DE10340670A1

DE10340670A1 - Rotorenkolbenmotor

Info

Publication number: DE10340670A1
Application number: DE10340670A
Authority: DE
Inventors: Oleg Dr.-Ing.habil. Murashov; Valerij Albrandt; Raschit Gatiatullin
Original assignee: Individual
Current assignee: Albrandt Valerij 40721 Hilden De; Murashov Oleg Dr-Ing Habil 33689 Bielefe De
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: DE10340670B4

Abstract

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kennwerte des Motors zu verbessern, nämlich seine Leistung zu vergrößern, sein spezifisches Gewicht zu verringern und die Gleichmäßigkeit der Rotation des Rotors zu erhöhen. DOLLAR A Das so gestellte Ziel wird dadurch erreicht, dass in dem bekannten Analogon des Motors in dem Gehäuse (4, 5) ein zusätzlicher Hilfskolben (9, 11) installiert wird, während der Rotor (1) mit zusätzlichen Kurvenkörpern (3) ausgestattet ist, wobei die Kopfstücke der Kolben (9, 10, 11) geneigte Flächen haben. DOLLAR A Das Vorhandensein eines Hilfskolbens und zusätzlicher Kurvenkörper in der Konstruktion des Motors erlaubt es, die Durchführung der Prozesse des Arbkeitszyklus zwischen zwei parallel arbeitenden Kolben zu verteilen. Das Vorhandensein zweier geneigter Flächen an den Kopfstücken der Kolben gewährleistet die Möglichkeit einer optimalen Verschiebung der letzteren bezüglich der Kurvenkörper sowie das erforderliche hermetische Abschließen der Funktionskammer. DOLLAR A Die Erfindung gehört zu den Verbrennungsmotoren, genauer zu den Rotorenkolbenverbrennungsmotoren, die für die verschiedensten Aufgabenfelder wie Automobil- und Traktorindustrie, Schiffbau, Energiewirtschaft, Landwirtschaft etc. bestimmt sind.

Description

Die Erfindung gehört zu den Verbrennungsmotoren, genauer zu den Rotorenkolbenverbrennungsmotoren, die für die verschiedensten Aufgabenfelder wie Automobil- und Traktorindustrie, Schiffbau, Energiewirtschaft, Landwirtschaft, etc bestimmt sind.

Es ist bereits ein Rotorenkolbenmotor, der mit Hilfe von speziellen Gelenken, Rädern, Kurvenkörpern und Schaltern die Verwandlung der vor- und rücklaufenden Bewegung der Kolben in die Rotation der geradlinigen Walze gewährleistet [1]. Es ist auch der Rotorenlcolbenmotor – Wankelmotor bekannt, der die Rotation der Walze durch einen Rotorerkolben gewährleistet, der starr mit dem Zahnrad dir inneren Kopplung verbunden ist, der sich auf dem zentral gelegenem Zahnrad mit einem kleineren Durchmesser abwälzt [2].

Des weiteren ist auch ein Rotorenkolbenmotor bekannt, der ein Gehäuse, einen Rotor, der mit einem Kurvenkörper ausgestattet ist, einen Kolben, der sich in dem zylindrischen Hohlraum des Gehäuses befinden und mit dem Kurvenkörper des Rotors zusammenwirkt, eine Funktionskammer, die von den Oberflächen des Kurvenkörpers, des Kolbens, der Rotors und des Gehäuses begrenzt wird, sowie Ein- und Auslassfenster einschließt [3].

Die Mangel des letzten Motors, der als näherstes Analogon genommen wird, liegen darin, dass er ein vergleichsweise hohes spezifisches Gewicht hat, und es nicht erlaubt, eine hohe Gleichmäßigkeit der Rotation des Rotors zu erreichen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kennwerte des Motors zu verbessern, nämlich seine Leistung zu vergrößern, sein spezifisches Gewicht zu verringern und die Gleichmäßigkeit der Rotation des Rotors zu erhöhen.

Das so gestellte Ziel wird dadurch erreicht, das in dem bekannten Analogon des Motors in dem Gehäuse ein zusätzlicher Hilfskolben installiert wird, während der Rotor mit zusätzlichen Kurvenkörpern ausgestattet ist, wobei die Kopfstücke der Kolben geneigte Flächen haben.

Das Vorhandensein eines Hilfskolben und zusätzlicher Kurvenkörper in der Konstruktion des Motors erlaubt es die Durchführung der einzelnen Prozesse des Arbeitszyklus zwischen zwei parallel arbeitenden Kolben aufzuteilen: der eine von ihnen – der Arbeitskolben, nimmt an den Prozessen der Kompression, der Verbrennung und der Expansion teil, der andere – der Hilfskolben, nur an den Prozessen des Ein- und Auslassens. Das Vorhandensein zweier geneigter Flächen analen Kopfstücken der Kolben gewährleistet die Möglichkeit einer optimalen Verschiebung der letzteren bezüglich der Kurvenkörper, sowie das erforderliche hermetische Abschließen der Funktionskammer durch den auf den Kolben auflaufenden Kurvenkörper. Auf diese Weise nimmt jeder der Kurvenkörper, der mit dem Arbeitskolben in Berührung kommt, an dem Prozess der Expansion, d.h. an Verrichtung von Nutzarbeit, teil.

