DE102004012962A1

DE102004012962A1 - Doppelwirkender Kreiskolbenmotor

Info

Publication number: DE102004012962A1
Application number: DE200410012962
Authority: DE
Inventors: Gerhard Ehlig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Der doppelwirkende Kreiskolbenmotor besteht aus einem Stator und einem exzentrisch gelagerten, einer dreibogigen Trochoide entsprechendem Läufer, welcher durch Ablaufen eines Ritzels in einem am Stator befestigten Hohlrad mit 1/3 Winkelgeschwindigkeit dem Exzenter entgegendreht und dabei als innere Hüllfigur vier Arbeitsräume begrenzt, in denen nach dem Zweitaktverfahren Kraftstoff verbrannt wird. DOLLAR A Die Doppelwirkung des Rotors bezieht sich auf gleichzeitige Nutzung des Rotormanetels als äußere Hüllfigur bei der Erzeugung des Vorverdichtungsdruckes für die Ladungswechsel. DOLLAR A Bei jeder Exzenterdrehung entstehen vier, sich überschneidende Arbeitsphasen von insgesamt 720 DEG Exzenterwinkel. DOLLAR A Das Doppelwirkungsprinzip kann auch zum raumsparenden Verdrängen eines Mediums, beispielsweise als Lader für Verbrennungsmotoren, genutzt werden.

Description

Von verschiedenen, möglichen Kreiskolbenmaschinen hat nur der von F. Wankel entwickelte Kreiskolbenmotor technische Bedeutung erlangt.

Dessen vorteilhaften Eigenschaften, wie gutes Masse-Leistungsverhältnis, günstiger Drehmomentverlauf und ruhige Laufkultur infolge reiner Rotationsbewegung, steht durch Wandwärmeverluste bedingte Unwirtschaftlichkeit entgegen. Insbesondere im so genannten "heißen Bogen", also Gehäusewandungen, welche ausschließlich mit heißem Gas in Berührung kommen, wird eine erhebliche Wärmemenge über das Kühlmittel abgeführt.

Das Problem besteht darin, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der die Vorteile des Wankel-Motors im Wesentlichen beibehält, ohne dessen Nachteile aufzuweisen.

Mit der im Patentanspruch dargestellten Erfindung wird dieses Problem weitgehend gelöst.

Der erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass ein Verschieben des Brennraumes an der äußeren Gehäusewandung nicht erfolgt und keine, dem Wankelmotor vergleichbare heiße Zonen entstehen.

Das beim Ladungswechsel zugeführte Frischgas kommt mit jedem Teil der Hüllfiguren in Berührung und kühlt diese ab, ohne die dabei übernommene Wärmeenergie an ein Kühlmittel abzugeben.

