DE10110261A1 - Rotationskolben-Verbrennungsmotor - Google Patents

Abstract

Bei einem nach dem 4-Takt-Prinzip arbeitenden Rotationskolben-Motor werden die Arbeitsräume durch die zylindrischen Innenflächen des Außengehäuses und des Nutgrundes, durch zwei Rotorscheiben, die auf den axialen, einander zugewandten Seitenflächen wellenförmige Erhebungen aufweisen und auf einer Welle drehfest montiert sind, einer ebenen Trennwand, die zwischen den wellenförmigen Rotorwänden angebracht ist, und einer Lamellendichtung gebildet. Die Trennwand ist mit dem Außengehäuse fest verbunden und teilt den gesamten Umfang des Rotors in die Bereiche Ansaug- und Verdichtungsraum auf der einen Seite und Expansions- und Ausschieberaum auf der anderen Seite. DOLLAR A In der Trennwand ist eine axial bewegliche Lamellendichtung angeordnet, deren Länge so bemessen ist, daß sie profilierte Kontur der linken und rechten Rotorscheibe berührt und bei Drehung des Rotors durch diese hin- und herbewegt wird. DOLLAR A In der Lamellendichtung selbst sind in Drehrichtung und entgegen dazu Aussparungen vorgesehen, die in radiale Überströmkanäle münden. Diese Kanäle stehen wechselweise in Abhängigkeit der Winkelstellung des Rotors und damit von der Lage der Lamellendichtung mit jeweils einem Ein- oder Ausströmkanal des Brennraumes zeitanteilig in Verbindung. In diesen Stellungen wird zum einen verdichtete Luft in den Brennraum geschoben, zum anderen strömt nach der Verbrennung im Brennraum das heiße Gas über den Ausströmkanal in den Expansionsraum und verrichtet dort die Dreharbeit. DOLLAR A Die Steuerung ...

Description

Eine ähnliche Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist in DT 23 42 393 beschrieben. Hierbei sind die Arbeitsräume mittels drehschwingbeweglicher Absperrteile in Arbeitskammern mit Ein- und Auslassöffnungen unterteilt. Wegen der erforderlichen Schwenkbarkeit und zeitgleicher Dichtfunktion der Absperrteile innerhalb der Trennwand weisen diese auf der Vorderseite eine gewölbte Fläche auf (Zylindersegment).

Infolge der ebenfalls zylindrischen Ausführung der oberen und unteren Begrenzungsflächen der Arbeitskammern (Außengehäuse­ innenwand und Rotornutgrund) kommen beim Einschwenken der Absperrteile in die Arbeitskammern die Außenradien der Absperrteile und die Radien der oberen und unteren Kammerbegrenzung zur Anlage. Da sich zwei Radien nur in einem Punkt berühren können, ist eine Abdichtung der Arbeitsräume, entgegen der Beschreibung, nicht möglich.

Zudem sind Brennkammern als Bohrungen ausgeführt, die wegen des äußerst ungünstigen Oberflächen-/Volumenverhältnisses keinen ausreichend guten Verbrennungswirkungsgrad erwarten lassen.

