DE19920564C2 - Drehkolben-Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einer in einem Gehäuse drehbeweglich angeordneten Motorwelle.

Aus der DE 41 30 533 A1 ist eine Brennkraftdrehkolbenspiralkurvenmaschine bekannt, bei der der Zylinderboden und die Kolbenstirnfläche zu korrespondierenden und im Kompressions­ punkt aufeinander passenden, mit dem Kolbenhub entsprechender Steigung versehenen Spiral­ flächen ausgebildet sind, in deren steilen Stirnflächen je eine Ausnehmung beim Gegenüber­ stehen eine Brennkammer bilden. Beim Zünden des in der Brennkammer komprimierten Luft- Gas-Gemisches wird auf die Stirnflächen eine Kraft ausgeübt, die den Drehkolben auf der Spiralfläche gleitend zu einer Drehbewegung antreibt (Arbeitstakt). Sobald aber der Dreh­ kolben von Boden des Zylinders abhebt, kann sich das Gasgemisch über die gesamte Fläche des Zylinderbodens verteilen, so daß nur der Anfangsimpuls und danach die Umwandlung der nach oben gerichteten Komponente in der Zwangsführung auf den Drehkolben wirkt, wobei diese Wirkung auch noch durch die Verschiebung des Zylinderbodens vom Drehkolben weg verringert, wenn nicht gar ganz beseitigt wird. Das Bewegen des Zylinderbodens nach dem Zünden von Drehkolben weg unter gleichzeitigem Spannen einer Spiralfeder soll die Über­ tragung von axialen Bewegungen auf die Motorwelle unterbinden. Dieser Drehkolbenmotor hat damit geringen Wirkungsgrad.

Weiterhin ist aus der DE 43 26 463 A1 ein Viertakt-Verbrennungsmotor mit einem Dreh­ kolben bekannt, bei dem der Drehkolben im Zylinder durch eine wellenförmige Zwangsführung geführt bei einer Umdrehung vier Arbeitstakte ausführt. Hier ist in der Zylinderwand eine Brennkammerhälfte ausgespart, die zusammen mit der im Drehkolben ausgesparten Brenn­ kammerhälfte einen Verdichtungsraum bildet, in dem das komprimierte Luft-Gas-Gemisch gezündet wird. Durch die besondere Form der Brennkammer wird eine Kraft erzeugt, die den Drehkolben in eine bestimmte Richtung bewegt. Der Drehkolben führt eine Drehung und axiale Bewegungen entsprechend der Zwangsführung aus. Die axiale Bewegung wird durch die besondere Ankopplung der Motorwelle nicht übertragen. Hier wird nur die axiale Bewegung des Kolbens durch die Führung unter starken Verlusten in eine Drehbewegung umgewandelt, so daß der Wirkungsgrad sicher hinter dem eines Ottomotors zurückbleibt.

Aus der DE-PS 458 459 ist eine Brennkraftmaschine mit sich drehenden, hin und hergehenden Kolben bekannt, der eine schraubenlinienartig verlaufende Oberfläche hat, die zusammen mit einer entsprechend geformte Widerlagerfläche den Arbeitsraum bildet. Die schraubenlinienartig verlaufenden Flächen enden an parallel zur Welle verlaufenden Wänden. Der Kolben kann auf dieser Welle geführt hin und her gleiten. Die Drehbewegung des Kolbens wird durch eine auf der Gegenseite zur Arbeitskammer in einer Ansaug- und Vorverdichtungskammer befindliche als Berg- und Talbahn gestaltete Kolbenzuführungsbahn geführt. Die Gestaltung der Arbeitskammer bedingt einen ungleichmäßigen Lauf der Brennkraftmaschine bei einer starken Belastung der Kolbenzuführungsbahn.

Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einer Form des Stators zu finden, durch die eine gleichmäßigere Drehbewegung des Drehkolbens und der Motorwelle erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der im ersten Anspruch offenbarten Erfindung. Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einer in einem Gehäuse dreh­ beweglich angeordneten Motorwelle und einem in einem Zylinderraum des Gehäuses auf dem Zylinderboden gehäusefest angeordneten Stator, welcher als Kreisring mit einer schrauben­ förmig ansteigenden und an einer Stufe auf das Ausgangsniveau abfallenden Stirnfläche aus­ gebildet ist, weist einen als Kreisringscheibe ausgebildeten, auf der Motorwelle axial beweglich zwischen Stator und einer gehäusefesten Zwangsführung angeordneten Drehkolben mit einer der Stirnfläche des Stators entsprechenden unteren Schraubenfläche auf. Im Bereich der Stufe zwischen Stator und Drehkolben wird ein Ausdehnungsraum gebildet. Die Zwangsführung ist mit einer der schraubenförmigen Stirnfläche des Stators entsprechenden Schraubenfläche mit Stufe versehen, die mit einer entsprechend geformten oberen Schraubenfläche des Drehkolbens zusammenwirkt. Die Stufe ist als Schrägstufe ausgebildet.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Die zugehörige Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine räumliche Darstellung des Drehkolben-Verbrennungsmotors mit aufgeschnittenem Zylinderraum,

