| FR2297323A1 | 1976-08-06 | |||
| US4539941A | 1985-09-10 | |||
| FR787880A | 1935-09-30 | |||
| US4240394A | 1980-12-23 | |||
| FR2297323A1 | 1976-08-06 | |||
| DE2019769A1 | 1970-11-12 |
| 1. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor mit einem zylinderähnlichem Brennraumgehäuse mit mindestens zwei sektorenformigen Brennräumen (1), mindestens einem um die Symmetrieachse (4) schwenkbar gelagerten Schwenkkolben (5), welcher durch die Schwenkbewegung gleichzeitig das Volumen von einem sektorenförmigen Brennraum (1) vergrößert und von einem Brennraum verkleinert, und einer Kurbelmechanik in einem Kurbelgehäuse (11), welche aus der Schwenkbewegung der Kolben (5) eine Rotation erzeugt, und mit Öffnungen im Zylindergehäuse zur Gaswechselsteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinlass und der Abgasausstoss als Schlitzsteuerung von sich überschneidenden Öffnungen geregelt wird, wobei um den Zylindermantel (2) mindestens zwei rotierbare Ringe (6) gelagert sind, so daß diese die Einlassöffnungen (20), bzw Auslassöffnungen (19) im Zylindermantel abdecken und abdichten, sich in jedem der Steuerringe (6) Öffnungen (21) befinden, welche bei einer Rotation der Steuerringe um das Brennraumgehäuse die Einlassund Auslassöffnungen (20/19) abwechselnd überschneiden und damit öffnen, die Einlassund Auslasssteuerringe von jeweils einem Gehäuse umgeben sind, und eines der Gehäuse (9) an die Versorgung mit Frischgas mündet und das andere Gehäuse (10) die Abgase sammelt und in den Auspuff leitet. |
| 2. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoffeinlass und der Abgasausstoss als Schlitzsteuerung von sich überschneidenden Offfiungen geregelt wird, wobei sich die Einlassund Auslassöffnungen in den Böden des Brennraumgehäuses befinden und an die Zylinderböden um die Symmetrieachse rotierbare Scheiben gelagert sind, so daß diese die Einlassöffnungen, bzw Auslassöffnungen abdecken und abdichten, sich in jeder Scheibe Schlitze befinden, welche bei einer Rotation der Steuerscheiben die Einlassund Auslassöffnungen abwechselnd überschneiden und damit öffnen, die Steuerscheibe der Einlassöfmungen von einem Gehäuse umgeben ist, welches an die Versorgung mit Frischgas mündet und die Steuerscheibe der Auslassöfmungen von einem Gehäuse umgeben ist, welches die Abgase sammelt und in den Auspuff leitet. |
| 3. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf den Steuerringen oder den Steuerscheiben ein Zahnkranz befindet und eine in die Gassammlergehäuse (9/10) führende Welle (8) mit einem Zahnrad (7) die Steuerringe oder Steuerscheiben antreibt. |
| 4. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (8) zum Antrieb der Steuerringe (6) oder Steuerscheiben eine Verlängerung einer Kurbelwelle im Kurbelgehäuse (11) ist. |
| 5. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der für den Einlass zuständige Steuerring (6) in Achsrichtung verschieben läßt von einer von einer Motorelektronik gesteuerten Stellmechanik (22) und daß sich die Position, Form und Größe der Einlassöfmungen (20) im Zylindermantel (2) in axialer Richtung verändert und damit eine Verschiebung des Einlassrings (6) eine Veränderung der Einlasssteuerzeit bewirkt, sowie eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht. |
| 6. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1,3,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gesamtbrennraumvolumen während des Betriebs permanent und schnell von Stellmotoren (27) der Motorelektronik verändern läßt, in Abhängigkeit von der geforderten Leistung und Drehzahl, indem das Brennraumvolumen von einer Mechanik oder Hydraulik in axialer Richtung eingegrenzt wird. |