Die der eingereichten Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine der o. g. Art so auszubilden, daß die Abdichtung der Arbeitsräume gewährleistet ist und eine optimale Verbrennung stattfinden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst (s. Fig. 1 u. 2), daß die Arbeitsräume durch die zylindrischen Innenflächen des Außengehäuses und des Nutgrundes (1.1/2.3), zwei längs der axialen Umfangswandung der Rotorscheiben (2.1/2.2) wellenförmigen Wänden, einer ebenen Trenn­ wand (4) und einer Lamellendichtung (5) gebildet werden. Die Trennwand (4) selbst ist mit den Außengehäuseteilen (1.4/1.5) fest verbunden und teilt den gesamten Umfang des Rotors in zwei Bereiche, wobei auf der einen Seite ein Ansaug- (8) u. Verdichtungs­ raum (6) und auf der anderen Seite ein Expansions- (7) und Aus­ schieberaum (9) entstehen. Dabei besteht zwischen der Trennwand (4) und den beiden, der Trennwand nächstgelegenen, Rotorflanken ein minimaler Dichtspalt. Eine axial bewegliche Lamellendichtung (5) ist in dieser Trennwand (4) gelagert und steuert mittels in der Dichtung angebrachter Aussparungen (10/11) die Ein- und Auslaßöffnungen der radialen Überströmkanäle (12/13) zu den Ein- und Ausströmkanälen (15/16) in und aus dem Brennraum (14), der in der Trennwand (4) oberhalb der Dichtung (5) angeordnet ist. Der Brennraum (14) selbst verfügt über mindestens einen Ein- und Ausströmkanal (15/16), wobei jeweils ein Kanal mit der von der Trennwand links, der andere mit der von der Trennwand rechts angeordneten Arbeitskammern (s. Fig. 2), abhängig von der Winkelstellung des Rotors, in Verbindung steht.

Die in Querschnitt und Lage veränderlichen radialen Überström­ kanäle (12/13), vom Verdichtungsraum (6) zum Brennraum (14) und von diesem zum Expansionsraum (7), werden von der Lamellen­ dichtung (5) in Abhängigkeit der Stellung des Rotors mittels der Aussparungen in der Dichtung gebildet.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Die Zeichnung Fig. 1 zeigt das stationäre Außengehäuse, das aus den Gehäusemantelteilen (1.4 u. 1.5) mit zylindr. Innenbohrung (1.1) und den beiden Seitenwänden (19 u. 20) gebildet wird. In den Seiten­ wänden (19 u. 20) ist die Welle (3), die um die Achse (30) drehbar angeordnet ist, gelagert. Auf dieser Welle sind die beiden Rotor­ scheiben (2.1 u. 2.2), die ebenfalls eine kreiszylindrische Umfangs­ geometrie aufweisen und mit einem minimalen Laufspiel zur Innen­ fläche (1.1) der Außengehäuseteile (1.4/1.5) ausgeführt sind, drehfest montiert.

Zwischen beiden Rotorscheiben (2.1 u. 2.2) ist eine ebene Trennwand (4) mit den Außengehäuseteilen (1.4/1.5) verschraubt. Die radialen und axialen Abmessungen der Trennwand sind so gewählt, daß sie radial in eine Vertiefung (29) in die Rotornabenteile eindringt (Ab­ dichtfunktion) und axial mit den der Trennwand (4) zugewandten Erhebungen der Rotorscheiben einen Dichtspalt bildet.

Die Trennwand (4) unterteilt den wellenförmigen Verlauf des aus den beiden profilierten Rotorseitenwänden (2.1/2.2) gebildeten Raumes in zwei voneinander getrennte, rechteckig ausgebildete Kammern, die jeweils von der zylindr. Innenfläche (1.1) der Außengehäuseteile (1.4 u. 1.5), der linken bzw. rechten Trennwandseite (4.1/4.2), der profilierten axialen Seitenwand der jeweiligen Rotorscheibe (2.1/2.2) und der zylindr. unteren Rotorfläche am Nutgrund (2.3) begrenzt werden (s. Fig. 1).

In der Trennwand (4) ist die Lamellendichtung (5) angeordnet, deren axiale Länge so ausgeführt ist, daß sie die profilierte Innenkontur der li. u. re. Rotorscheibe (2.1/2.2) berührt und deren radiale Höhe sich von der zyl. Innenfläche (1.1) der Außengehäuseteile (1.4/1.5) bis zur zylindrischen unteren Rotorfläche am Nutgrund (2.3) erstreckt.

Die Lamellendichtung (5) selbst ist im oberen Bereich li. und re. der Trennwand mit Aussparungen (10/11) versehen, die in radialen Über­ strömkanälen (12/13) münden. Dabei sind die Aussparungen in der Dichtung so ausgeführt, daß sie in der Verdichtungskammer (6) in der Rotorlaufrichtung, auf der anderen Seite der Trennwand, in der Expansionskammer (7), entgegen der Laufrichtung der Rotoren ange­ ordnet sind (s. Fig. 1; Fig. 2 u. Fig. 3).

