-
Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Brennkraftmaschine.
-
Drehkolben-Brennkraftmaschinen sind in zahlreichen Ausführungen bekannt. So offenbart die
DE 2 218 132 C3 eine Drehkolben-Brennkraftmaschine, bei der mehrere einzelne Einheiten in Tandem-Bauart zusammengefügt sind. Jede der Einheiten besteht aus zwei kreisförmigen, auf parallelen Wellen befestigten Drehkolben, von denen jeder über einen Teil seines Umfangs mit einer Ausnehmung in Form eines Kreisringabschnitts versehen ist, die in Folge Kämmeingriffs bei einem Kolben einer Einheit als Kompressionsraum und beim anderen Kolben der selben Einheit als Expansions- oder Arbeitsraum dient. Hierbei ist jede Einheit von zwei kreisförmigen Drehkolben von einem Gehäuse umschlossen, dass aus zwei Seitenwänden und einem Mantel besteht, der im Achsnormalschnitt die Form zweier sich überschneidender Kreise hat. Um eine Drehkolben-Brennkraftmaschine mit mehreren Einheiten vorzusehen, beispielsweise mit vier Zylindern, müssen die einzelnen Gehäuse der einzelnen Einheiten nebeneinander angeordnet werden. Zwischen dem Kompressionsraum einer Einheit und dem Expansionsraum einer neben dieser Einheit angeordneten zweiten Einheit ist eine Verbindungsleitung vorgesehen, um das in dem einen Kompressionsraum erzeugte und verdichtete Brennstoff-Luft-Gemisch über die Verbindungsleitung in den Expansionsraum der benachbarten Einheit bewegen zu können. Diese Ausbildung weist den Nachteil auf, dass die Verbindung mehrerer Einheiten zu einer mehrzylindrigen Drehkolben-Brennkraftmaschine in axialer Richtung viel Raum beansprucht, so dass eine mehrzylindrige Drehkolben-Brennkraftmaschine relativ breit in axialer Richtung baut. Auch müssen jeweils die Gehäuse der einzelnen Einheiten abgedichtet werden, was einen erheblichen Aufwand bedeutet.
-
So offenbart die
US 4,236,496 A eine Rotationsmaschine mit voneinander getrennten Kolbenscheiben, welche an Trennwänden von separaten Kammern reiben. Diese Rotationsmaschine geht auf Entwicklungen von Pappenheim von 1636, Jones von 1848, dem Root's Gebläse von 1866 und Behrens von 1867 zurück. Dort ergeben sich nachteilig große Gleitflächen und eine starke Belastung der Zahnräder. Auch weist die dortige Rotationsmaschine keinen Verbindungskanal mit Zündvorrichtung, Verbindungskanaleingang und Verbindungskanalausgang auf, wobei letztere im Bereich der Mantelflächen der Kolbenscheiben münden und sukzessive verschließbar sind.
-
DE 36 27 962 A1 offenbart eine zur
US 4,236,496 A ähnliche Rotationsmaschine, bei der sich zwischen einzelnen Drehkolben Zwischenplatten befinden. Dies führt wie bei der Rotationsmaschine nach US 4,236,496 A zu großen Gleitflächen zwischen Drehkolben und Zwischenplatten, was zu großen Verlusten an Verdichtung und Leistung führt. Zudem ergibt sich dann eine starke Belastung der Zahnräder, und die Konstruktion ist dort sehr aufwändig und benötigt viel Platz.
-
DE 43 23 345 C2 offenbart eine Drehkolben-Brennkraftmaschinen mit zwei im wesentlichen gleichen, runden, senkrecht zueinander angeordneten Scheiben, welche um aufeinander senkrechten Drehachsen rotieren. Hierdurch ergeben sich nachteilig hohe Axialkräfte.
-
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine bereit zu stellen, welche die oben genannten Nachteile überwindet und insbesondere einen kompakten, leistungsfähigen und einfach abzudichtenden Aufbau und einen energiesparenden Betrieb ermöglicht.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und bevorzugte Weiterbildungen können den Unteransprüchen entnommen werden.