| 7. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Zylinderböden (23) im Zylindermantel entlang den Brennraumtrennwänden (3) im Brennraumgehäuse in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, die Achse (4) aus einem Achskern und einem darüberliegenden Achsmantel gefertigt ist, sich der Achsmantel mit den daran befestigten Schwenkkolben (5) auf dem Achskern in Achsrichtung verschieben, nicht aber verdrehen läßt, der zweite Zylinderboden am Zylindermantel (2) drehbar gelagert ist und mit dem Achsmantel und den Schwenkkolben (5) mitschwenkt, sich der Achsmantel mit den Schwenkkolben durch den mitschwenkenden, aber in axialer Richtung fixierten Zylinderboden (26) schieben lassen, und eine Mechanik, Hydraulik oder Feder die Schwenkkolben (5) mit dem Achsmantel permanent bis zum Anschlag in die Zylindermitte zurückdrückt. |
| 8. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Zylinderböden (23) im Zylindermantel entlang den Trennwänden (3) im Brennraumgehäuse in axialer Richtung verschiebbar gelagert ist, und sich die Schwenkkolben in axialer Richtung teleskopartig zusammenschieben lassen, sich aber bis zur Begrenzung durch die Zylinderböden mechanisch oder hydraulisch auseinanderdrücken. |
| 9. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1,2,3,4,5,6,7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ränder der Schwenkkolben zum Gehäuse, in die Trennwände zur Achse, in die Ventilringe zum Gehäuse, sowie zwischen allen Gleitstellen, welche dichtend gefertigt sein müssen, federnde Dichtlippen eingearbeitet sind, welche auch zum Zurückstreifen von Schmieröl geeignet sind. lO. |
| 10. | Schwenkkolben Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1,2,3,4,5,6,7,8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen, die Schwenkkolben, die Trennwände sowie das Zylindergehäuse mit Bohrungen versehen sind, so daß die Gleitstellen mit Schmieröl versorgt werden können. |
| 11. | SchwenkkolbenVerbrennungsmotor nach Patentanspruch 1,2,3,4,5,6,7,8,9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch Bohrungen in der Achse, in den Schwenkkolben, in den Trennwänden oder durch Kanäle um das Brennraumgehäuse Kühlwasser geleitet werden kann zur thermischen Stabilisierung des Motors. |
Durch die FR 22 97 323 A 1 ist ein solcher Motor bekannt. In einem Gehäuse sind mehrere Brennräume kompakt untergebracht. Eine Kurbelmechanik wandelt die Pendelbewegung der Schwenkkolben in eine Rotation. Gaseinlass und-auslass werden dabei von herkömmlichen Ventilen gesteuert. Dabei sind jedoch mehrere Ventile notwendig. Ein Ventiltrieb dieser Art, mit sich auf-und abbewegenden Ventilen hat ein Drehzahllimit, da die Ventilbewegung durch die Massenträgheit begrenzt ist. Die Gaswechselsteuerung mit konventionellen Ventilen läßt sich auch nicht besonders kompakt konstruieren.
Eine elegantere Steuermöglichkeit weist die DE-OS 20 19 769 auf. Einlass und Auslass werden durch zylinderförmige, von Zahnrädern bewegten Rollenschiebern betätigt. Eine Massenträgheit und Drehzahlbegrenzung entfällt bei dieser Art der Steuerung. Allerdings sind je Brennraum zwei Rollenschieber notwendig.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Verbrennungsmotor der gattungsgemäßen Bauart zu schaffen, welcher eine Gaswechselsteuerung ohne Drehzahlbegrenzung durch Massenträgheit der Ventile aufweist, welcher sich kompakt konstruieren läßt und mit weniger Bauteilen auskommt.
Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung ist eine Gaswechselsteuerung ohne oszillierende Massen gegeben, wobei zwei rotierende Ringe auf dem Motorgehäuse Einlass und Auslass durch überschneidende Öffnungen regeln. Dabei können alle Brennräume von nur einem Einlassring und einem Auslassring gesteuert werden. Ein rotierender Steuerring ist auch für höhere Drehzahlen geeignet.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.