Die Lage der Aussparungen (10/11) mit den radialen Überström­ kanälen (12/13) in der Lamellendichtung (5) ist so festgelegt, daß diese beim axialen Verschieben der Einzellamellen, abhängig von der Winkelstellung des Rotors, verändert wird und in der axialen End­ stellung ein Überströmkanal (12 oder 13) der Dichtung auf der einen Seite der Trennwand (4) mit einem Ein- oder Ausströmkanal (15 oder 16) eine direkte Überdeckung aufweist, während der Kanal der anderen Seite soweit verschoben ist, daß keine Verbindung mehr zum Brennraum besteht. Dieser Brennraumkanal wird in diesem Fall von der zylindrischen Außenfläche (2.5) der axialen Rotorerhebung abgedeckt (s. Fig. 2).

Bei der Drehung des Rotors wird die Lamellendichtung infolge der profilierten Innenseiten der Rotorscheiben axial hin- und herbewegt. Dabei ändern die 4 voneinander getrennten Arbeitskammern (6/7/8/9) ihre Volumina. Wie Fig. 2 zeigt, erfolgt zeitgleich zum Ansaugen über den Ansaugkanal (17), infolge der Volumenvergrößerung von Kammer (8), in Kammer (6) die Verdichtung des vor ca. 180° angesaugten Gases (Luft oder Luft-Kraftstoff-Gemisches). Durch die im oberen Bereich der Lamellendichtung (5) angebrachte Aussparung (10) strömt das verdichtete Gas über den Überströmkanal (12) und Einströmkanal (15) zum Brennraum (14). Die Verdichtung ist beendet, wenn die Lamellendichtung axial soweit verschoben ist, bis keine Verbindung mehr zwischen Raum (6) und der Lamellenaus­ sparung (10) besteht. In dieser Stellung der Lamellendichtung, bei der auch die Verbindung zwischen dem Überströmkanal (12) und dem Einströmkanal (15) unterbrochen ist, erfolgt die Zündung des verdichteten Gemisches. Zeitgleich ist auch keine Verbindung des Ausströmkanals (16) zum Überströmkanal (13) mehr vorhanden.

Beim Weiterdrehen der Rotorscheiben (2.1/2.2) werden die Lamellen der Dichtung weiter nach rechts bewegt und der Überströmkanal (11) wird mit der Expansionskammer (7) und dem Ausströmkanal (16) des Brennraumes (14) verbunden. Durch das mit hohem Druck ein­ strömende Verbrennungsgas in Kammer (7) und dessen Expansion, wird der Rotor in Drehrichtung weiterbewegt.

Parallel zur Expansionsphase erfolgt auf der Rückseite der Lamellen­ dichtung (Ausschiebekammer (9)) das Ausschieben des verbrannten Gases über den Auslasskanal (18) (s. Fig. 2).

Die dargestellte Erfindung basiert, wie beschrieben, auf dem be­ kannten Ablauf eines 4-Takt-Hubkolbenmotors, wobei die trans­ latorische Kolbenbewegung in eine rotatorische Bewegung überge­ führt wird. Die Steuerung des Gaswechsels wird dabei von einer axial beweglichen Lamellendichtung übernommen, so daß hierbei auf die üblicherweise notwendigen Steuerungselemente (Nockenwelle, Be­ tätigungshebel, Ventile mit Federn und Federtellern, etc.) verzichtet werden kann.

Die Schmierung der aufeinander gleitenden Flächen und der Lamellendichtung erfolgt mittels einer, von der Welle (3) ange­ triebenen Ölpumpe.

Bei entsprechender Gestaltung der Rotorscheiben wird ein bzgl. Massen-Kräften und -Momenten voll ausgeglichener Motor mit hoher Laufruhe erreicht.