Fig. 2 eine Draufsicht des Drehkolben-Verbrennungsmotors,

Fig. 3 eine Abwicklung des Zylinderraums eines als Viertakter arbeitenden Drehkolben-Verbrennungsmotors,

Fig. 4. eine Abwicklung des Zylinderraums eines als Zweitakter arbeitenden Drehkolben-Verbrennungsmotors.

Der Drehkolben-Verbrennungsmotor besteht aus einem Gehäuse 1, das einen Zylinderraum 2 enthält. Auf dem Boden des Zylinderraums 2 befindet sich ein mit dem Gehäuse 1 fest ver­ bundener Stator 3. Der Stator 3 hat eine zum Zylinderraum 2 hin als Kreisring schrauben­ förmig ansteigende und an einer Stufe auf das Ausgangsniveau abfallende Stirnfläche. Die Innenkreisfläche des Kreisringes ist von einer axial- und drehbeweglichen Motorwelle 4 aus­ gefüllt. Weiterhin befindet sich im Zylinderraum 2 über dem Stator 3 ein eine Kreisring­ scheibe mit schraubenförmig ansteigenden und an einer Stufe auf das Ausgangsniveau ab­ fallenden Stirnflächen bildender Drehkolben 5, der fest mit der seine Innenkreisfläche aus­ füllenden Motorwelle 4 verbunden ist. Zwischen dem Stator 3 und dem Drehkolben 5 befindet sich eine Brennkammer 6 und ein Ausdehnungsraum 7. Über dem Drehkolben 5 befindet sich, den Zylinderraum 2 abschließend, eine einen an der Unterseite schraubenförmig ansteigenden und an einer Stufe auf das Ausgangsniveau abfallenden Kreisring bildende, mit dem Gehäuse 1 fest verbundene Zwangsführung 8. Die Innenkreisfläche der Zwangsführung 8 ist von der hindurch geführten Motorwelle 4 ausgefüllt. Zwischen dem Drehkolben 5 und der Zwangs­ führung 8 befindet sich der obere Zylinderraum 9. Durch Kolbenringe 10 ist der Ausdehnungs­ raum 7 gegen den oberen Zylinderraum 9 abgedichtet. Unter dem Gehäuse 1 befindet sich eine Steuerscheibe 11, von der Abgasventile 12 und Ventile zur Gasgemischzufuhr gesteuert werden. Diese Abgasventile 12 und die Ventile zur Gasgemischzufuhr befinden sich in Kanälen im Stator 3, die über die Fläche des Stator 3 verteilt in den Zylinderraum 2 bzw. in der Brennkammer 6 münden. In Fig. 3 ist die Zwangsführung 8 von einem Ausströmkanal 13 durchbrochen. In Fig. 4 verbinden Überströmkanäle 14 im Gehäuse 1 den oberen Zylinderraum 9 über mit Ventilen 12 versehenen Überströmkanälen 14 im Stator 3 mit der Brennkammer 6 und dem Ausdehnungsraum 7. Ein Einströmkanal 15 führt das Gasgemisch dem oberen Zylinderraum 9 zu.