Eine Steuerung mit Scheiben an den Zylinderböden ermöglicht die strömungsgünstige Gaswechselsteuerung mit dem Einlass auf der einen und dem Auslass auf der anderen Zylinderseite.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 3 angegeben.
Eine Ausführung der Steuerringe oder Steuerscheiben mit einem Zahnkranz und der Antrieb durch eine mit einem Antriebszahnrad versehenen Welle läßt sich kompakt und verschleißarm konstruieren. Eine Antriebswelle läßt sich problemlos durch das Gassammlergehäuse führen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 4 angegeben.
Die Kurbelwelle der Kurbelmechanik läßt sich im Kurbelgehäuse so platzieren, daß eine Verlängerung dieser Welle den Antrieb der Steuerringe oder Steuerscheiben übernehmen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 5 angegeben.
Die Leistungsausbeute des Motors läßt sich durch eine Veränderung der Einlasssteuerzeit in Abhängigkeit von Last und Drehzahl optimieren. Verändert man die Position, Form und die Größe der Einlassöffnungen auf dem Motormantel in axialer Richtung und lagert den darauf rotierenden Einlasssteuerring axial verschiebbar mit einem von der Motorelektronik gesteuerten Stellmotor, so ist damit eine einfache Verstellmöglichkeit der Einlasssteuerzeit gegeben.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 6 angegeben.
Durch die Ausgestaltung nach Patentanspruch 6 wird erreicht, daß der Motor seine Brennraumgröße und damit die Leistungsabgabe im Betrieb permanent und schnell verändern kann. Ein Beispiel am Einsatzgebiet PKW verdeutlicht dies : Ein mit niedriger Drehzahl losfahrender PKW benötigt maximales Drehmoment, weshalb der Motor auf maximale Brennraumgröße regelt. Eine mittlere konstante Geschwindigkeit benötigt weit weniger Drehmoment, weshalb mittlere Brennraumgröße ausreicht. Bei Beschleunigung aus mittleren Drehzahlen stellt sich das maximale Drehmoment ein. Die Kombination Drehzahlbandbreite und Brennraumvariabilität ergibt einen weiteren wichtigen Vorteil. Am Beispiel PKW bedeutet dies, daß das Getriebe mit einer reduzierten Anzahl an Gängen auskommt, oder ganz entfallen kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 7 angegeben.
Mit der Ausgestaltung der Erfindung wird erreicht, daß der Motor sein Brennraumvolumen in einem weiten Bereich verändern kann, so daß er im Leerlauf auf ein minimales, nur zum Antrieb der Nebenaggregate erforderliches Brennraumvolumen regeln kann, bei Bedarf an Drehmoment aber auch große Brennräume ermöglicht, was verbrauchsökonomisch sinnvoll ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 8 angegeben.
Schwenkkolben, die sich in axialer Richtung zusammenschieben lassen, ermöglichen den Bau eines brennraumvariablen Verbrennungsmotors mit nur einem verschiebbaren Zylinderboden.
Patentanspruch 9,10 und 11 zeigen eine Möglichkeit zur Dichtung, Schmierung und Kühlung des Motors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1 bis 11 dargestellt.
Das Beispiel bezieht sich auf einen 4-Takt Benzinmotor mit einer Verdichtung von etwa 1 : 10, mit vier Schwenkkolben an einer Achse, mit vier Trennwänden und einer Zündfolge der acht Brennräume von 1-2-3-4-5-6-7-8. Die Kurbelmechanik besteht dabei aus zwei radial zur Achse stehenden Pendelstäben 12, an deren Enden je eine Pleuelstange 13 gelagert ist, welche zwei von der Achse versetzt gelagerte Kurbelwellen 8 mit je einer Kröpfung 14 in Rotation versetzen, und einem an jeder Kurbelwelle befestigten Wellenzahnrad 15, welche die Rotation auf ein um die Symmetrieachse rotierendes Schwungscheibenzahnrad 16 übertragen.
Zündung, Gemischaufbereitung, Dichtungen, Verschraubungen und Nebenaggregate entsprechen hierbei dem Stand der Technik. Alle Teile sind so zu fertigen, daß sie den auftretenden Kräften standhalten, eine dauerhafte Abdichtung, wo erforderlich, bieten und einen verschleißarmen Betrieb ermöglichen.
