DE2342393C3 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotations-Kolben-Brennkraftmaschine mit einem innerhalb eines kreiszylinclrischer.i stationären Gehäusemantels mit einer Welle drehfest umlaufenden Rotor, der mit dem Gehäusemantel nutenförmige, in Umfangsrichtung axial wellenförmige Arbeitsräume bildet, die mittels drehschwingbeweglicher Absperrteile in Arbeitskammern mit Einlaß- und Auslaßöffnungen unterleih sind.

Eine derartige Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist in (li?r PR-PS 20 77 0!! beschriebe:¹., bei der sich ein Rotor mit von ihm getragenen drehschwingbeweglichen Absperrteilen dreht. Diese Absperrteile werden demzufolge sowohl Zentrifugal- als auch Schwingkriiften ausgesetzt, die erhebliche Vibrationen zur Folge haben. Das Trägheitsvermögen des Rotors wird aufgrund der zusätzlichen Gewichte der Abspenieiie beträchtlich erhöht, was; zu einer verzögerten Beschleunigung bzw. Abbremsung führt. Zusätzlich ergibt sich wegen der drehschwingbeweglichen Absperrteile am Rotor ein Schwingkräftemoment, da die Absperrteil· eine Seite des Rotors während eines Teiles der Drehunf und einen anderen Teil des Rotors während eine; anderen Drehabschnittes überkragen, so daß nicht nui eine Vibration sondern auch ein Schwingmomtn auftritt. Auch kann das Schmiermittel schlecht bzw. gai ni'-ht dem Rotor und den Absperrteilen zugefühn werden, so daß eine ausreichende Schmierung diesel Teile bei der bekannten Anordnung nicht gegeben ist.
ίο Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestehl darin, eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine oben genannter Art so auszubilden, daß sie möglichst schwingungsfrei arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Arbeitsräume durch zwei längs der Umfangswandung des Rotors wellenförmige Nuten gebildei werden, die jeweils von einer an der Innenwandung des Gehäusemantels befestigten ebenen Trennwand über ihren gesamten Umfang durchzogen sind, derart, daß die Trennwand jeweils an beiden Nutflanken abwechselnd /um Anliegen kommt, daß die drehschwingbeweglichen Absperrteile in Ausnehmungen dieser Trennwand gelagert sind, mit sich beidseitig der jeweiligen Trennwand im Bereich der Nuten erstreckenden Einlaß- und Auslaßöffnungen und mit in Überströmkanälen zwischen beiden Nuten befindlichen Brennkammern.

Zweckmäßig sind die Trennwände in im Nutgrund befindlichen Vertiefungen eingelassen, wobei vorteilhaft in der Brennkammer eine Zündeinrichtung jo vorgesehen ist. Dabei können auch die Einlaß- und Auslaßöffnungen im Gehäusemantel angeordnet sein.

Achsparallele Kanäle sind zweckmäßig durch die Seitenteile und den Rotor geführt, wobei ein mit der Welle drehfest verbundenes Kühlgebläse zwischen diesen Kanälen angeordnet ist.

Diese erfindungsgemäße Ausbildung der Rotationskolben-Brennkraftmaschine bringt den Vorteil mit sich daß durch die Funktion der Nuten die Notwendigkeit entfällt, gesonderte Nocken vorsehen zu müssen. Weiterhin erfolgt keine radiale Beschleunigung der Bauteile bei einer sehr kleinen axialen Beschleunigung. Auch ist die erfindungsgemäße Vorrichtung technisch nicht aufwendig, wobei eine sehr gute Schmierung und Abdichtung aufgrund der besonderen Anordnung und Bewegung der Absperrteile erfolgt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der Zeichnung zeigt

F i g. I eine Teil-Seitenansicht einer Rotationskolbcn-Brennkraftmaschine,

F i g. 2 eine Ansicht eines Gehäusemantelteils,
F i g. 3 eine Innenansicht des anderen Gehäusemantelteils,

F i g. 4 eine Seitenansicht des Gehäusemantelteils nach Fig. 2,

F i g. 5 eine Schnittansicht gemäß der Linie 5-5 in Fig. 3,

Fig.6 einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine

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'") 1·' i g. 7 eine Abwicklung des Umfanges des Rotors und

I· i g. 8 bis 19 Abwicklungen, die schematisch die Beziehungen zwischen den Trennwänden und dem Rotor in willkürlich gewühlten und aufeinandcrfolgeni'5 den Stellungen der relativen Drehung /eigen.

