DD262061A1 - Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit mehrkammersystem und arbeitsprinzip dazu - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine. Die Erfindung besteht darin, dass sich in einem geschlossenen Gebaeude drei nebeneinander angeordnete Kammern befinden. Die mittlere Kammer oder Arbeitskammer ist mit den beiden Kammern, die Ansaugkammer und die Nachexpansionskammer, durch Ueberstroemkanaele verbunden. Die zuletzt genannten beiden Kammern weisen je einen nach aussen fuehrenden Kanal auf. Der Querschnitt der Kammern wird durch zwei sich ueberlappende gleichgrosse Kammern gebildet. Zentrisch zu den Grundkreisen dieser beiden Kammern sind zwei Wellen angeordnet, die im Gehaeuse gelagert und beidseitig nach aussen gefuehrt werden. In den Kammern ist mit diesen beiden Wellen ein jeweils vorzugsweise zweifluegliger, dem Rootsgeblaese aehnlicher Rotationskolben verbunden. Die in der mittleren Kammer rotierenden Rotationskolben haben je Fluegel einen Brennraum. Von diesen Brennraeumen fuehren zum Rand der Rotationskolben konisch sich verjuengende Kanaele. Fig. 1

Description

Hierzu 5 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, die für mobile Maschinen wie Kraftfahrzeuge, Land-, Bau- und Forstmaschinen, Schienen-, Wasser- und Luftfahrzeuge sowie für stationäre Maschinen wie Notstromaggregate einsetzbar ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

. Die bekannten Verbrennungskraftmaschinen für Flüssigkraftstoffe sind Hubkolbenmaschinen oder Rotationskolbenmaschinen.

Nachteilig bei Hubkolbenmaschinen ist die hohe Schwingungserregung durch die Oszillation der Bauteile und der Verschleiß zwischen Kolben und Zylinder durch die Reibung zwischen den Teilen.

Beim Zweitaktmotor verursacht der zur Gemischsch'mierung eingesetzte Flüssigkraftstoff schäfliche Rückstände im Abgas. Die bekannten Zweitaktmotoren können nur mit großem Aufwand mit gasförmigen Kraftstoff betrieben werden. Die Rotationskolbenmotoren, z. B. nach den BRD-Offenlegüngsschriften Nr.2214875, 2421 532 und 2610847 weisen ebenfalls oszillierend aufeinander gleitende und reibende Bauteile auf, die erhöhtem Verschleiß unterliegen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, die die Vorteile von bekannten Rotationskolbenmaschinen aufweist, aber eine höheren Wirkungsgrad und eine größere Lebensdauer im Vergleich zu diesen Maschinen erreicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmaschine zu schaffen, mit der bei vertretbarem Fertigungsaufwand und einfachem Aufbau eine maximale energetische Ausnutzung des Kraftstoffs, eine hohe Vielsfofftauglichkeit und die Anwendung moderner Werkstoffe wie Keramik ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich in einem geschlossenen Gehäuse drei nebeneinander angeordnete Kammern befinden. Die mittlere Kammer oder Arbeitskammer ist mit den beiden äußeren Kammern, die Ansaugkammerund die Nachexpansionskammer, durch Überströmkanäle verbunden. Die beiden äußeren Kammern weisen je einen nach außen führenden Kanal auf. Diese beiden Kanäle wirken als Ansaugkanal für das Kraftstoff-Luftgemisch bzw. als Auslaßkanal. Der Querschnitt der Kammern wird durch zwei sich überlappende gleichgroße Kreise gebildet. Zentrisch zu den Grundkreisen dieser beiden Kammern sind zwei Wellen angeordnet, die im Gehäuse gelagert und beidseitig nach außen geführt werden.

An mindestens einem Wellenende sind sie vorzugsweise über Steuerräder oder einer anderen gegenläufigen schlupffreien Getriebeanordnung mit einem Übersetzungsverhältnis von eins miteinander verkoppelt.

