DE2346150C3 - Drehkolben-Kraftmaschine - Google Patents

Description

a) Die Stege (22, 23) weisen mehrere Wellenberge und Wellentäler auf;

b) der Ringzylinder ist als Außenzylinder (21) ausgebildet, dessen äußerer Steg (23) in dichtender Anlage an der Innenwandung des Gehäusemantets (5) gleite i;

c) die Gehäuseseitenteile (4) und der Außenzylinder (21) haben Überströmkanäle (31a, 31ö. 3IcJi die jeweils paarweise einander zugeordnet die inneren und äußeren Arbeitskammern zeitweise mite..<ander verbinden.

Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Kraftmaschine mit innerhalb eines stationären Gehäuses drehfest mit einer Abtnebswelle umlaufendem Rotor, bestehend aus konzentrischen Zylindern mit sich über ihre äußeren Umfange erstreckenden, äußere und innere Arbeitsräume bildenden wellenförmigen Stegen, wovon der innere Steg den zentralen Zylinder mit dem Ringzylindiv verbindet und diese mit beidseitig angeordneten, axial verschiebbaren Absperrschiebern in dichtender Anlage stehen, welche die äußeren und inneren Arbeitsräume in Arbeitskammern unterteilen, wobei der innere Arbeitsraum bzw. äußere Arbeitsraum Öffnungen für die Zuführung bzw Ableitung des Arbeitsmediums aufweist.

Aus der DE-PS I 42 579 ist eine Mehrzylinder·Kraft maschine bekannt, die aus einem stationären Gehäuse und einem auf einer Welle befestigten umlaufenden Kolbenscheibe besteht. Die Kolbenscheibe ist auf jeder Seitenfläche mit Ringnuten versehen, die durch jeweils einen Steg unterbrochen werden. In die Ringnuten greifen seitlich verschiebbare Absperrschieber em. wobei die Schieber durch Dampfdruck in Eingriff mit den Ringnuten gehalten werden. Die Kolbenscheibe wird durch Einleiten von Arbeitsdampf in die innere Ringnutkammer, die aus der Ringnut, dem Steg und dem gleitenden Schiebet' gebildet wird, in Drehung Versetzt, Von der inneren Ringhülkäffimer strömt dar Arbeitsdampf nach der Drehung in die äußere Ringnulkämmer und von dort zum Auspuff,

Die bekannte Örehkolberi'Kraftmaschine kann nur mit Dampf betrieben werden, ist schwer und läuft nicht jchwingüfigsffcL

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolbenmaschine oben genannter Art als kompakte Brennkraftmaschine auszubilden, die sich durch einen relativ schwingungsfreien Lauf bei optimalem Verbrennungswirkungsgrad auszeichnet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sie als gemischverdichtende Brennkraftmaschine verwendet wird und die Stege mehrere Wellenberge und Wellentäler aufweisen, der Ringzylinder als AuB ?nzy!inder ausgebildet ist, wobei dessen äußerer Steg in dichtender Anlage an der Innenwandung des Gehäusemantels gleitet und die Gehäuseseitenteile und der Außenzylinder Oberströmkanäle haben, die jeweils paarweise einander zugeordnet die inneren und äußeren Arbeitskammern zeitweise miteinander verbinden.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine liegen in der kompakten Konstruktion, im ruhigen und im wesentlichen schwingungsfreien Lauf, im hohen Wirkungsgrad und im geringen Anteil an Verschmutzungsstoffen im Abgas. Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist ein äußerst geringes Verhältnis von Gewicht zur PS-Leistung auf.

Seitliche oder axial gerichtete Kräfte, die auf den Rotor einwirken, haben die Tendenz, einander auszugleichen, wodurch eine Vielzahl von Kraftimpulsen während jeder Rotorumdrehung erzeugt wird und ein im wesentlichen schwingungsfreier Lauf des Rotors erzielt wird.