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine weist eine mechanische Verbindung mit einer Pumpe auf und kann unter Kraftstoffeinspritzung nach Art eines Dieselmo-

tors oder unter Ansaugen des Kraftstoffes als Ottomotor arbeiten. Für diese Zwecke der Erläuterung wurde eine verhältnismäQig kleine und den Kraftstoff ansaugende Ausführungsform gewählt.

Bei dieser Ausführungsform (Fig. 1) ist ein Sockel 6 und ein Gehäuse 7 mit einem Gehäusemantel 8, 9, 11 und mit Seitenteilen 17 und 18 vorgesehen, welche von Schrauben 12 zusammengehalten werden. Die sorgfältig bearbeitete Fläche 13 wird an den Enden durch innere, ebene Seitenflächen 14, 16 an den Seitenteilen 17, 18 ergänzt und befindet sich im Gehäusemantel 8,9,11.

Die Seitenteile tragen Lager 19 und 21 (Fig.6), in denen eine Welle 22 um eine Achse 23 drehbar gelagert ist, zu der die Fläche 13 symmetrisch gelegen ist. Die Welle trägt einen Rotor 26 mit einer kreisrund-zylindrisehen Umfangswandung 27, die einen sehr kleinen Abstand von der Fläche 13 aufweist.

In der Umfangswandung des Rotors erstrecken sich zwei wellenförmige Nulen 28 und 29, die von der kreiszylindrischen Innenfläche IJ, von den Nutflanken 31 und 32 und vom Nutgrund 33 begrent sind, so daß die Nuten bei jedem radialen Querschnitt im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind. Wie insbesondere aus Fig. 7 zu ersehen ist, verlaufen die Nuten gewunden und weisen versetzte geradlinige Abschnitte auf. Die Nuten verlaufen allgemein parallel zueinander, sind jedoch in Bezug aufeinander um einige Bogengrade in der Umfangsrichtung versetzt.

Der Gehäusemantel enthält zwei ringförmige ebene Trennwände 36 und 37, die von den Schrauben 12 festgehalten werden und deren radiale Abmessungen so gewählt sind, daß sie in Vertiefungen 38 und 39 im Rotor eindringen. Diese Trennwände unterbrechen den wellenförmigen Verlauf der Nuten 28 und 29, wie dies in F i g. 7 mit unterbrochenen Linien angedeutet ist. j_s

Die Trennwände 36 und 37 sind am Umfang mit Ausnehmungen versehen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, die von gewölbten Wandungen 47, 48 begrenzt sind. In jedem dieser Ausnehmungen ist ein drehschwingliches Absperrteil 51 angeordnet, das in Vorderansicht einen gekrümmten Umriß aufweist, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist, und in seiner Seitenansicht im wesentlichen eben ist. Die Länge eines jeden Absperrteiles ist so bemessen, daß es mit Feinpassung zwischen den Wandungen 47,48 sitzt, während die Breite des Absperrteiles so bemessen ist, daß es mit Feinpassung in einer der zugehörigen Nu'.en 28 oder 29 sitzt. Die Absperrteile können mit Dichtleisten versehen sein.

Da die Nuten einen gewundenen Verlauf aufweisen nach Art einer Schlangenlinie, werden die Absperrteile 51 bei der Drehung des Rotors mit einer wesentlichen axialen Komponente seitlich hin- und hergeschwenkt. Jedes der Genänsemantelteile 9 und 11, die beide an der Innenfläche so bearbeitet sind, daß sie eine Portsetzung der kreiszylindrisehen Innenfläche 13 bilden, ist mit zwei Ausnehmungen 52 versehen, welche die benachbarten hin- und herschwingenden Absperrteile 51 aufnehmen. Jedes Absperrte'.! füllt die zugehörige Ausnehmung an der Trennwand Jb oder 37 und ebenso den Querschnitt der Nut 28 oder 29 aus, so daß verschiedene (,0 Arbeitsklamniern 42, 43 und 44, 46 von den anderen Arbeitskammeni isoliert und getrennt werden, wenn sich der Rotor dreht. Das Volumen einer jeden Arbeitskammer zwischen den Nutflanken 31, 32 und dem angrenzenden Absperrteil 51 wird heim Umlauf <>> des Rotors kleiner und größer.