An den Wellen sind Zündimpulsgeber und Hilfsantriebe direkt oder indirekt angekuppelt. Die Energieabnahme kann an allen Wellenenden erfolgen.

In den Kammern ist mit diesen beiden Wellen ein jeweils vorzugsweise zweiflügliger, dem Rootsgebläse ähnlicher Rotationskolben verbunden. Die in der mittleren Kammer rotierenden Rotationskolben haben je Flügel einen Brennraum. Von diesen Brennräumen führen zum Rand der Rotationskolben konisch sich verjüngende Kanäle.

Die Zündkerzen sind in dem Drehkolben seitlich zum Brennraum angeordnet. Zwischen der durch das Gehäuse geführten Zuleitung und dem Rotationskolben befinden sich ein oder mehrere Schleifkontakte. Das Gehäuse kann kühlmittelführende Hohlräume haben oder gerippt ausgebildet sein.

Einzelne oder alle Rotationskolben sowie die Wellen können ebenfalls entsprechende Hohlräume aufweisen.

Die Arbeitsweise der in den drei Kammern arbeitenden Rotationskolben ist folgende:

Die in der Ansaugkammer rotierenden Rotationskolben saugen das Verbrennungsmedium an und verdichten es vor.

Bei einem bestimmten Drehwinkel dieser Rotationskolben wird ein Überströmkanal zur Arbeitskammer freigegeben und das vorverdichtete Medium strömt über in einen der vorhandenen Freiräume oder Füll- und Verdichtungsräume der mittleren Kammer. Der Zeitpunkt des Überstromens wird durch den Drehwinkel der in der mittleren Kammer befindlichen Rotationskolben festgelegt.

Das übergeströmte Medium wird durch die Drehbewegung der in der mittleren Kammer befindlichen Kolben weiter verdichtet und strömt dabei über die sich konisch verjüngenden Kanäle in den Brennraum. Bei der weiteren Drehung wird schließlich der Brennraum vollständig durch den anderen Rotationskolben abgeschlossen. Etwa zu diesem Zeitpunkt erfolgt die Zündung.

Durch die Expansion wird auf die Welle ein Drehmoment übertragen. Der Druckunterschied zwischen dem Füll- und Verdichtungsraum sowie dem Brennraum verhindert das Überströmen des unverbrannten Mediums vom ersten zu zweiten

Beim Weiterdrehen des Rotationskolbens wird schließlich der Überströmkanal zur Nachexpansionskammer freigegeben.

Das expandierte Gas strömt über, expandiert weiter und überträgt dabei Energie auf die in dieser Nachexpansionskammer angeordneten Rotationskolben bis schließlich durch die Weiterdrehung dieser Kolben der Auslaßkanal freigegeben wird und das verbrannte Medium mittelbar oder unmittelbar in die Atmosphäre strömen kann. Zwischenzeitlich wurde der Brennraum des anderen Rotationskolbens in der Arbeitskammer geladen und nach der Zündung laufen wieder die gleichen Vorgänge ab.

Die Anzahl der Arbeitstakte entspricht der doppelten Anzahl der Flügel eines Rotationskolbens.

Da die Abdichtung gasdynamisch erfolgt, kann auf die Schmierung zwischen den Rotationskolben und Gehäuse verzichtet werden. Voraussetzung für die gasdynamische Abdichtung ist eine minimale relative thermische Ausdehung der Bauteile sowie deren optimale Kühlung. Die Wellen lager werden auf herkömmlicher Art und Weise geschmiert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand von

Fig. 1: Schnitt durch die mittlere Kammer normal zur Achse der Wellen arbeitsraumseitig Fig. 2: Querschnitt durch die einzelnen Kammern, entspricht Ansicht A-A zu Fig. 1 Fig. 3: Lage der Rotationskolben in der Ansaugkammer, entspricht Ansicht B-B zu Fig. 2 Fig.4: Lage der Rotationskolben in der Nachexpansionskammer, entspricht Ansicht C-C zu Fig. 3 Fig. 5: Blockbild der Zündanlage

Die beiden Rotationskolben 1, die mit den Wellen 2 verbunden sind, haben die Brennräume 3,4,5 und 6 mit den konisch sich nach außen verjüngenden Überströmkanälen 7,8,9 und 10 (Fig. 1). Schematisch ist die Lage der Überströmkanäle 11 und 12 von der Ansaugkammer aus soweit der Überströmkanäle 13 und 14 zur Nachexpansionskammer vorgegeben.

Die Rotationskolben laufen in dem Gehäusesegment 15, das durch die zwei sich überlappenden gleichgroßen Kreise gebildet wird. Die Steuerlippe 16, die zu einer besseren Energieumsetzung von thermischer Energie in Rotationsenergie beiträgt, wird durch einen der Schnittpunkte der sich überlappenden Kreise gebildet. Der Überströmkanal 12 von der Ansaugkammer ist mit dem Füll-und Verdichtungsraum 17 verbunden. In den Wellen 2 befinden sich die Kanäle 18 und im Gehäuse die Kanäle 19, die Kühlmittel führen.

Am Gehäuse befinden sich Laschen 20 mit Bohrungen 21, wodurch bei mehrteiliger Ausführung des Gehäuses die einzelnen Semgente miteinander verbunden werden. Fig. 2 zeigt eine derartige mehrteilige Ausführung des Gehäuses mit der Ansaugkammer 22, der Arbeitskammer 23 und der Nachexpansionskammer 24, den Gehäusedeckeln 25 und 26, den Gehäusesegmenten 15, 27 und 28, den Zwischensegmenten 29 und 30 sowie der Verschraubung 31. Die Wellen 2 sind an der einen Stirnseite über Steuerräder 32 miteinander verbunden. Ein Steuerrad 32 ist mit dem Antriebsritzel 33 eines Hilfsantriebes verkuppelt.

Im Bereich der Brennräume 3,4, 5 und 6 der Rotationskolben 1 befinden sich die Zündkerzen 37. Über das Ritzel 38 erfolgt die Energieabnahme. Beim gleichzeitigen Einsatz mehrerer solcher in Fig. 2 gezeigter Antriebsblöcke als Baukastensystem kann über dieses Ritzel 38 oder eine der Wellen die zwangsläufige Verbindung mit den anderen Blöcken erfolgen.

Die kühlmittelführenden Kanäle 18 und 19 sind mit den Drucksystemen 39 und 40 verbunden.

Die Wellen 2 stützen sich über die Lager 43 und 44 am Gehäuse ab. Die Abdichtung zwischen den einzelnen Kammern über die Wellen 2 erfolgt durch die Wellendichtungen 45 und 46.

In der Ansaugkammer befinden sich die Rotationskolben 47 und 48 (Fig. 3) und in der Nachexpansionskammer die Rotationskolben 49 und 50 (Fig.4).

Die Ansaugkammer hat im Gehäuse eine Steuerlippe 51.

Gegenüber von dieser Steuerlippe 51 ist der Ansaugkanal 52 im Gehäuse angeordnet. In der Nachexpansionskammer ist im Gehäuse'die Steuerlippe 53 und gegenüber davon der Ausströmkanal 54. Die Zündanlage besteht aus dem in einem Gehäuse 41 befindlichen Zündimpulsgeber 34, der über die Zuleitungen 35 mit den Isolierungen 42 über Schleifkontakte 36 mit den Zündkerzen 37 verbunden ist (Fig. 5). Die Schleifkontakte 36 befinden sich im Zwischensegment 46.

Die Rotationskolben 49 und 50 sind breiter als die Rotationskolben 47 und 48.