-
Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnungen. Diese zeigen:
-
1: eine schematische Draufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel einer Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung mit aufgeschnittenem Gehäuse von oben;
-
2: eine schematische Seitenansicht auf die Drehkolben-Brennkraftmaschine aus 1 entlang der Schnittlinie A-A;
-
3: eine schematische Seitenansicht auf die Drehkolben-Brennkraftmaschine aus 2 entlang der Schnittlinie B-B;
-
4a–f: schematische Darstellungen unterschiedlicher Betriebszustände während eines Arbeitszyklus der Drehkolben-Brennkraftmaschine entsprechend der Ansicht in 2;
-
5a–c: eine schematische Seitenansicht der Drehkolben-Brennkraftmaschine nach 2 für unterschiedliche Steuerwinkel;
-
6: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine in axialer Richtung;
-
7: eine schematische Draufsicht auf die Drehkolben-Brennkraftmaschine aus 6 entlang der Schnittlinie C-C;
-
8: eine schematische Schnittansicht entsprechend 2 durch eine Weiterbildung der Drehkolben-Brennkraftmaschine des ersten Ausführungsbeispiels;
-
9: eine schematische Seitenansicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung mit
-
10: eine schematische Seitenansicht auf die Drehkolben-Brennkraftmaschine aus 9 entlang der Schnittlinie D-D.
-
Eine in 1 bis 3 schematisch dargestellte Drehkolben-Brennkraftmaschine weist als wesentliche Bestandteile sechs im Wesentlichen gleiche Scheiben 1 bis 6 auf. Die Scheiben 1 und 5 werden auch als einlassseitige äußere Scheiben bezeichnet, während die Scheiben 2 und 6 auch als abtriebsseitige äußere Scheiben bezeichnet werden. Die Scheiben 3 bzw. 4 werden auch als mittlere, einlass- bzw. abtriebsseitige Scheiben bezeichnet. Die Scheiben 1 bis 6 bestehen grundsätzlich aus Kreisscheiben, welche einen Kolbenbereich größeren Durchmessers und einen Zwischenbereich kleineren Durchmessers aufweisen, wie aus 2 hervorgeht. Die beiden Bereiche nehmen jeweils etwa die Hälfte der Scheiben 1 bis 6 ein.
-
Die Scheiben 1, 3 und 5 sind auf einer Welle 7 befestigt, während die Scheiben 2, 4 und 6 auf einer Abtriebswelle 8 angeordnet sind. Beide Wellen 7, 8 drehen im motorischen Betrieb gegensinnig in die in 2 gezeigten Richtungen, die Welle 7 also im Gegenuhrzeigersinn und die Abtriebswelle 8 im Uhrzeigersinn. Um einen synchronen Lauf der Wellen 7, 8 sicherzustellen, weisen diese in 1 bis 3 nicht gezeigte, ineinander kämmende Zahnräder auf, welche eine Kopplung im Umdrehungsverhältnis 1:1 sicherstellen.
-
Wie insbesondere aus 1 hervorgeht, bilden die Scheiben 1 und 2, 3 und 4 sowie 5 und 6 jeweils einander zugeordnete Scheibenpaare. Die Zwischenbereiche und Kolbenbereiche der einander zugeordneten Scheibenpaare sind so auf der Welle 7 bzw. der Abtriebswelle 8 angeordnet, dass sie miteinander kämmend in Eingriff gelangen. Anhand der in 2 vollständig sichtbaren inneren Scheiben 3 und 4 ist leicht erkennbar, dass während ungefähr einer halben gegensinnigen Umdrehung der beiden Scheiben 3 und 4 der innere Umfang des Zwischenbereichs der einlassseitigen Scheibe 3 auf dem äußeren Umfang des Kolbenbereichs der abtriebsseitigen Scheibe 4 abrollt (in 1–3 und 4a, b und f dargestellt). Während der anderen halben gegensinnigen Umdrehung hingegen rollt der innere Umfang des Zwischenbereichs der abtriebsseitigen Scheibe 4 auf dem äußeren Umfang des Kolbenbereichs der einlassseitigen Scheibe 3 ab (in 4c–e dargestellt).