Dieses veränderbare Volumen tier Arbeitskammern wird zum Einleiten einer zeitlich bestimmten Strömung eines Kraftstoffes in eine der Arbeitskammern ausge nutzt. Aus diesem Grunde ist im Gehäusemantelteil 9 eine Einlaßöffnung 56 vorgesehen (F i g. 2,4), welche die Fläche 13 an einer bestimmten Stelle des Umfanges des Gehäuses durchstößt und axial genügend lang ist, um für die Nut oder die Arbeitskammern an beiden Seiten der Trennwand 36 zugänglich zu sein. Da am Umfang des Rotors mehrere Arbeitskammern vorgesehen sind, sind auch beide Gehäusemantelteile 9 und 11 mit diamet^ral angeordneten Einlaßöffnungen 56 versehen. Diese sind über Verbindungskanäle 57 miteinander verbunden, die zu einem Ansaugverteiler 58 (Fig. 1) führen, der mit einem Flansch 59 versehen ist, an dem ein nicht gezeigter herkömmlicher Vergaser angebracht ist. Soll dieser Motor als Dieselmotor arbeiten, so wird der Vergaser weggelassen und durch einen einfachen Luftfilter ersetzt. Die Einlaßöffnung 56 ist symmetrisch zu beiden Absperrteilen in der Nut 28 und fast unmittelbar angrezend an die .Stromabseite (in Drelirichtung) angeordnet, wie dies in F i g. 8 durch den Pfeil

61 gezeigt ist.

Ferner ist eine Einrichtung zum Ablassen des verbrauchten Gases aus dem Motor vorgesehen. An den Gehäusemanielteilen 9 und Il sind Auslaßöffnungen 62 vorgesehen, die an der Stromaufseite und an einem der Absperrteile 51 unmittelbar angrenzend angeordnet sind und für die von der Nut 29 gebildeten Arbeitskammern zugänglich sind. Die Auslaßöffnungen

62 führen zu Auspuffrohren 63 (Fig. 5), die direkt mit der Umgebungsluft oder mit einer nicht dargestellten Auspuffvorrichtung in Verbindung stehen.

Es ist weiterhin eine Einrichtung vorgesehen, mit der komprimiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch aus den Arbeitskammern in der Nut 28 aufgenommen wird, das dann gezündet und in die Arbeitskammern der anderen Nut 29 übergeleitet wird. Aus diesem Grunde ist jedes Gehäusemantelteil 9 und 11 mit zwei Brennkammern 66 und 67 versehen, die axial geneigt verlaufen, so daß eine öffnung 68 (F i g. 9) an dem einen Ende in die Nut 28 an der einen Seite der Trennwand 36 führt, während die öffnung 69 am anderen Ende zu der Nut 29 an der entsprechenden Seite der Trennwand 37 führt. Ebenso führt die öffnung 71 (Fig. 16) der anderen Brennkammer 67 zu den Arbeitskammern an der anderen Seite der Trennv and 36 in der Nut 28, während die Öffnung 72 in die Arbeitskammern an der anderen Seite der Trennwand 37 in der Nut 29 führt. Die Brennkammern verlaufen derart, daß bei Herstellung einer Verbindung einer der öffnungen 68 bzw. 71 mit einer betreffenden Arbeitskammer die anderen öffnungen 69 bzw. 72 von der Fläche 13 geschlossen werden.

Jede Brennkammer ist mit einer öffnung 73 zur Aufnahme einer Zündvorrichtung 74 versehen (Fig. I). Die Welle 22 treibt eine Zündungswelle 76 an (Fig. 1), die ihrerseits einen Zeitgeber i:nd einen Verteiler der üblichen Ausführung (nicht dargestellt) antreibt. Bei einem Betrieb der erfindungsgemälien Vorrichtung als Dieselmotor werden die Zündkerzen und der Zeitgeber ClUlLIt CiPn." ι .iriSpni/'puinpe CTSli/l.

Im Betrieb ties Motors laufen einige Funktioner zugleich ab, da mehrere Arbeitskammer!! vorgeseher sind. Bei der Beschreibung wird irdmh jeweiK nur eint Arbeitskammer berücksichtigt, so daß die Vorgänge fin eine vollständige Arbeitsfolge verfolgt werden können.

Wie insbesondere in I-i g. 8 /11 ersehen ¹Si, sie'ni dei Rotor in einer Stellung, bei der einer der Abspen teile 51 an einer der Einlaßöffnungen 56 die Nut 28 111 wesentlichen in einer Stellung ist, in tier eint

Arbeitskammer 42 gebildet wird. Diese Arbeitskammer steht mit der Einlaßöffnung in Verbindung. Da sich der Rotor in Richtung des Pfeiles 61 dreht, erweitert sich die Arbeitskammer 42 mit der Folge, daß durch die öffnung 56 Kraftstoff angesaugt wird. Bei der Weiterbewegung der Arbeitskammer nach F i g. 9 wird die Verbindung der Einlaßöffnung 56 mit der Arbeitskammer 42 unterbrochen, die nunmehr vom nächstfolgenden Absperrteil 51 isoliert gehalten wird.