Die 1 stellt die Gesamtansicht des Motors im Schnitt dar, 2 Ansicht von der Seite, 3 aufgerollter Schnitt des Motors entlang der Kreislinie, 4 das Schema der Arbeit der Kurvenkörper-Kolben-Gruppe des Motors, 5 Schaubilder der Abhängigkeit des Arbeitsvolumens beim Einlassen der Mischung und beim Auslassen der sich gebildeten Gase von dem Drehwinkel der Walze.
Der Motor besteht (s. 1, 2 und 3) aus dem Rotor 1, der starr auf der Walze 2 befestigt ist und mit den Kurvenkörpern 3 ausgestattet ist, die gleichmäßig auf seinem Umkreis an seinen Vorderflächen verteilt sind, dem unbeweglichen Gehäuse, das zwei Hälften einschließt – die Vorderhälfte 4 und die Rückhälfte 5 mit zylindrischen Aussparungen 6, 7 und 8, in denen sich parallel zu der Achse des Rotors entsprechend die Kolben 9, 10 und 11 befinden, jeder von welchen mit einer Kolbenstange, entsprechend 12, 13 und 14, ausgestattet ist. Dabei sind die Kolben 9 und 11 Hilfskolben, während 10 der Arbeitskolben ist. Auf den zylindrischen Oberflächen jeder der Hälften befinden sich abwechselnd keilförmige Ein- 15 und Auslassfenster 16, die eine Verbindung zu den Funktionskammern, den Hohlräumen 17, 18 und 19 haben, die von den Oberflächen der Kurvenkörper, der Kolben, des Rotors und des Gehäuses gebildet werden. Die Funktionskammern befinden sich zu beiden Seiten der Vorderflächen des Rotors. Hinter jedem Einlassfenster (in Richtung der Bewegung des Rotors) sind je eine Zündkerze oder eine Einspritzdüse 20 aufgestellt. Ein Teil des Rotors ist mit der Berippung 21 ausgestattet. Die Federn 22 stützen sich mit einem ihrem Ende in die diametrale Aushöhlung der Kolben 9, 10 und 11 und mit dem anderen an die Oberfläche der zylindrischen Aussparungen entsprechend 6, 7 und 8. An das Ende der Walze ist das Zahnrad 23 für die Leistungsübertragung von dem Motor aufgepresst.
In den vorgestellten Illustrationen wird der Achtzylindermotor dargestellt. Die minimale Anzahl von Zylindern (also auch der Kolben), die für die Durchführung eines Arbeitszyklus des Motors notwendig sind, beträgt aber zwei. Dabei muss die minimale Anzahl der Kurvenkörpern auf dem Rotor drei betragen. Auf diese Weise hat die vorgestellte Motorkonstruktion also vier Sektionen (je zwei an jeder Vorderfläche).
Eine Sektion des Motors arbeitet folgend: Bei der Drehung des Motors wirkt der hintere (in Drehrichtung) Kurvenkörper 3 (s. 3) auf den Hilfskolben 9 ein, hebt ihn, indem er den Widerstand der Feder 22 überwindet. Das Volumen der Funktionskammer 17 vergrößert sich, es erfolgt ein Ansaugen des Treibstoffes durch das Einlassfenster 15.
Gleichzeitig kommt der mittlere Kurvenkörper, der bis dahin die Stellung des hinteren Kurvenkörpers 3 eingenommen hatte, in eine Position, in der seine geneigte Fläche in vollem Kontakt mit der großen Abschrägung des Arbeitskolbens 10 steht. Der vordere Kurvenkörper, der zuvor die Stellung des mittleren Kurvenkörpers eingenommen hatte, bewegt sich unter dem Kolben 10 bis zu dem Augenblick der Trennung seines mit diesem Kolben.
Der Kolben 10 aber sinkt unter der Einwirkung der Feder nach unten, wobei er die das brennbare Gemisch, das während des vorhergehenden Prozesses des Einlasses hineingesogen worden ist, zusammendrückt. Bei der Entflammung des brennbaren Gemisches in der Funktionskammer 20, die jetzt ihr kleinstes Volumen einnimmt, von der Zündkerze 18, wirken die sich ausdehnenden Gase auf den vorderen Kurvenkörper ein, wobei sie gleichzeitig den Kolben 10 heben – es Erfolgt der Prozess der Expansion. Dabei wird der vordere Kurvenkörper in die Stellung des hinteren Kurvenkörpers unter dem Hilfskolben 11 der nächsten Sektion des Motors, wobei er das Auslassfenster 16 öffnet und den Kolben 11 hebt. Das Volumen der Funktionskammer 19 vergrößert sich, es erfolgt das Auslassen der Gase. Währenddessen nimmt der mittlere Kurvenkörper die Position des vorderen ein und der vordere die des mittleren. Hier wiederholen sich alle oben beschriebenen Prozesse unter dem Hilfs- und dem Arbeitskolben der Motorsektion.