-
Das in 2 hinter dem Scheibenpaar 3, 4 liegende äußere Scheibenpaar 1, 2 wie auch das in 2 nicht sichtbare Scheibenpaar 5, 6 sind gegenüber dem Scheibenpaar 3, 4 um einen Steuerwinkel α auf den Welle 7 bzw. 8 verdreht angeordnet. Wie später noch beschrieben wird, kann dieser Verdrehwinkel zur Einstellung der Verdichtung geändert werden.
-
Die Scheiben 1 bis 6 sind von einem Gehäuse 9 umgeben, welches im Wesentlichen aus zwei an ihren Längsseiten miteinander verbundenen Teilzylindern besteht. In dem in 2 linken, als Kompressionszylinder 10 bezeichneten Teilzylinder befindet sich oben eine über alle Scheiben 1, 3, 5 reichender Einlass 11 für ein Brennstoff-Luft-Gemisch. In dem in 2 rechten, als Expansionszylinder 12 bezeichneten Teilzylinder befindet sich unten ein nur im Bereich der äußeren Scheiben 2, 6 verlaufender Auslass 13 für das verbrannte Brennstoff-Luft-Gemisch, im Bereich der mittleren Scheibe 4 läuft diese abdichtend auf dem Expansionszylinder 12 ab.
-
Die Umfangsseiten und Seitenflanken der Scheiben 1–6 laufen abdichtend an den Wänden des Kompressions- bzw. Expansionszylinders 10, 12 sowie den Umfangseiten bzw. Seitenflanken der benachbarten Scheiben 1–6 um. Das im Kompressionszylinder 10 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch kann somit nur über einen Verbindungskanal 14 aus dem Kompressionszylinder 10 in den Expansionszylinder 12 gelangen. Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, befinden sich Verbindungskanaleingänge 15 unten auf den stirnseitigen Außenseiten des Kompressionszylinders 10, während ein Verbindungskanalausgang 16 im Umlaufbereich der expansionsseitigen mittleren Scheibe 4 in den Expansionszylinder 12 reicht. Die Verbindungskanaleingänge 15 werden auch mit VKE bezeichnet, der Verbindungskanalausgang 16 auch mit VKA.
-
Um das Brennstoff-Luft-Gemisch, welches im Kompressionszylinder 10 und dem Verbindungskanal 14 komprimiert wird, zünden zu können, sind im Bereich der Verbindungskanaleingänge 14 Zündkerzen 17 und im Bereich des Verbindungskanalausgangs 16 eine Zündkerze 18 vorgesehen.
-
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine wird nun anhand eines Arbeitszyklus in 4a) bis f) sowie der am Ende der Beschreibung beigefügten Tabelle detailliert erläutert.
-
4a) zeigt die Stellung der Scheiben 1–4 zu Beginn eines Arbeitszyklus. Der Einlass 11 ist dabei im Bereich der Scheiben 1 und 5 geschlossen, während sie im Bereich der mittleren einlassseitigen Scheibe 4 zum Ansaugen von Brennstoff-Luft-Gemisch geöffnet ist.
-
Im unteren Bereich des Kompressionszylinders 10 sind die Verbindungskanaleingänge 15 geöffnet, während der Verbindungskanalausgang 16 durch die expansionsseitige mittlere Scheibe 4 verschlossen ist. Somit wird im unteren Bereich des Kompressionszylinders 10 befindliches Brennstoff-Luft-Gemisch durch alle drei Scheiben 1, 3 und 5 in deren Zwischenbereich und im Verbindungskanal komprimiert.
-
Im Expansionszylinder 12 endet die Expansionsphase im Bereich der äußeren Scheiben 2 und 6, wobei diese den Auslass 13 noch verschließen. Die verbrannten Abgase im Bereich des Zwischenbereichs der mittleren Scheibe 4 werden in Richtung des Auslass 13 gleitend und somit gedrosselt zum Auslass 13 verschoben.
-
Anschließend wird vom Zustand in 4a) ausgehend zunächst weiterhin im Bereich der mittleren Scheibe 3 des Kompressionszylinders 10 oben Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt, wobei sich dann sukzessive Scheiben 1, 5 des Kompressionszylinders 10 mit ihren Zwischenbereichen zum Einlass 11 hin öffnen. Hierdurch wird verstärkt Brennstoff-Luft-Gemisch in den freiwerdenden Zwischenraum zwischen Kompressionszylinder 10, den Scheibenumfängen der Scheiben 1, 3, 5 und 2, 4, 6 angesaugt.