Durch die separate Anordnung der Kammern fur die Ansaug· und Kompressionsphase des Arbeitsz>klus von den Kammern fur die Verbrennungs- und Ausstoßtakte ist eine entsprechende Dimensionierung der Ansaug-Kompressionskammern relati\ zu den Verbrennungs-Ausstoßkammern möglich, so daß ein optimaler Wirkungsgrad bei einem Minimum an Verunreinigungen im Abgasstrom gewährleistet ist.

In der Zeichnung ist ein ^usführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und zw ar zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansich: der Brennkraftmaschine, wobei Teile des Stators vveggeu. ochen dargestellt und bestimmte Zubehoreinnchtungen weggelassen sind:

F ι g 2 eine Stirnansicht der Brennkraftmaschine.

F ι g 3 eine Seitenansicht der Brennkraftmaschine:

Fig. 4 einen Längsschnitt gemäß der Linie 4-4 in Fig.2;

F ig 5 einen Querschnitt nach Linie 5-5 in F ι g 3

F ι g 6 einer Querschnitt nach Linie bb in F ι g 3.

Fi g 7 einen Längsschnitt gemäß der Linie 7-7 in Fig 2.

F ig 8 bis 13 schematische Darstellungen der Kammern im Verlaufe der aufeinanderfolgenden Phasen des Arbeitszyklus und

F ig 14 eine längengetreue Ansicht, die in auseinandergezogener Darstellung die Hauptteile der Brennkraftmaschine zeigt.

Das Gehäuse 1 der Brennkraftmaschine (F ig 1 und 7), setzt sich zusammen aus komplementären Hälften, die durch Anker 3 über eire dazwischenliegende, umlaufende Dichtung 2 miteinander verbunden sind. Das Gehäuse 1 hat Seitenteile 4, einen Gehäusemantei 5 sowie innere Wandabschnitte 6 (F ig;. 7), die vöneinan« der abgesetzt sind Und eine rirtgföfrriige Öffnung zur Aufnahme der Nabe 7 des Rölöfs 8 (wie in Fig. 14 dargestellt) bilden. Die vorgenannten Wandabschnitte des Körpers 1 bilden in ihrem Innern einen töfoidförmigen Raum von im wesentliche« rechtwinkligem Querschnitt. Wie aus F i g. 1 ersichtlich, sind verdickte Zwischenabschnitte der Seitenteile 4 mit inneren

ringförmigen Kanälen 9 versehen, welche die Enden eines Zylinders 21 aufnehmen, welcher als fester Bestandteil des Rotors 8 ausgebildet ist, wie nachfolgend noch zu beschreiben sein wird.

Das Motorgehäuse umfaßt weiterhin hohle, radial verlaufende, schaufelartige Verkleidungselemente 10 (Fig. 1), die seitlich vom mittleren Körper 1 ausgehend eine Verkleidung für axial verschiebbare Absperrteile in Form von Trennplatten 11 und 12 (F i g. 4) bilden. Diese Verkleidungselemente 10 sind mit aufgeschraubten Abschlußplatten 13 versehen, die ihrerseits nach innen mit entsprechenden Mitteln, wie beispielsweise Vorsprüngen 14, zur Positionierung von Druckfedern 15 ausgebildet sind, die die Trennplatten 11 und 12 mit nach innen gerichteten Kräften beaufschlagen, um deren inneren Kanten in einem dichtenden Kontakt mit den Seitenflächen der Stege 22 und 23 des Rotors 8 zu halten. Die Trennplatten sind z. B. mit Feder- und Kugelstößelanordnungen I Ia (F ig. 4) ausgerüstet, die die Federn 15 dabei unterstützen, die Trennplatten 11 in einem dichten Kontakt mit dem Außenzylinder 21 jnd dem Steg 23 zu halten. Ähnlich sind die Trennplatten 12 mit Federn ausgestattet, die sie in oberfläclit-ndichtem Kontakt mit dem Außen- bzw. Innenzvlinder 21 bzw 20 und mit dem Steg 22 halten, so z. B mittels Dichüeisten 12a und Druckfedern 126. Die Stegteile 10a der Verkleidungselemente 10 verlaufen zwischen den Trennplatten 11 und 12 von den Endplatten 13 zum Außenzylinder 21.