Eine Drehung der Achse 4 um den in Fig. 1 und Fig. 4 dargestellten Winkel verdichtet in zwei gegenüberliegenden Brennräumen 1 den eingeströmten Brennstoff, läßt den gezündeten Brennstoff in zwei gegenüberliegenden Brennräumen expandieren, bläst das Abgas aus zwei Brennräumen heraus und füllt zwei Brennräume mit Brennstoffgemisch. Diese Drehung dreht die Pendelstäbe 12 im Kurbelgehäuse mit, diese betätigen die auf die Kurbelwellenkröpfungen 14 wirkenden Pleuel 13 und drehen die Kurbelwellen 8 um je etwa 180 Grad weiter und damit Schwungscheibe und Ventilringe 6 um 45 Grad. Die nächste Drehung der Achse in entgegengesetzter Richtung verlagert die Arbeitstakte in den jeweils nebenliegenden Brennraum im Drehsinn der Schwungscheibe und der Ventilringe. Die Ventilringe weisen jeweils vier Öffnungen auf, wobei zwei gegenüberliegende Offnungen die Brennräumel-3-5-7 bedienen, die anderen beiden, axial und radial versetzten Offnungen die Brennräume 2-4-6-8.
Die Motorleistung kann am Schwungrad 17 mit Drehzahl x abgegriffen werden oder an der Kurbelwelle 18 mit Drehzahl 4 x im entgegengesetzten Drehsinn.
Eine entsprechende Änderung des Verdichtungsverhältnisses und der Gemischaufbereitung ermöglicht die Auslegung des Motors zum Betrieb mit Benzin oder Dieselkraftstoff. Ebenso läßt er sich zum Betrieb mit Gas oder Wasserstoff dimensionieren.
Die Materialstärken und die Bauteildimensionierung sind in den Zeichnungen teilweise idealisiert dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 Schnitt durch das Zylindergehäuse Fig. 2 Schnitt durch das Zylindergehäuse in axialer Richtung Fig. 3 Schnitt durch das Kurbelgehäuse in axialer Richtung Fig. 4 Schnitt durch Pendelstäbe, Pleuel und Kurbelwellen im Kurbelgehäuse Fig. 5 Schnitt durch das Kurbelgehäuse Fig. 6 Teilansicht des Zylindermantels und dem Auslassring Fig. 7 Schnitt durch das Einlass/Auslassgehäuse mit verstellbarem Einlassring Fig. 8 Schnitt durch das Einlassgehäuse am Antriebsrad für den Einlassring Fig. 9 Verschiebbarer Zylinderboden (schraffiert) Fig. 10 Ansicht des drehbaren Zylinderboden Fig. 11 Schnitt durch das Zylindergehäuse mit zweiteiliger Achse und verschiebbaren Schwenkkolben In den Zeichnungen sind gekennzeichnet mit 1 Brennräume 2 Zylindermantel 3 Trennwände 4 Achse 5 Schwenkkolben 6 Ventilring mit Zahnkranz 7 Antriebszahnrad für Ventilring 8 Kurbelwelle mit Verlängerung zum Antrieb der Ventilsteuerung 9 Einlassgehäuse 1 0 Auslassgehäuse 11 Gehäuse der Kurbelmechanik 12 Pendelstab 13 Pleuel 14 Kurbelwellenkröpfung 15 Wellenzahnräder 16 Schwungscheibenzahnrad 17 Leistungsabgriff Schwungscheibe 18 Leistungsabgriff Kurbelwelle 19 Auslassventilöffnungen im Zylindermantel 20 Einlassventilöffnungen im Zylindermantel 21 Auslassschlitze im Ventilring 22 Stellmechanik für Einlassventilring 23 verschiebbarer Zylinderboden 24 Druckpunkte der Verstellmechanik/hydraulik 25 Achsmantel 26 Zylinderboden 27 Verstellmechanik/hydraulik