Die technische Ausführung der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der Folge näher beschrieben.
Zu Anspruch 1 (1 und 1a)
Das Gehäuse des Motors besteht aus vier gleichartigen Kammern, deren Volumen sich je nach Stellung des Verdrängers ändert.
Die Stellung des Rotors in der oberen Kammer (14) entspricht dem unteren Totpunkt eines Hubkolbenmotors, während in der gegenüberliegenden Kammer (13) die maximale Verdichtung erreicht ist.
Die dem Uhrzeigesinn Entgegengerichtete Eigendrehung des Läufers um den Exzentermittelpunkt, führt zur periodischen Volumenveränderung jeder einzelnen Kammer. Dabei kontaktiert die äußere Seite des Rotormantels (4) über Dichtleisten (10) ständig an vier stationären Punkten mit dem Gehäuse und grenzt die die einzelnen Kammern voneinander ab.
Der Rotormantel ist durch eine Rotorscheibe (5) mit der exzentrisch gelagerten Rotorbuchse (2) verbunden, die als Ritzel in einem am Stator befestigten Hohlrad (3) abläuft und dem Läufer eine Eigendrehung von einem Drittel Winkelgeschwindigkeit des Exzenters (1), entgegen dessen Drehrichtung verleiht. Ein- und Ausschub von frischem und verbranntem Gas erfolgen über, in der vom Betrachter abgewandten Stirnseite des Gehäuses angebrachte Schlitze (6/7) Das Verdichtungsverhältnis wird durch die frei wählbare Form der äußeren Arbeitsraumbegrenzung bestimmt.
Die Beschreibung der Arbeitsweise bezieht sich in der Folge auf die untere Kammer (13) Nach erfolgter Zündung vergrößert sich das Volumen der Kammer und es gelangt ein Drehmoment auf die Exzenterwelle.
Gleichzeitig verringert sich das Volumen der inneren Kammer, welche Innenstator (3) und innere Oberfläche des Rotormantels als Hüllfiguren umschließen, so dass eine Vorverdichtung des darin befindlichen Frischgases erfolgt.
Vor Erreichen des maximalen Brennraumvolumens bei 180° Exzenterwinkel, gibt die Läuferkante den Auslassschlitz (7) frei und die Abgase können entweichen. Kurz darauf verbindet der Überstromkanal (8), welcher sich in der dem Betrachter zugewandten Gehäusestirnseite befindet, Brenn- und Vorverdichtungsraum mit einander, wodurch Frischgas in den Brennraum strömen und die Abgase verdrängen kann.
Nachdem die beiden Räume wieder getrennt sind und der Läufer den Auslassschlitz verschlossen hat, erfolgt die Verdichtung in der Arbeitskammer.
Mit Erreichen des Einlassschlitzes (6) durch die Öffnung (9) in der Rotorscheibe, kann Frischgas in die sich vergrößernde innere Kammer strömen.
Der beschriebene Ablauf erfolgt in jedem der vier Sektoren der Maschine während einer Exzenterdrehung, so dass vier sich überschneidende Arbeitsphasen von insgesamt 720° Exzenterwinkel entstehen.
Zu Anspruch 2 (2 und 2a)
Diese Ausführung verzichtet auf das Doppelwirkungsprinzip des Rotormantels. Der Rotor besitzt einen Hohlraum (5), in welchem das Vorverdichtete Frischgas gespeichert wird.
Ein- und Auslassschlitze (6/7) befinden sich in der dem Betrachter abgewandten Stirnseite, wogegen die Überströmkanäle (8/10) in der vorderen Stirnwand angebracht sind. Die Speicheröffnungen (9) des Rotors sind dem Betrachter zugewandt und tangieren Ein- und Auslassschlitze nicht.
Der Verbrennungsvorgang findet nur in der oberen und unteren Kammer statt. Rechte und linke Kammer hingegen, dienen lediglich dem Ansaugen und der Vorverdichtung des Frischgases.
In seiner gegenwärtigen Stellung bewirkt der Läufer folgende Vorgänge:
Obere Kammer: Austritt der Abgase durch Auslassschlitz (7) Überströmen von Vorverdichtetem Frischgas aus dem Hohlraum (5) des Läufers durch Öffnung (9) und Überströmkanal (8) in die Brennkammer.
Rechte Kammer: Volumenvergrößerung und Ansaugen von Frischgas durch den Einlassschlitz (6)
Untere Kammer: Zünden
Linke Kammer: Volumenverringerung und Eindrücken des Frischgases in den Rotorspeicher durch Überströmkanal (10) und Läuferöffnung (9).
Pro Exzenterdrehung erfolgen bei dieser Ausführung zwei Arbeitsphasen von jeweils 180° Exzenterwinkel.
Zu Anspruch 3 (3)
Hierbei soll die Maschine als Verdränger arbeiten und bei gleicher Drehzahl das Fördervolumen einer ähnlich großen Hubkolbenmaschine um das Mehrfache übertreffen, indem durch das Doppelwirkungsprinzip des Rotormantels, dieser gleichzeitig als innere und äußere Hüllfigur in Verbindung mit dem Stator (11) acht voneinander abgegrenzte Kammern mit veränderlichem Volumen umschließt.
Alle in den vier baugleichen Sektoren der Maschine erfolgenden Ein- und Ausschubvorgänge sind weggesteuert, so dass jegliche oszillierende Bauelemente entfallen.
Die Ein- und Ausschubschlitze (6/7) befinden sich in der vom Betrachter abgewandten Stirnseite, welche von der Rotorscheibe (5) abgedeckt ist.
Die Wirkungsweise wird anhand der Rotorstellung in der Zeichnung verdeutlicht. Benutzte Bezugszeichen gelten für alle Sektoren der Maschine gleichermaßen.
Oberer Sektor

Äußere Kammer: Maximales Volumen ist erreicht Der äußere Läuferrand hat den Einlass (6) verschlossen Bei Weiterdrehung des Rotors entgegen dem Uhrzeigersinn verringert sich das Volumen und der Überströmkanal (9) verbindet die obere mit der linken Kammer, wohin das Medium aus der oberen strömt, bis der Auslass freigegeben ist.
Innere Kammer: Beginn der Volumenvergrößerung Innerer Überströmkanal (8) verbindet zu linker Kammer, aus welcher das Medium strömen kann, bis Öffnung (10) der Rotorscheibe den Einlass (6) tangiert.

Rechter Sektor

äußere Kammer: Volumenvergrößerung Ansaugen durch Einlassschlitz (6)
Innere Kammer: Volumenverringerung Ausschub durch Scheibenöffnung (10) und Auslass (7)

Unterer Sektor

Äußere Kammer: Beginn der Volumenvergrößerung Überströmkanal (9) schafft Verbindung zur rechten Kammer bis Einlassschlitz frei wird
Innere Kammer: Beginn Volumenvergrößerung Innerer Überströmkanal (8) verbindet zu rechter, innerer Kammer bis Auslass frei wird

Linker Sektor

Äußere Kammer: Volumenverringerung, Ausschub
Innere Kammer: Volumenvergrößerung, Ansaugen

Alle Überströmkanäle sind als Kolbenmulden ausgebildet.

Claims

Doppelwirkender Kreiskolbenmotor zum Erzeugen eines Drehmomentes durch Verbrennen von Kraftstoff im Zweitaktverfahren, wobei ein exzentrisch gelagerter Rotor, dessen Mantel einem dreibogigen Trochoidenausschnitt entspricht, als innere Hüllfigur in Verbindung mit dem Gehäuse vier verschiedene Arbeitsräume bildet und zugleich als äußere Hüllfigur mit dem Innenstator eine Vorverdichtung des Arbeitsgases für die Ladungswechsel bewirkt, indem der Rotormantel durch eine Rotorscheibe mit der Rotorbuchse verbunden ist, deren zentrales Ritzel in einem, am Stator befestigten Hohlrad abläuft und der Rotor dem Exzenter mit 1/3 Winkelgeschwindigkeit entgegendreht. Das Verhältnis von Hohlrad und Ritzel entspricht 4:3. (1 und 1a)
Kreiskolbenmotor nach Anspruch 1, wobei lediglich zwei gegenüberliegende Arbeitsräume des Stators zum Verbrennen genutzt werden, während die beiden verbleibenden Kammern veränderlichen Volumens, dem Ansaugen von Frischgas und dessen Vorverdichtung dienen und der Läufer zwei Rotorscheiben besitzt, die einen konstanten Hohlraum im Rotor umschließen, der das Vorverdichtete Gas speichert. 2 und 2a)
Doppelwirkende Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, die zum Fördern oder Verdichten eines Mediums genutzt wird, wobei der Rotormantel in Verbindung mit dem Stator als innere und äußere Hüllfigur das Medium vollständig kapselt und in die Druckleitung verschiebt, ohne zur Steuerung der Flussrichtung oszillierende Bauelemente zu benötigen. (3)