In Fig. 4 ist ein Zweischeibensystem dargestellt. Dieses wird durch eine weitere Rotorscheibe (2.4), sowie die bekannten Komponenten Trennwand und Außengehäuse ergänzt. Abhängig von der geforderten Leistung kann aber auch durch die Aneinanderreihung von weiteren Rotorscheibenpaaren jede beliebige Variante dargestellt werden.

Claims (6)

1. Die Erfindung betrifft einen Rotationskolben-Verbrennungsmotor mit, innerhalb eines kreiszylindrischen, stationären Gehäuses (1.4/1.5), umlaufenden Rotorscheiben (2.1/2.2), die mit einer Welle (3) drehfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus mindestens 2 Scheiben (2.1/2.2) besteht, wobei beide Scheiben in einem radialen Bereich an den einander zugewandten Stirnseiten in Segmenten von ca. 180° jeweils in axialer Richtung eine Erhöhung und im anderen Bereich der Seitenfläche eine Vertiefung aufweisen.
Das Profil der einen Scheibe (2.1) ist bei der gegenüberliegenden Scheibe (2.2) als Negativ ausgeführt. Beide profilierten Bereiche der Scheiben sind axial voneinander getrennt. In diesem Zwischenraum ist eine mit dem Außengehäuse fest verbundene ebene Trennwand (4) montiert, deren Breite so ausgelegt ist, daß sie, mit den der Trennwand zugewandten Erhebungen der Innenwandungen der Rotorscheiben (2.1/2.2), einen minimalen Dichtspalt bildet.
In der Trennwand (4) selbst ist eine, über der radialen Höhe des profilierten Bereiches der Seitenflächen sich erstreckende, axial bewegliche Lamellendichtung (5) eingebracht, die an beiden zugewandten Seitenflächen der Rotorscheiben dichtend anliegt und somit Arbeitsräume mit der Trennwand (4), den profilierten Rotorwänden (2.1/2.2), dem Nutgrund (2.3) und der Innenwand (1.1) der stationären Gehäusemantelteile (1.4/1.5) bilden.
Innerhalb der Lamellendichtung (5) sind tangential zur Umfangs­ richtung, und zwar in Laufrichtung der Rotorscheiben in der Verdichtungskammer (6) und entgegen der Laufrichtung der Rotor­ scheiben in der Arbeitskammer (7), Aussparungen (10/11) in einem Teil der Einzellamellen vorgesehen, die Kanäle bilden und so be­ messen sind, daß diese wechselseitig, entsprechend der Winkel­ stellung des Rotors, mit den Arbeitsräumen in Verbindung stehen.
Beide Kanäle münden in radialen Bohrungen (Überströmkanäle 12/13), die bis zur Trennebene an der Innenwand der Außen­ gehäuseteile (1.4/1.5) geführt sind.
In der Trennwand (4) ist über der Lamellendichtung (5) ein Brennraum (14) angeordnet, der mindestens über einen Ein- und Ausströmkanal (15 und 16) verfügt. Diese Kanäle stehen wiederum, abhängig von der Winkelstellung des Rotors und der damit zugeordneten Stellung der Lamellendichtung mit den radialen Bohrungen (12/13) der Dichtung (5) ebenfalls wechselseitig in Verbindung.

2. Rotationskolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellendichtung neben der Abdichtung der Arbeitsräume auch die Steuerung der Ein- und Auslassvorgänge übernimmt.

3. Rotationskolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennraum eine Zündeinrichtung vorgesehen werden kann.

4. Rotationskolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß in dem Brennraum eine Kraftstoffeinspritzung vorgesehen werden kann.

5. Rotationskolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Motor bei entsprechender Ver­ dichtung als Dieselmotor betrieben werden kann.

6. Rotationskolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß dieses Aggregat bei entsprechenden Änderungen an der Lamellendichtung und am Brennraum auch als Arbeitsmaschine (Verdichter) betrieben werden kann.