Es muss angemerkt werden, dass die Bewegung der Kolben 9, 10 und 11 nicht nur durch Federn, sondern auch durch die auf Stirnflächen der Kolbenstangen 12, 13 und 14 einwirkenden Kurvenkörpern der Führungsscheiben, die starr an den beiden Enden der Walze 2 befestigt sind, begrenzt werden kann. Auf den vorgelegten Figuren sind sie nicht abgebildet. Auf der 4 sind durch die Pfeile a, b, e, d, und d^' Kräfte gekennzeichnet, die durch den Druck der Gase bei der Entflammung des brennbaren Gemisches in der Kurverkörper-Kolben-Gruppe entstehen: In der Brennkammer ABC wirkt die Kraft a auf die Oberfläche AB des Kurvenkörpers (Keils) 3 ein, während die Kraft c auf die Oberfläche BC des Kolbens einwirkt. Die Kraft c besteht aus zwei Komponenten, b und d. Die Kraft b wird für die Überwindung des Widerstandes der Feder 22, sowie für die Reibung zwischen den Wänden des Kolbens und der Wand der zylindrischen Aussparung des unbeweglichen Teils 4 des Gehäuses aufgewendet. Kraft d, die der Kraft d' gleich ist, wird durch den Gehäuseteil 4 gedämpft und auch für die Überwindung der Reibungskraft zwischen den wänden des Kolbens 10 und dem unbeweglichen Teil 4 des Gehäuses aufgewendet. So wird, für die oben beschriebenen Bedingungen, der Drehmoment gleich dem Produkt der Kraft a, die an dem Kurvenkörper 3 angreift, mit der Strecke von dem Angriffpunkt dieser Kraft bis zur Achse der Walze 2 des Motors. Der Drehmoment wird sich im Maße der Bewegung des Kurvenkörpers 3 und dem Kolbens 10 nach oben verkleinern, und bei Gleichheit der immer mehr in Verbindung stehenden Arbeitsflächen des Kurvenkörpers (Keils) 3 und des ihm folgenden (in der Drehrichtung) Kurvenkörpers Null erreichen. Auf der 5 zeigen die Diagramme den intensiven Charakter der Veränderung des Arbeitsvolumens beim Auslasstalkt (Kurve 24) und den sanften Charakter beim Einlastakt (Kurve 25). Dies bezeugt die Effektivität des Gasaustausches des Motors, der auf den 1, 2 und 3 gezeigt wird. Dabei muss auch beachtet werden, dass die Steilheit der Kurven des Gasaustausches leicht durch die Veränderung des Winkels der Neigung der Oberflächen der Kolben 9, 10 und 11 oder durch die Herstellung entsprechender Vertiefungen in ihnen, etc. passend gewählt werden kann.
Das Vorhandensein der Rippen 21 auf dem Rotor unterstützt seine effektive Kühlung.
Der hier vorgeschlagene Motor erlaubt im Vergleich zu dem genannten Analog durch das Vorhandensein in ihm zweier parallel arbeitender Kolben mit geneigten Oberflächen und drei Kurvenkörpern die Durchführung der Prozesse des Arbeitszyklus zwischen den Kolben zu verteilen, was zu einer Vergrößerung der Leistungsfähigkeit und dem Erreichen einer höheren Gleichmäßigkeit der Rotation des Rotors beiträgt. Die Vergrößerung der Leistung des Motors wiederum führt zu einer Verkleinerung seines spezifischen Gewichts, während das Erreichen höherer Gleichmäßigkeit eine Verminderung der Vibrationen des Motors zur Folge hat. Eine Besonders große Bedeutung haben die genannten Vorteile für Fahrmotoren, da sie ihre Hebekraft, ihre Betriebsdauer und die Zuverlässigkeit ihrer Arbeit erhören d.h. die Kennwerte des Motors verbessern. Informationsquellen:
[1] U.S. 2.076.334
[2] I.M. Lenin und andere „Automobil- und Traktormotoren", Moskau, 1969, S. 201.207
[3] Frankreich 2.140.968

Claims

Rotorenkolbenmotor, der ein Gehäuse, einen Rotor, der mit einem Kurvenkörper ausgestattet ist, einen Kolben, der sich in dem zylindrischen Hohlraum des Gehäuses befinden und mit dem Kurvenkörper des Rotors zusammenwirkt, eine Funktionskammer, die von den Oberflächen des Kurvenkörpers, des Kolbens, des Rotors und des Gehäuses begrenzt wird, sowie Ein- und Auslassfenster einschließt, dadurch gekennzeichnet, in dem Gehäuse (4, 5) ein zusätzlicher Hilfskolben (9, 11) installiert ist, während der Rotor (1) mit zusätzlichen Kurvenkörpern (3) ausgestattet ist, wobei die Kopfstücke der Kolben (9, 10, 11) geneigte Flächen haben.