-
Im unteren Bereich des Kompressionszylinders 10 wird das Brennstoff-Luft-Gemisch zwischen Kompressionszylinder 10, den Scheibenumfängen der Scheiben 1, 3, 5 und 2, 4, 6 weiter komprimiert, wobei der Verbindungskanalausgang 16 nach wie vor durch die mittlere Scheibe 4 des Expansionszylinders 12 verschlossen ist.
-
Währenddessen wird im Expansionszylinder 12 der Auslass 13 durch die Scheiben 2 und 6 zunehmen geöffnet, die Abgase im Bereich der Scheiben 2, 4 6 werden gedrosselt zum Auslass 13 geführt und dort abgegeben.
-
In 4b) wird nach wie vor im Bereich der Scheiben 1, 3, 5 oben angesaugt, während im Bereich der mittleren Scheibe 3 unten die Komprimierung beendet wird. Die Komprimierung im Bereich der äußeren Scheiben 1, 5 unten wird jedoch fortgesetzt, wobei das dort befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch nachfolgend weiter in den Verbindungskanal 14 gedrückt wird. Im Expansionszylinder 12 wird nach wie vor Abgas aus dem Bereich der mittleren Scheibe 4 ausgestoßen, wie auch aus den Bereichen der äußeren Scheibe 2 und 6.
-
Dieser Vorgang wird nach 4b) bei nach wie vor geöffneten Verbindungskanaleingängen 15 und geschlossenem Verbindungskanalausgang 16 fortgesetzt, bis der in 4c) gezeigte Zustand erreicht wird. Im oberen Bereich des Kompressionszylinders 10 wird Brennstoff-Luft-Gemisch durch den Einlass 11 im Bereich aller drei Scheiben 1, 3 und 5 angesaugt.
-
Die Verbindungskanaleingänge 15 werden – beginnend mit 4c) – dann durch die äußeren Scheiben 1 und 5 verschlossen, sodass der Komprimierungsvorgang auch durch die Scheiben 1 und 5 beendet ist. Gleichzeitig wird der Verbindungskanalausgang 16 im Expansionszylinder 12 durch die mittlere Scheibe 4 freigegeben, sodass das komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch in den Expansionszylinder 12 gelangen kann. Anschließend wird das noch im Verbindungskanal 14 befindliche komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch durch die Zündkerzen 17 und 18 gezündet, sodass zunächst nur eine Verbrennung im Bereich des Verbindungskanals 14 und des Zwischenbereichs der mittleren Scheibe 4 stattfindet und somit nur diese angetrieben wird.
-
Ausgehend von 4c) werden nach wie vor Abgase im Bereich der Scheibe 4 wie auch im Bereich der Scheiben 2 und 6 durch den Auslass 13 ausgestoßen. Der Ansaugvorgang im Bereich der mittleren Scheibe 3 wird in dem Moment beendet wird, in dem die in Umdrehungsrichtung vordere Kante des Kolbenbereichs der Scheibe 3 den Einlass 11 überstreicht. Im Bereich der äußeren Scheiben 1 und 5 wird oben nach wie vor weiterhin Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt. Eine Komprimierung findet im Kompressionszylinder 10 nicht mehr statt.
-
Mit Erreichen der in 4d) dargestellten Stellung ist das Ansaugen im Bereich der mittleren Scheibe 3 beendet, wobei das im Bereich der Scheibe 3 befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch nach unten verschoben wird. Ebenso wird weiterhin im Bereich der Scheiben 1 und 5 Brennstoff-Luft-Gemisch angesaugt. Zu diesem Zeitpunkt werden dann auch die Bereiche der Scheiben 2 und 6 vollkommen zum Verbindungskanalausgang 16 hin geöffnet, sodass in den Bereichen der Scheiben 2, 4 und 6 Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt wird und Expansion stattfindet. Die Scheibe 2 und 6 dienen somit auch als Nachbrennkammern. Der Ausstoß im Bereich der mittleren Scheibe 4 ist vollständig beendet ist, während die Abgase im Bereich der Scheiben 2 und 6 weiter ausgestoßen werden.