Der in den F ι g. 7 und 14 dargestellte Rotor umfaßt konzentrische Innen- bzw Außenzylinder 20 und 21 einen umlaufenden Steg 22 zur Verbindung dieser Zylinder und einem radial von der äußeren Oberfläche des Außenzylinders 21 vorspringenden, umlaufenden Steg 23. Wie aus Fig. 14 ersichtlich, sind die Stege 22 und 23 sinusförmig bzw. wellenförmig ausgebildet Die auf den gegenüberliegenden Seiten der Stege durch die Wellen entstehenden Hohlräume bilden die Arbeitskammern der Kraftmaschine Die wellenförmigen Stege 22 und 23 sind mit ihren Wellenbergen nach Möglichkeit in L'mfangsrichtung gegeneinander versetzt, so daß der Wellenberg des einen Stegs gegenüber dem Wellental des anderen Stegs liegt. Die wellenförmigen Stege 22 und 23 sind somit um 180 gegeneinander versetzt. Die Stege 22 und 23 sind mit Dichtstreifen ausgerüstet, so ζ B. mit dem Dichtstreifen 23a an der äußerer Umfangskante des Stegs 23 sowie den radialen Streifen 22a und 23b an den seitlichen Flächen im Bereich der Wellenberge beider Stege. Die Nabe 7 und die Nabenflansche 7a (F ι g. 4), welche durch Nabenschrauben Tb hieran befestigt sind, werden durch einen entsprechenden Keil Tc (Fig.4) fest auf der Welle gehalten. Die Welle 17 ist in Lagerungen in umlaufenden Lagerschilden lfca. die dauerhaft befestigt sind und innerhalb der äußeren Endabschnitte der Verkleidungselemente 10 untergebracht sind, drehbar angeordnet.

Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der ringförmige Hohlraum im Gehäuse 1 durch den Außenzylinder 21 in innere und äußere Kammerreihen quergeteilt ist. Diese Kammerreihen werden durch die wellenförmigen Stege 22 und 23 in Einzelkammern unterteilt. Es sind vier solcher Kämrrierreiheri vorhanden, nämlich eine äußere Reihe von Kammern an jeder Seite des äußeren Stegs 13 und eine innere Reihe von Kammern an jeder Seite des inneren Stegs 71.

Die auf jeder Seite des äußeren Stegs 23 riegenden Kammern dienen den VerbrennurtgS' und Ausstoßtakten. Einlaßkanäle 30 (Fig. 1, 5 und 7) in den Gehäuse&ejtenteilen 4 stehen mit den inneren Kammern in Verbindung. In der folgenden Ausführungsform sind zwölf Einlaßkanäle, und zwar je sechs auf jeder Seite, vorgesehen. Jeder Einlaßkanal liegt neben einer ·' Trennplatte 12_

Oberströmkanäle 31a, 31 b, 3Ic(Fi g. 6 und 7) sind in den seitlichen Gehäuseseitenteilen 4 vorgesehen, um das komprimierte Kraftstoff-Luft-Gemisch von jeder Innenkammer zu der jeweils zugeordneten Außenkammer zu führen. Von den Innenkammern verlaufen Oberströmkanäle 31a zu den Oberströmkanälen 3l£>. die schräg angeordnet sind (Fig. 6) im Randabschnitt vom Außenzylinder 21, der in der An eines Drehschiebers wirkt und dessen Oberströmkanäle 316 diskontinuierlich die Oberströmkanäle 3la und 31c miteinander verbinden. Die Überströmkanäle 31c führen zu den Außenkammern neben den äußeren verschiebbaren Trennplatten 11-

Die Zündung des verdichteten Kraftstuff-Luft-Gemisches erfolgt durch Zündkerzen iZ die durch die Gehäuseseitenteile 4 geführt sind und ^eren Zündkontakte in den Hohlräumen neben der Einmündung der Überströmkanal 31c liegen.