Das in den Ausdehnungsraum 7 eingeströmte Gasgemisch wird bei der Umdrehung der Motor­ welle 4 und des Drehkolbens 5 in Pfeilrichtung durch den Drehkolben 5 beim Gleiten des Dreh­ kolbens 5 in axialer Richtung auf der Schrägstufe zum Ausgangsniveau im Ausdehnungsraum 7 und in der Brennkammer 6 verdichtet. Kurz nach Erreichen des Ausgangsniveaus durch den Drehkolben 5, wenn das Volumen des Ausdehnungsraums 7 an geringsten ist, wird das Gas­ gemisch gezündet. Durch die Zwangsführung 8 wird die Bewegung des Drehkolbens 5 in Pfeil­ richtung geführt, d. h. der Drehkolben 5 und die Motorwelle 4 werden gedreht. Dabei gleitet der Drehkolben 5 unter ständiger Vergrößerung des Ausdehnungsraums 7 auf der Schrauben­ fläche des Stators 3 aufwärts, bis nach fast einer Umdrehung die Schrägstufe erreicht ist (1. Takt). Bei der weiteren Umdrehung gleitet der Drehkolben 5 die Schrägstufe hinab und das Abgas wird ausgestoßen (2. Takt). Nunmehr gleitet der Drehkolben 5 wieder die Schrauben­ fläche aufwärts und Gasgemisch wird in den Ausdehnungsraum gesaugt (3. Takt). Nach Erreichen der Schrägstufe gleitet der Drehkolben 5 unter Verdichten des angesaugten Gasgemisches in die Zündstellung (4. Takt) und der Vorgang wiederholt sich. Durch den Aus­ strömkanal 13 ist der obere Zylinderraum 9 mit der Außenluft verbunden, so daß die Dreh­ bewegung kaum behindert wird. Wenn diese Verbindung nicht besteht, ist die Drehbewegung des Drehkolbens 5 wenig behindert, da die komprimierte Luft die Gleitbewegung des Dreh­ kolbens 5 auf der Schrägstufe unterstützt.

Bei dem als Zweitakter arbeitenden Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Fig. 4 wird der obere Zylinderraum 9 zur Zuführung des Gasgemisches genutzt. Nach dem Zünden des Gas­ gemisches, wenn der Drehkolben 5 das Ausgangsniveau erreicht hat, dreht sich der Drehkolben 5 in Pfeilrichtung. Das Einlaßventil im Einströmkanal 15 ist geschlossen. Während sich das gezündete Gasgemisch ausdehnt, wird das zuvor angesaugte Gasgemisch im oberen Zylinder­ raum 9 verdichtet. Beim Erreichen der Schrägstufe werden die Überströmkanäle 14 und die Abgasventile 11 geöffnet. Das Abgas wird aus dem Ausdehnungsraum ausgestoßen. Bevor der Drehkolben die Hälfte der Schrägstufe herab geglitten ist, werden die Abgasventile 11 und kurz darauf auch die Überströmkanäle 14 geschlossen. Gleichzeitig wird das Einlaßventil im Einströmkanal 15 geöffnet und neues Gasgemisch angesaugt. Das nun im Ausdehnungsraum 7 befindliche Gasgemisch wird verdichtet und gezündet.

Claims (6)

1. Drehkolben-Verbrennungsmotor mit einer in einem Gehäuse drehbeweglich angeordneten Motorwelle (4), einem in einem Zylinderraum des Gehäuses auf dem Zylinderboden gehäusefest angeordneten Stator (3), welcher als Kreisring mit einer schraubenförmig ansteigenden und an einer Stufe auf das Ausgangsniveau abfallenden Stirnfläche ausgebildet ist, einem als Kreisringscheibe ausgebildeten, auf der Motorwelle (4) axialbeweglich zwischen Stator (3) und einer gehäusefesten Zwangsführung (8) angeordneten Drehkolben (5) mit einer der Stirnfläche des Stators (3) entsprechenden unteren Schraubenfläche, wobei im Bereich der Stufe zwischen Stator (3) und Drehkolben (5) ein Ausdehnungsraum (7) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwangsführung (8) mit einer der schraubenförmigen Stirnfläche des Stators (3) entsprechenden Schraubenfläche mit Stufe versehen ist, die mit einer entsprechend geformten oberen Schraubenfläche des Drehkolbens (5) zusammenwirkt, und daß die Stufe als Schrägstufe ausgebildet ist.

2. Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schraubenflächen abhängig vom erforderlichen Hubraum des Drehkolben- Verbrennungsmotors mindestens 7° oder mehr beträgt, die mit einem dem Kompriermierverhalten des Luft-Gas-Gemisches entsprechenden Steilabfall am Ausgangspunkt ungefähr nach 360° endet.

3. Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Unterseite des Drehkolbens (5) oder im Stator (3) oder korrespondierend im Drehkolben (5) und im Stator (3) eine Aussparung als Brennkammer (6) vorgesehen ist.

4. Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägstufe der Zwangsführung (8) durch Verrundung der Ecken S-förmig verschliffen ist.

5. Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch und die Abgase durch mehrere optimal über den Kreisring verteilte, gesteuerte Ventile zu- bzw. abgeführt wird.

6. Drehkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur schnellen Überleitung des angesaugten Gasgemisches im Komprimiertakt der Ausdehnungsraum (7) an mehreren Stellen über zu diesem Zeitpunkt geöffnete Überstömkanäle (14) mit der Brennkammer (6) verbunden ist.