-
Anschließend wird dann bei der in 4e) gezeigten Stellung das Ansaugen des Brennstoff-Luft-Gemischs im Kompressionszylinder 10 vollständig durch Verschließen des Einlass 11 mittels der äußeren Scheiben 1 und 5 beendet. Die Verbindungskanaleingänge 15 sind nach wie vor verschlossen, während der Verbindungskanalausgang 16 nach wie vor geöffnet ist. Ebenso werden die Abgase im Expansionszylinder 12 unten im Bereich der Scheiben 2 und 6 weiter ausgestoßen, bis die in 4f) gezeigte Stellung erreicht ist. Dann wird der Auslass 13 durch die äußeren Scheiben 2, 6 verschlossen. Im oberen Bereich des Expansionszylinder 12 findet nach wie vor die Verbrennung und Expansion im Bereich der Scheiben 2, 4, 6 statt.
-
Mit dem Ende des Ansaugens des Brennstoff-Luft-Gemischs im Kompressionszylinder 10 in 4e) beginnt nun im Kompressionszylinder 10 der Komprimierungsvorgang des im unteren Bereich des Kompressionszylinders 10 befindlichen Brennstoff-Luft-Gemischs bei noch verschlossenen Verbindungskanaleingängen 15 und wird bis zur in 4f) gezeigten Stellung fortgesetzt.
-
Nachfolgend beginnt dann in 4i) das Ansaugen im Bereich der mittleren Scheibe 3 oben. Durch die führende Kante der mittleren Scheibe 4 wird der Verbindungskanalausgang 16 verschlossen. Erst danach werden dann durch Wegrotieren des in Drehrichtung hinteren Endes des Kolbenbereichs der äußeren Scheiben 1, 5 die Verbindungskanaleingänge 15 freigegeben, so dass das komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch in den Verbindungskanal 14 eingeleitet werden kann. In dem in 4f) gezeigten Zustand ist dann auch das Ausstoßen der Abgase in den Auslass 13 beendet, sobald die in Drehrichtung führenden Kanten der äußeren Scheiben 2, 6 die in 4f) gezeigte Stellung erreicht haben.
-
Damit ist ein Arbeitszyklus beendet und ein neuer Arbeitszyklus beginnt.
-
Die Steuerung der Drehkolben-Brennkraftmaschine kann u. a durch Steuerung der Brennstoff-Zufuhr, Steuerung der Zündzeitpunkte sowie Steuerung der Verdichtung erfolgen.
-
In 5a) bis 5c) ist gezeigt, wie durch einen unterschiedlichen Steuerwinkel α zum Zündzeitpunkt eine unterschiedliche Verdichtung eingestellt werden kann. Der verstellbare Zündwinkel α wird dadurch erreicht, dass das mittlere Scheibenpaar 3, 4 gegenüber den äußeren Scheibenpaaren 1, 5 und 2, 6 verdreht wird. So ist in 5a) ein kleiner Zündwinkel α gezeigt, bei dem der Brennstoff weniger stark verdichtet wird, als beispielsweise in 5b) oder 5c). Die in 5a) gezeigte Stellung ist für leichte Brennstoffe wie Alkohol, Gase etc. geeignet. Für mittelschwere Brennstoffe wie beispielsweise Benzin mit niedriger Oktanzahl ist der Steuerwinkel α nach 5b) geeignet, während für schwere Brennstoffe wie Benzin mit hoher Oktanzahl der in 5c) geeignete Steuerwinkel α sinnvoll ist.
-
Die Einstellung des Zündwinkels α anhand der Winkelverstellung der mittleren Scheiben 3, 4 wird nun anhand von 6 und 7 erläutert. Soweit dort gleiche Elemente wie in 1 bis 5 dargestellt sind, werden wieder die gleichen Bezeichnungen und Bezugszeichen verwendet.
-
In 6 ist lediglich der Aufbau des Expansionszylinders 12 dargestellt, der Kompressionszylinder ist entsprechend ausgebildet. An die in 6 linke Stirnseite des Expansionszylinders 12 ist ein Steuerblock 19 angebracht. Die Abtriebswelle 8 reicht sowohl durch den Expansionszylinder 12 als auch den Steuerblock 19 und ist dort jeweils über Kugellager 20, 21 drehbar gelagert.