Auspuffkanäle 33 in den Gehauseseitenteilen 4 . (Fig.;. 3) führen von den äußeren verschiebbaren Trennplatten zu entsprechenden außenliegenden Aus puffsammlern.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine arbeitet wie folgt: Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird bei atmosphärischem Druck durch die Einlaßkanäle 30 auf Grund der Vorwärtsbewegung des wellenförmigen inneren Stegs 22 des Rotors in die inneren Kammern angesaugt. Gehen die Wellenbergabsthnitte des Stegs 22 durch das nächste Trennplattenpaar 12 und über die Einlaßkanäle desselben hinweg, so werden die Kammern voll beaufschlagt (Fig. 8). Die Bewegung einer solchen beaufschlagten Kammer A[F ig. 9) in Richtung auf die nächste innere Trennplatte führt zur Verdichtung des Gemischs. Die optimale Kompression wird

- erreicht, wenn sich der Wellenberg der nächstfolgenden Tiennplatte nähen (Fig. 10). Zu diesem Zeitpunkt öffnet sich der Überströmkanal 31a, 316. 3Ic(F ι g. 9 und 10). worauf das komprimierte Gemisch in de zugehörige äußere Kammer 10 gedrückt wird, um sodann vor

- einer äußeren Trennplatte 11 auszutreten. Die Bewegung des Gemischs durch den Überströmkanal wird durch drehungsbedingte Zentnfugal- und Tangentialkräfte im Zusammenwirken mit dem nach vorn und außen gerichteten Krümmungsverlauf (Fig. 6) des Überströmkanals 31 £> beschleunigt.

Bei weiterer Rotorbewegung wird der Überströmkanal geschlossen, worauf die Zündkerze 32 das vor »irdichtete Gemisch zündet (Fig. 11) und der dabei freiwerdende Druck als Antriebskraft Fauf den äußeren Steg des Rotoi» (Fig. 12) ausgeübt wird Mit der weiteren Bewegung wird die Arbeitskammer mit dem Auspuffkanal 33 verbunden, durch den hindurch die Verbrennungsprodukte ausgestoßen werden, wenn der folgende Wellenberg Cdie nächste äußere Trennplatte

- 11' ansteuert, wie dies aus Fig. 13 ersichtlich ist Die Kammer ist damit bereit zur Aufnahme des nächsten komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches aus ihrer komplementären inneren Kammer.

Damit ist ein Arbeitsspiel eines Paars komplementä-

<s5 rer Kammern beendet. Der Zyklus wird jedesmal erneut eingeleitet. Wenn die innere Kammer des betreffenden Paars eome Trennplatte 12 passiert und die zugehörige äußere Kammer sich über die nächstfolgende Trenn-

platte Ii hinwegbewegt.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel mit zehn-Ansaug-Kompressioriskammerri (je fünf an jeder Seite des inneren sinusförmigen Stegs) und zehn Verbrefinürigs-AUsstößkäihrnern (je fünf an jeder Seite des äußeren sinusförmigen Stegs) wird bei jedem Arbeitsspiel ein Kraftimpuls erzeugt und eine Drehu von etwa vier Fünfteln benötigt. In dem hiür ebenfs behandelten Beispiel einer Brennkraftmaschine r sechs Teilzonen werden bei jeder Drehung sech; * Kraf tifnpülse, und zwar dreißig an jeder Seite, erzeUgi

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Drehkolben-Kraftmaschine mit innerhalb eines stationären Gehäuses drehfest mit einer Abtriebswelle umlaufendem Rotor, bestehend aus konzentrischen Zylindern mit sich über ihre äußeren Umfange erstreckenden, äußere und innere Arbeitsräume bildenden wellenförmigen Stegen, wovon der innere Steg den zentralen Zylinder mit dem Ringzylinder verbindet und diese mit beidseitig angeordneten, axial verschiebbaren Absperrschiebern in dichtender Anlage stehen, welche die äußeren und inneren Arbeitsräume in Arbeitskammern unterteilen, wobei der innere Arbeitsraum bzw. äußere Arbeitsraum öffnungen für die Zuführung bzw. Ableitung des Arbeitsmediums aufweist, gekennzeichnet bei Verwendung als gemischverdichtende Brennkraftmaschine durch folgende Merkmale: