DE2307465A1

DE2307465A1 - Verbrennungskraftmaschine auf basis einer rotationskolbenmaschine

Info

Publication number: DE2307465A1
Application number: DE19732307465
Authority: DE
Inventors: Dennis Arthur Park
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1973-02-15
Publication date: 1973-08-23

Description

Verbrennungskraftmaschine auf Basis einer Rotationskolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungskraftmaschine auf Basis einer Rotationskolbenmaschine mit einer Kompressionsstufe und einer Zündstufe, denen sich eine Expansionsstufe anschließen kann.
Verbrennungskraftmaschinen, die auf dem Prinzip des Rotationskolbenantriebes beruhen, sind nach wie vor mit einem ungünstigen Verhältnis zwischen Antriebs leistung und Gewicht behaftet. Ursache hierfür ist das meist hohe Gewicht der drehenden Teile.
Weiterhin besteht die Schwierigkeit, daß der die Kolbenflächen tragende umlaufende Rotor nicht ausreichend gegen das den Rotor umgebende Gehäuse abdichtet.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten zu vermeiden und den Rotor einer solchen Verbrennungskraftmaschine in einer neuartigen Weise auszubilden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sowohl die Kompressionsstufe als auch die Zündstufe einen exzentrisch in einem Gehäuse umlaufbaren Rotor aufweist, an dessen Umfang gleichmässig verteilt Radialschlitze angeordnet sind, in welche in radialer Richtung gleitbewegliche, als Kolbenflächen wirkende Flugelkörper eingelassen sind, die mit der Innenwand des jeweiligen Gehäuses Kammern mit sich bei Rotation periodisch änderndem Kammervolumen bilden.
Hierdurch-wird erreicht, daß die verwendeten Stufen jederzeit ersetzt werden können, ohne daß es hierzu des Austausches des gesamten Aggregates bedarf, und daß ein günstiges Verhältnis zwischen Antriebsleistung und Gewicht geschaffen wird, 8o daß eine derartige Maschine geeignet ist, beispielsweise in Flugzeugen eingebaut werden zu können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind eine Einlaßöffnung, eine Auslaßöffnung und eine Zündvorrichtung für die Zündstufe in den den Rotor abschließenden Stirnflächen angeordnet, und es sind im Randbereich zwischen den Stirnflächen und der Umfangsfläche des Rotors in der Nähe der Flügelkörper Ausnehmungen vorgesehen, welche die Kammern mit den beiden Stirnflächen und damit nacheinander mit der Einlaßöffnung, der Zündkerze und der Auslaßöffnung verbinden.
In einem Ausführungsbeispiel ist die Erfindung in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden erläutert; in der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Gesamtansicht der Verbrennungskraftmaschine nach der Erfindung, teilweise in aufgeschnittener Darstellung, Fig. 2 einen Schnitt durch die Zündstufe, Fig. 3 eine Seitenansicht der Zündstufe, Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Rotors der Zündstufe entsprechend der Fig. 2 und 3, Fig.5 und 6 abgewandelte Ausführungsformen des Rotors gemäß Fig. 4, Fig. 7 einen Schnitt des Kühlsystems zur Kühlung der Verbrennungsgase.
Wie Figur 1 zeigt, besteht die Maschine nach dem Ausrührungsbeispiel aus einer Kompressionsstufe 1, einer Zündstufe 2 und einer Expansionsstufe 3.
In der Kompressionsstufe 1 ist innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 5 ein Rotor 4 drehbar gelagert. Die Drehachse des Rotors 4 ist parallel jedoch exzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses 5 versetzt angeordnet.
Im Rotor 4 sind mehrere, im Ausführungsbeispiel vier Radialschlitze 6 gleichmäßig am Umfang verteilt angeordnet. Diese Radialschlitze 6 nehmen gleitbeweglich Flügelkörper 7 auf, welche die bei Rotation des Rotors 4 innerhalb des Gehäuses 5 sich periodisch in ihrem Volumen ändernde zylinderraumartige Kammern begrenzen.
An der Stirnfläche 9 der Kompressionsstufe 1 ist ein Vergaser 8 oder eine hiermit vergleichbare Vorrichtung zum Erzeugen eines Brennstoff-Luft-aemisches vorgesehen.
Dieses Gemisch wird beim Umlauf des Rotors 4 von einer der durch die Flügelkörper 7 begrenzten Kammern durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, in der Stirnfläche 9 vorgesehene Einlaßöffnung angesaugt.
Da die Drehachse des Rotors 4 exzentrisch zur Mittelachse des Gehäuses ist, verringert sich das Volumen dieser Kammer durch das zwangsläufige Ausfahren der diese Kammer begrenzenden Flügelkörper 7 aus den Radialschlitzen 6, wodurch das Gasgemisch verdichtet und durch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, in der der Stirnfläche 9 gegenüberliegende Stirnfläche 10 vorgesehene oeffnung ausgelassen wird.
Die Zündstufe 2 weist ebenfalls ein zylindrisches Gehäuse 11 und einen Rotor 12 auf. Der Rotor besitzt gleichmäßig am Umfang verteilt Radialschlitze 13, in denen Flügelkörper 14 gleitbeweglich aufgenommen sind.
Das Gehäuse 11 ist mit seinem einen Rand an der die Kompressionsstufe 1 begrenzenden Stirnfläche 10 befestigt. Die öffnung, durch die das verdichtete Gasgemisch die Kompressionsstufe 1 verläßt, strömt somit in die Zündstufe 2 und wird hierin gezündet. Die hierauf erfolgende Expansion des Gemisches erzeugt, wie noch beschrieben wird, den Umlauf des Rotors 12 innerhalb des Gehäuses 11. Nach der Expansion verlassen die Verbrennungsgase die Zündstufe 2 durch eine in der der Stirnfläche 10 gegenüberliegende Stirnfläche 15 vorgesehene öffnung.
In der Stirnfläche 15 ist weiterhin die Zündkerze 16 angeordnet.
Die Expansionsstufe 3 ist ähnlich wie die Kompressionsstufe 1 aufgebaut und besitzt ein zylindrisches Gehäuse 17, in welchem exzentrisch ein Rotor 18 drehbar gelagert ist, dessen Flügelkörper 20 gleit-beweglich in Radialschlitzen 19 angeordnet sind.
Die aus der Zandstufe 2 ausströmenden Verbrennungsgase gelangen in diese Expansionsstufe 3, werden dort gekühlt und durch eine in der Stirnfläche 81 vorgesehene öffnung ins Freie auagelassen.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Einzelheiten der Zündstufe 2.
Das Gehäuse ist hier mit 21 beziffert und ist, wie Fig. 3 wiedergibt, seitlich mit Stirnflächen 22,23 abgeschlossen, in denen die flanschförmig ausgebildeten Stirnseiten 24,25 des Rotors 26 aufgenommen werden. Der Rotor 26 ist innerhalb dieses Gehäuses 21 um eine zur Mittelachse des Gehäuses exzentrische Drehachse drehbar.
Am Umfang des Rotors 26 gleichmäßig verteilt sind vier Radialschlitze 27 vorgesehen. In jeden dieser Radialschlitze sind Flügelkörper 28 gleitbeweglich eingelassen, die sich bei Rotation infolge der Zentrifugalkraft radial nach aussen bewegen und sich mit ihren äußeren Kanten an der Innenwand 29 des Gehäuses 21 derart abstützen, daß sie im Betrieb vier zylinderraumartige Kammern 30 mit sich periodisch änderndem Volumen begrenzen.
Die Flügelkörper können beispielsweise hydraulisch oder unter Wirkung elastischer Mittel gegen die Innenwand 29 des Gehäuses gedrückt werden.
Die in der Stirnfläche 23 des Gehäuses vorgesehene Einlaßöffnung 31 hat die Form eines bogenförmigen Schlitzes. Eine ähnlich geformte Auslaßöffnung 32 ist in der gegenüberliegenden Stirnfläche 22 vorgesehen.
Eine als Zündkerze 33 ausgebildete Zündvorrichtung befindet sich in der Nähe der Einlaßöffnung 31 in der Stirnfläche 23 des Gehäuses.
Um die Einlaß- und Auslaßöffnungen 31 und 32 jeweils mit den von den Flügelkörpern 28 begrenzten Kammern 30 zu verbinden, sind an beiden Rändern des Rotors 26 in der Nähe der Flügelkörper 28 Ausnehmungen 34 vorgesehen, so daß während eines Umlaufes des Rotors 26 jede der Kammern 30 zunächst mit der Einlaßöffnung 31, dann mit der Zündkerze 33 und schließlich mit der Auslaßöffnung 32 verbunden ist.
Die Arbeitsweise der Zündstufe ergibt sich wie folgt.
Das zuvor in der Kompresaionsstufe 1 verdichtete Gasgemisch wird der Zündstufe 2 über die Einlaßöffnung 31 zugeführt, sobald die Ausnehmung 34 einer der Kammern diese öffnung passiert. Das Gemisch gelangt hierbei in diese Kammer 30.
Nachdem der in Umlaufrichtung hintere Flügelkörper die Einlaßöffnung passiert hat, ist die Kammer 30 geschlossen.
In dieser Drehphase wird das Gemisch durch die Zündkerze 33 gezündet. Die darauf erfolgende Expansion baut in der Kammer 30 einen Druck auf, welcher an der in größerem Maße radial nach aussen ragenden Fläche der die Kammer begrenzenden Flügelkörper 28 eine Vorschubkraft erzeugt, so daß der Rotor entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird. Dieser Effekt ist vergleichbar mit der Längsverschiebung eines Kolbens in einem Zylinder, in dem auf beiden Seiten des Kolbens der gleiche Druck herrscht, jedoch an unterschiedlich großen Kolbenflächen angreift.
Im weiteren Verlauf der Drehbewegung nimmt das Volumen der Kammer 30 wieder ab. Sobald die dieser Kammer zugeordnete Ausnehmung 34 in den Austrittsquerschnitt der Öffnung 32 gelangt, werden die Verbrennungsgase aus der Zündstufe 2 in die sich dann anschließende Stufe des Motors ausgestossen.
Anstelle der im Randbereich des Rotors vorgesehenen Ausnehmungen 34 können, wie Fig. 1 zeigt, schrägverlaufende Kanäle 35 angeordnet sein, die einerseits am Umfang des Rotors und andererseits in dessen Stirnflächen münden und hierdurch die Einlaß- bzw. Auslanöffnungen mit den Kammern 30 verbinden.
Patentansprüche:

Claims

Patentansprüche »1 Verbrennungskraftmaschine auf Basis einer Rotationskolbenmaschine mit einer Kompressionsstufe und einer Zündstufe, dadurch gekennzeichnet, daß jede dieser Stufen (1,2) einen exzentrisoh in einem Gehäuse (5,11,21) umlaufbaren Rotor (4,12,26) aufweist, an dessen Umfang gleichmässig verteilt Radialachlitze (6,13,27) angeordnet sind, in welche in radialer Richtung gleitbewegliche, als Kolbenflächen wirkende Flügelkörper (7,14,28) eingelassen sind, die mit der Innenwand des jeweiligen Gehäuses Kammern (30) mit sich bei Rotation periodisch änderndem Kammervolumen bilden.
2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßöffnung (31), eine Auslaßöffnung (32) und eine Zündvorrichtung (33) für die ZUndstufe (2) in den den Rotor (12,26) abschließenden Stirnflächen (22,23) angeordnet sind, und daß im Randbereich zwischen den Stirnflächen und der Umfangefläche des Rotors (12,26) in der Nähe der Flügelkörper (14,28) Ausnehmungen (34) vorgesehen sind, welche die Kammern (30) mit den beiden Stirnflächen (22,23) und damit nacheinander mit der Einlaßöffnung (31), der Zündkerze (33) und der Auslaßöffnung (32) verbinden.
3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (31) und die Zündvorrichtung (33) in der einen Stirnfläche (23) des Gehäuses (21) und die Auslaßöffnung (32) in der gegenüberliegenden Stirnfläche (22) angeordnet sind.
4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ZUndstufe (2) eine Expansionsstufe (3) mit einem exzentrisch in einem Gehäuse (17) umlaufbaren Rotor (18) und mit in Radialschlitzen in radialer Richtung gleitbeweglichen Flügelkörpern nachgeschaltet ist, und daß in diese Expansionsstufe (3) die Auslaßöffnung (32) der Zündstufe (2) mündet.
5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelkörper (20) der Expansionsstufe (3) mit der Innenwand des Gehäuses (17) Kammern mit sich bei Rotation periodisch änderndem Kammervolumen bilden und daß in dieser Expansionsstufe (3) die Verbrennungsgase gekühlt werden.
6. Verbrennungskraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge der Zentrifugalkraft radial nach aussen ausweichenden Flügelkörper (14,28) des Rotors (12,26) der Zündstufe (2) in ihrer Ausweichbewegung durch elastische Mittel unterstützt sind.

L e e r s e i t e