurzer Pleuel (1^,15) von den Kurbelzapfenringen (12,13) auf zwei Kurbelwellen (l6,17) übertragen wird, die in einem bestimmten Abstand gelagert sind.

6. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelwellen (l6,17) nur eine Wange aufweisen und jeweils drehfest mit einem Zahnrad (l8,19) verbunden sind, mit dem das erzeugte Drehmoment auf ein weiteres Zahnrad (22) übertragen wird, das drehfest auf einer bezüglich des Motorgelmuses mittig gelagerten Abtriebswelle (20) sitzt.

7. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegende axiale Wand (21) der Ringkammer aus Gründen der Wärmeentsorgung Kühlrippen
trägt und mit der Motorabdeckung (10) verschraubt oder anderweitig verbunden ist.

8. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß den Ladungswechsel ein Steuerring (23) mit Innenzahnkranz bewerkstelligt, der von einer als
Zahnrad ausgebildeten Kurbelwellenwange (24) angetrieben
wird, wobei die Drehzahl des Steuerrings halb so groß ist
wie die einer Kurbelwelle; der Steuerring ist radikal und
axial im Motorgehäuse gelagert.

9. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerring (23) zwei Steuerschlitze mit einem Bogenmaß von jeweilsΤΓ/2 aufweist, die
in axialer und radialer Richtung hintereinander liegen.

10. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 9i dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselemente (1,2) bzw. Kolben so ausgebildet sind, daß im Zusammenwirken zweier Kolben ein nahezu kugelförmiger Brennraum entsteht.

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