Bei fortgesetzter Bewegung des Rotors wird das Volumen in der Arbeitskammer 42 kleiner, und es erfolgt eine Kompression in der Arbeitskammer und durch die öffnung 68 (Fig.9) in einer angrenzenden Brennkammer 66, welche öffnung für die Arbeitskammer 42 zugänglich ist. Zugleich wird die andere öffnung 69 der Brennkammer 66 von den angrenzenden Flächen des Rotors gesperrt. Bei fortgesetzter Drehung des Rotors wird daher der Inhalt der Arbeitskammer 42 komprimiert und in der Kammer 66 eingeschlossen. Dieser Betriebszustand ist in Fig. 10 dargestellt, in welcher die Arbeitskammer 42 genügend weit bewegt ist, wobei die öffnung 68 gesperrt und das komprimierte Gemisch vollständig eingeschlossen wird. In Fig. 11 ist die Lage der Bauteile bei einer Absperrung der Arbeitskammer 42 von der Brennkammer gezeigt, nachdem aus ihr der kompriiiiiertc Inhalt im wesentlichen entleert worden ist, während die Brennkammer 66 mit komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisch gefüllt ist, wobei beide Öffnungen 68 und 69 vom Rotor geschlossen gehalten werden.

In diesem Zeitpunkt erfolgt die Zündung des komprimierten Kraflstoffgemischcs durch die Zündvorrichtung 74 (Fig. 1). Fig. 11 zeigt eine Vorwegnahme der in Fig. 12 dargestellten Vorgänge, wobei die eine der Arbeitskammern 44 in der Nut 29 genügend weit vorgerückt ist und die öffnung 69 freisetzt, während die öffnung 68 geschlossen bleibt. Somit kann das gezündete Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Arbeitskammer 44 strömen und du das Gas eine hohe Temperatur und einen hohen Druck als Folge der Verbrennung aufweist, sucht es sich gegen die Wandungen der Arbeitskammer 44 sowie gegen das angrenzende Absperrteil 51 auszudehnen. Hierbei wird dem Rotor ein Drehimpuls erteilt.

Hei fortgesetzter Drehung des Rotors nach F'ig. 13 übt das Gas die Antriebskraft aus, bis die Arbeitskammer 44 die Auslallöffnung 62 freizulegen begiiini, so dall das expandierte Gas aus der Arbeitskammer 44 durch die Öffnung 62 in die Umgebungsluft oder in eine Auspuffvorrichtung strömen Itann, wobei der Druck in der Kammer 44 absinkt und letztere weitgehend entleert wird. Bei der weiteren Drehung des Rotors wird eins Volumen der Arbeitskammer 44 wieder kleiner, so dull das Abgas zwangsläufig aus der Arbeitskammer durch die Auslallöffnung 62 verdrängt wird, wobei das angrenzende stroinabsciligc Absperrteil 51 als Sperre wirkt.

Ungefähr zu dieser /eil, wie ilics in Fig. 14 gezeigt ist, vergrößert sich das Volumen der Arbeitskammer 4.1 in der Nut 28 auf der Siiomabscilc des Absparleils 51, und die Arbeitskammer gelangt mit der Einlaßöffnung % in Verbindung. Infolgedessen saugt die Arbeitskammer 4.1 Kraftstoff-Luft-Gemisch an. Wie aus Fig. 15 zu ersehen ist, wird d'c Arbeitskammer 43 gegen das nächste slromabscitige Absperrteil 51 immer größer, und sobald die Arbeitskammer 43 mit der Einlaßöffnung 56 nicht mehr in Verbindung steht, wird das ü eingeschlossene Kraftstoff-Luft-Gemisch gegen das stromabseitige Absperrteil 51 komprimiert. Bei der weiteren Drehung des Rotors gelangt die Arbeitskammer 43 mit der öffnung 71 (Fig. 16) der anderen Brennkammer 67 in Verbindung.

ίο Die öffnung 72 der Brennkammer 67 wird von der Außenseite des Rotors verschlossen gehalten, so daß das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer eingeschlossen wird.