Claims (7)

1. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu, gekennzeichnet dadurch, daß sich in einem Gehäuse die Ansaugkammer (22), die Arbeitskammer (23) und die Nachexpansionskammer (30) befindet, das Gehäuse durch die Gehäusedeckel (25 und 26), die Gehäusesegmente (15), (27) und (28) sowie die Zwischensegmente (29) und (30) gebildet wird, der Querschnitt der Gehäusesegmente (15), (27) und (28) aus zwei sich überlappenden gleichgroßen Kreisen besteht, die Gehäusedeckel (25) und (26) sowie die Zwischensegmente (29) und (30) Bohrungen haben, deren Mittelpunkte mit den Mittelpunkten der beiden sich überlappenden gleichgroßen Kreise übereinstimmen, durch diese Bohrungen zwei Wellen (2) geführt sind, die sich über die Lager (43) und (44) gegenüber den Gehäusedeckeln (25) und (26) abstützen und die in den Zwischensegmenten (29) und (30) befindlichen Bohrungen durch die Wellendichtungen (45) und (46) aufgenommen werden, die Wellen außerhalb des Bereiches der Gehäusedeckel geführt sind, in den durch die Gehäusesegmente (15), (27) und (28) gebildeten Kammern (22), (23) und (30) auf den Wellen (2) sowie (47) und (48) bzw. (49) und (50) befestigt sind und die Gehäusedeckel (25) und (26), die Gehäusesegmente (15), (27) und (28) sowie die Zwischensegmente miteinander durch Laschen (20) mit Bohrungen (21) an diesen Teilen über die Verschraubung (31) miteinander verbunden sind. ^l

2. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich in der Ansaugkammer im Bereich eines Schnittpunktes der sich überlappenden Kreise der Ansaugkanal (52) befindet und der andere Schnittpunkt dieser Kreise die Steuerlippe (53) bildet, in der Arbeitskammer (23) durch diese Schnittpunkte zwei Steuerlippen (16) entstehen und in der Nachexpansionskammer (24) eine Steuerlippe (53) durch einen Schnittpunkt der Kreise sowie gegenüberliegend im Bereich des anderen Schnittpunktes der Ausströmkanal (54) vorhanden ist.

3. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach Anspruch (1) und (2), gekennzeichnet dadurch, daß sich in dem Zwischensegment (29) die Überströmkanäle (11) und(12) und in dem Zwischensegment (30) die Überströmkanäle (13) und (14) befinden.

4. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach Anspruch (1) bis (3), gekennzeichnet dadurch, daß einer der Überströmkanäle (11) und (12) mit dem in der Arbeitskammervorhandenen Füll- und Verdichtungsraum (17) verbunden ist, und daß die in der Arbeitskammer (23) vorhandenen Rotationskolben (1) jeweils zwei Brennräume (3) und (4) sowie (5) und (6) haben, die mit den sich bildenden Freiräumen in der Arbeitskammer über die sich konisch verjüngenden Kanäle (7) und (8) sowie (9) und (10) verbunden sind.

5. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (2) an der einen Stirnseite über Steuerräder (32) miteinander verbunden sind und ein Steuerrad (32) mit dem Antriebsritzel (33) eines Hilfsantriebes verkuppelt ist sowie am anderen Wellenende mit den Zündimpulsgebern (34) und das Ritzel (38) für die Energieabnahme angeordnet sind, die Zündkerzen (37) mit den Zuleitungen (35) und den Schleifkontakt (36) elektrisch verbunden sind, und daß die Zündkerzen (37) in den Rotationskolben (1) so angeordnet sind, daß in Wellenrichtung gesehen die Schleifkontakte (36), die Zündkerzen (37) und die betreffenden Brennräume (3,4, 5 oder 6) sich überlappen können.

6. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich in den Wellen (2) die Kanäle (18) und im Gehäuse die Kanäle (19) befinden, die mit den Drucksystemen (39) und (40) verbunden sind.

7. Rotationskolbenverbrennungskraftmaschine mit Mehrkammersystem und Arbeitsprinzip dazu nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Rotationskolben (49, 50) der Nachexpansionskammer breiter sind als die Rotationskolben (47, 48) der Ansaugkammer.