-
Im Steuerblock 19 ist ein Zahnrad 22 fest mit der Abtriebswelle 8 verbunden, wobei das Zahnrad 22 in ein entsprechendes Zahnrad auf der Welle 7 eingreift und somit den synchronen Lauf der Wellen 7, 8 sicherstellt. Das Zahnrad 22 kann über Verbindungsschrauben 23 fest mit einem zweiten, gleichermaßen ausgebildeten Zahnrad 24 verbunden werden. Das zweite Zahnrad 24 ist fest mit einer Steuerhülse 25 verbunden.
-
Die Steuerhülse 25 weist den in 6 gezeigten Querschnitt auf und ist gegenüber der Abtriebswelle 8 drehbar gelagert mittels Kugellagern 26, 27 am Expansionszylinder 12 bzw. dessen Gehäuse gelagert. Auf der Steuerhülse 25 wiederum sind die äußeren Scheibe 2 und 6 befestigt. Hierbei weist die Steuerhülse 25 im Bereich der Scheibe 2 eine hohlzylindrische Ausnehmung 28 auf, in die eine auf der Abtriebswelle 8 befestigte entsprechende kreisringförmige Steuerscheibe 29 reicht. Von der Steuerscheibe 29 reichen Steuerbolzen 30 durch in 7 erkennbar bohnenförmige, längliche Öffnungen 31 in der einen Seitenwand der hohlzylindrischen Ausnehmung 28 der Steuerhülse 25. Die Steuerbolzen 30 reichen in entsprechende Bohrungen in der mittleren Scheibe 4.
-
Sind die Zahnräder 22, 24 nicht über die Verbindungsschrauben 23 miteinander verbunden, so kann die Abtriebswelle 8 gegenüber der Steuerhülse 25 um den Steuerwinkel α verdreht werden, der durch die Länge der Öffnungen 31 begrenzt wird. Zur Einstellung des Steuerwinkels α muss lediglich die Verbindung zwischen den Zahnrädern 22 und 24 gelöst, dann der Steuerwinkels α eingestellt und anschließend die Zahnräder 22 und 24 wieder fest verbunden werden. Hierzu können über den Umfang des Zahnrads 24 verteilt zahlreiche Gewindebohrungen angeordnet sein, in welche die Verbindungsschrauben 23 des Zahnrads 22 unterschiedlich eingesetzt werden können. Somit kann auf schnelle Weise der Steuerwinkel α zwischen dem mittleren Scheibenpaar 3, 4 und den äußeren Scheibenpaaren 1, 2 und 5, 6 verändert werden.
-
Anstelle des Zahnrads 24 und des entsprechenden Zahnrads auf der Welle 7 können diese Zahnräder auch durch Scheiben ersetzt werden, welche nicht miteinander in Verbindung stehen. Die Synchronisation der Wellen 7, 8 erfolgt dann über das Zahnrad 22 und das mit diesem kämmenden Zahnrad auf der Welle 7.
-
Alternative Einstellungsmöglichkeiten des Steuerwinkels bestehen, indem beispielsweise an Stelle der festen Verbindung zwischen den beiden Zahnrädern 22 und 24 nach 7 eine von außen steuerbare Winkelverstellung der Scheibenpaare 1, 2, 5, 6 und 3, 4 ermöglicht wird. Dies könnte beispielsweise hydraulisch, elektromagnetisch oder mit Fliehkraftsteuerung erfolgen.
-
Um die Leistung des Motors noch weiter zu erhöhen, kann in einer Weiterbildung der Erfindung nach 8 noch ein zusätzlicher Einlass 32 im Expansionsbereich des Expansionszylinders 12 vorgesehen werden, durch den eine bestimmte Menge von Wasser in den Expansionsbereich eingeleitet werden kann. Durch die Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemischs im Expansionszylinder 12 wird das eingesprühte Wasser verdampft, wodurch die Expansion und der Expansionsdruck im Expansionszylinder 12 noch verstärkt werden (Boost-Effekt).