Etwa nach dem in Fig. 16 dargestellten Zeitpunkt ist die Arbeitskammer 43 so weit nach rechts vorgerückt, daß im wesentlichen das gesamte Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Brennkammer 67 gedrängt wird, wobei die gekrümmte rückwärtige Wandung der Arbeitskammer 43 auf die öffnung 71 gleitet und diese sperrt. In diesem Zeitpunkt erfolgt die Zündung des eingeschlossenen Kraftstoff-Luft-Gemisches. Ungefähr zu dieser Zeit überquert eine Arbeitskammer 46 (Fig. 17) in der Nut 29 das stromaufscitige Absperrteil 51 sowie die öffnung 72 und legt diese frei. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch dehnt sich dann aus der Brennkammer 67 durch die öffnung 72 in die Arbeitskammer 46 aus und setzt die Ausdehnung fort. Hierbei wird auf den Rotor über die gekrümmte Wandung der Nut und gegen das rückwärtige Absperrteil 51 ein Druck und damit eine Anlriebskraft ausgeübt.

Die Expansion setzl sich fort, wie dies in I ig. 18 gezeigt ist, bis der Rotor sich bis fast in die in Fig. 19 gezeigte Lage gedreht hat, in welcher er die öffnung 72 sperrt. Infolgedessen enthält die Arbeitskammer 46 nur das durch die Auslaßöffnung 62 auszustoßende Gemisch. Bei fortgesetzter Drehung des Rotors wird das Abgas in der Arbeitskammer 46 zwangsläufig ausgetrieben, so daß sie leer ist und für die nächste Arbeitsfolge vorbereitet ist.

Wie aus der Beschreibung hervorgeht, wird jede der Arbeitskammern 42 und 43 in der Nut 28 abwechselnd für den Ansaughub und ilen Kompressionshub beiuitzi, während jede der Arbeitskanimern 44 und 46 in tier Nut 29 abwechselnd für den l.eistungshub und für den Auspuffhiib benutzt wird.

Bei aufeinanderfolgenden Drehungen des Rotors wiederholt jede Arbeitskammer ihre Funktion mehrmals. Bei dieser Anordnung stellt clic erfiiulungsgeinälle Brennkraftmaschine einen Viertaktmotor dar, der nach

M> einem Rolttliompviiv/.ip sirbeitel, wobei mir die Absperrteile an einer schwingenden oder hin- und hergehenden Bewegung teilnehmen. Hei jeder Drehung werden dem Rotor gleichmäßig mehrere Kraftimpulse erteilt.

Die Rotationskolben-Brennkraftmaschine erzeugt im

SS Betrieb eine ziemlich grolle Hitze, so dall, wenn gewünscht, eine Wasserkühlung vorgesehen werden kann.

Bei dem beschriebenen Motor sind an ilen Gehäusemantelteilen 9 und It einige Kühlrippen sowii

achsparallele Luftkmiälc 82 in den Seitenteilen 17, U und Luflkanäle 83 im Rotor vorgesehen. Fun an dei Welle 22 angebrachtes Kühlgcblllsi' 84 treibt Kühlluf durch den Arbeilsnuvhaiiisinus.

Hierzu 9 BInH Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit einem innerhalb eines kreiszylindrischen stationären Gehäusemantels mit einer Welle drehfest umlaufenden Rotor, der mit dem Gehäusemantel nutenförmigfc, in Umfangsrichtung axial wellenförmige Arbeitsräume bildet, die mittels drehschwingbeweglicher Absperrteile in Arbeitskammern mit Einlaß- und Auslaßöffnungen unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsräume durch zwei längs der Umfangswandung (27) des Rotors (26) wellenförmige Nuten (28, 29) gebildet werden, die jeweils von einer an der Innenwandung des Gehüusemantels (8, 9, 11) befestigten ebenen Trennwand (36, 37) über ihren gesamten Umfang durchzogen sind, derart, daß die Trennwand (36, 37) jeweils an beiden Nutenflanken abwechselnd zum Anliegen kommt, daß die drehschwingbeweglichen Absperrteile (51) in Ausnehmungen dieser Trennwand (36, 37) gelagert sind, mit sich beidseitig der jeweiligen Trennwand im Bereich der Nuten (28, 29) erstreckenden Einlaß- und Auslaßöffnungen (56, 62) und mit in Überströmkanälen zwischen beiden Nuten befindlichen Brennkammern (66,67).

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (36, 37) in im Nutgrund befindlichen Vertiefungen (38,39) eingelassen sind.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer (66, 67) eine Zündeinrichtung (74) vorgesehen ist.

4. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß- und Auslaßöffnungen (56,62) im Gehäusemantel (8, 9, 11) angeordnet sind.

5. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß achsparallele Kanäle (82, 83) durch die Seitenteile (17, 18) und den Rotor (26) geführt sind und daß ein mit der Welle (22) drehfest verbundenes Kühlgebläse (84) zwischen diesen K analen (82,83) angeordnet ist.