-
In 9 und 10 ist eine alternative Ausführung der Drehkolben-Brennkraftmaschine gezeigt. Diese unterscheidet sich von dem in 1 bis 7 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch, dass anstelle von drei Scheibenpaaren 1, 2, 3, 4 und 5, 6 lediglich zwei Scheibenpaare 1, 2 und 3, 4 verwendet werden, das Scheibenpaar 5, 6 aus 1 weggelassen wurde. Ansonsten entsprechen der Aufbau und die Funktionsweise der in 9 und 10 gezeigten Drehkolben-Brennkraftmaschine der der Drehkolben-Brennkraftmaschine mit drei Scheibenpaaren in 1 bis 7. Gegenüber der grundsätzlich funktionsfähigen Ausführung mit zwei Scheibenpaaren 1, 2 und 3, 4 weist die Ausführung mit drei Scheibenpaaren 1, 2, 3, 4 und 5, 6 den Vorteil auf, dass durch die symmetrische Ausbildung mit zwei äußeren Scheibenpaaren 2, 1 und 5, 6 eine asymmetrische Lastverteilung wie bei der Ausführung in 9 und 10 vermieden wird. Somit können bei der Ausführung nach 9 und 10 entstehende pulsierende Axialkräfte, welche zu deutlich höheren Reibungen der Seitenflächen der Scheiben aneinander und am Gehäuse führen, vermieden werden.
-
Die Drehkolben-Brennkraftmaschine wird vorzugsweise aus feuerfesten Materialien, beispielsweise Keramiken hergestellt. Insbesondere gilt dies für die die Scheiben 1–6 sowie die Innenwandungen der Kompressions- und Expansionszylinder 10, 12. Bei Verwendung derartiger feuerfester Materialien können sehr hohe Temperaturen im Expansionsraum erreicht werden, wobei die Drehkolben-Brennkraftmaschine dann auch im Betrieb weitgehend ohne zusätzliche Kühlung auskommen kann. Alternativ oder auch in Kombination können aber auch herkömmliche im Motorenbau verwendete Materialien eingesetzt werden.
-
Vorteile der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine sind, dass die erzeugten Expansionskräfte vollständig auf die Arbeitswelle 8 übertragen werden. Darüber hinaus läuft die erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine verschleißfrei, eine Schmierung ist nicht notwendig, wodurch alle Probleme, die bei herkömmlichen Motoren mit der Ölversorgung, Öldruck und Öltemperaturkontrolle verbunden sind, entfallen. Darüber hinaus, weist die erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine keine Ventile, Nockenwellen, Zahnriemen, Zahnketten, Umlenkrollen, Ölwanne oder Zwischenwände auf. Zudem wird das größte Drehmoment bei der Zündung erzeugt. Auch kann die Zündung der Zündkerzen 17, 18 am Verbindungskanaleingang 15 bzw. Verbindungskanalausgang 16 unterschiedlich angesteuert werden, um beispielsweise eine richtungsgesteuerte Verbrennung von den Verbindungskanaleingängen 15 zum Verbindungskanalausgang 16 zu erreichen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- äußere Scheibe (einlassseitig)
- 2
- äußere Scheibe (abtriebsseitig)
- 3
- innere Scheibe (einlassseitig)
- 4
- innere Scheibe (abtriebsseitig)
- 5
- äußere Scheibe (einlassseitig)
- 6
- äußere Scheibe (abtriebsseitig)
- 7
- Welle
- 8
- Abtriebswelle
- 9
- Gehäuse
- 10
- Kompressionszylinder
- 11
- Einlass
- 12
- Expansionszylinder
- 13
- Auslass
- 14
- Verbindungskanal (VK)
- 15
- Verbindungskanaleingang (VKE)
- 16
- Verbindungskanalausgang (VKA)
- 17
- Zündkerzen VKE
- 18
- Zündkerze VKA
- 19
- Steuerblock
- 20
- Kugellager Abtriebswelle
- 21
- Kugellager Abtriebswelle
- 22
- Zahnrad wellenseitig
- 23
- Verbindungsschrauben
- 24
- Zahnrad hülsenseitig
- 25
- Steuerhülse
- 26
- Kugellager Steuerhülse
- 27
- Kugellager Steuerhülse
- 28
- hohlzylindrische Ausnehmung
- 29
- Steuerscheibe
- 30
- Steuerbolzen
- 31
- bohnenförmige, längliche Öffnungen
- 32
- Boost-Eingang
-
