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Drehkolbenbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine
mit mindestens je zwei in nebeneinanderliegenden, durch eine Zwischenwand getrennten
Kammern umlaufenden Drehkolben, von denen der eine Luft oder ein Luft-Brennstoffgemisch
verdichtet (Kompressionskolben) und der andere (Arbeitskolben) von dem Überdruck
des gezündeten Gemisches angetrieben wird und die auf einer gemeinsamen Welle angebracht
sind.
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Eine Drehkolbenbrennkraftmaschine ist z. B. aus der DOS 2 351 206
bekannt. Nachteilig ist hierbei aber die komplizierte Form des erforderlichen Kolbens
sowie das Vorhandensein von Schleifdichtungen, der komplizierte Aufbau der Brennkraftmaschine
sowie die Störungsanfälligkeit und das hohe Gewicht derselben.
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Es sind weitere Drehkolbenbrennkraftmaschinen bekannt, bei denen ein
dreieckiger Rotations-Kolben verwendet wird, der über eine Verzahnung auf eine Kurbelwelle
arbeitet. Nachteilig ist hierbei aber ebenfalls das Vorliegen von Schleifdichtungen
sowie der komplizierte Aufbau aufgrund des Vorliegens der Innenverzahnung und ie-
Kurbelwelle. Diese bekuinen Drehkolbenbrennkraftmaschinen
haben
sich daher noch nicht in dem Maße durchsetzen können, wie ihre prinzipiellen Vorteile
dies ermöglichen würden. Insbesondere die Schleifdichtungen sind die Ursache für
einen hohen Verschleiß und eine damit verbundene hohe Störanfälligkeit; nachteilig
ist weiterhin ein hoher spezifischer Brennstoffverbrauch, eine schlechte thermische
Belastbarkeit und eine ungünstige Drehmomentenkurve.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehkolben-Brennkraftmaschine
zu schaffen, die besonders einfach aufgebaut ist, wenige bewegliche Teile besitzt,
deren rotierenden Teile einen vollen Massenausgleich aufweisen können, die wirtschaftlich
hergestellt werden kann und bei welcher das Gewicht und die Abmessungen in besonders
günstigem Verhältnis zur Leistung stehen.
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Weiterhin soll die Maschinenleistung direkt auf die Hauptwelle ohne
zwischengeschaltete mechanische Verbindungen oder Kraftübertragungen übertragen
werden können, so daß Leistung verbrauchende Verbindungsstangen oder Kurbelwellen
entfallen.
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Insgesamt soll die Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung
die Nachteile der bekannten Drehkolben-Brennkraftmaschinen vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der eingangs
genannten Drehkolben-Brennkraftmaschine
mit jedem Kolben ein in
der gleichen Ebene umlaufender weiterer Dicht-Drehkolben umläuft, der an seinem
Umfang mindestens eine Ausnehmung trägt, in die ein Vorsprung des Hauptkolbens eingreift,
und daß die Kolben und die Dicht-Drehkolben auf den größten Teil ihres Umfanges
kreisförmig sind und in diesen Teilen aneinander anliegen und weiterhin,daß daß
zwischen den Kammern ein schlitzförmiger Überströmkanal angeordnet ist, der bei
beiden Kammern im Bereich der Vorsprünge liegt und durch die Drehkolben offenbar
oder schließbar ist.
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Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine
dadurch gekennzeichnet sein, daß der Kompressions-Drehkolben der Druckkammer einen
an der Kammerzwischenwand anliegenden, mitrotierenden Randsteg aufweist, der einen
Ausschnitt in Bewegungsrichtung des Kolbens vor dem Vorsprung aufweist und den Überströmkanal
mit Ausnahme im Bereich des Ausschnitts abdeckt.
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Um eine ausreichende Abdichtung zwischen demKompressions- und dessen
Gegenkolben zu erreichen, kann vorteilhaft der Vorsprung des Kompressions-Kolbens
kreisförmig gerundet sein, ungefähr einen Halbkreis ausbilden und in eine entsprechende,
die Abrollbewegung gestattende kreisförmig ausgebildete Ausnehmung des Dicht-Drehkolbens
oder Gegenkolbens eingreifen.
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Der Arbeitskolben könnte mit seinem Gegenkolben entsprechend ausgebildet
sein, erfindungsgemäß weist er aber zur Ausbildung einer mit hohem Kompressionsdruck
arbeitenden Arbeitsraumes einen Vorsprung in Form eines leicht in Bewegungsrichtung
nach hinten gebogenen Steges auf, wobei der Dicht-Drehkolben oder Gegenkolben eine
entsprechende, die Abrollbewegung gestatt ende Ausnehmung aufweist.
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Die Dicht-Drehkolben weisen vorteilhaft im Falle des Kompressions-Kolbens
einen kleineren Durchmesser als der Kompressions-Kolben und im Falle des Arbeitskolbens
einen größeren Durchmesser als der Arbeitskolben auf. Da sie mit der gleichen Geschwindigkeit
für den Eingriff der Vorsprünge in die dafür vorgesehenen Ausbuchtungen umlaufen,
erfolgt ihr Antrieb über geeignete Ketten- oder Zahnradgetriebe.
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Zur Verbesserung der Abdichtung zwischen den Kolbenkörpern können
diese an ihrem Umfang mit einer Verzahnung versehen sein und die Verzahnungen zusammenwirkender
Kolben können ineinander eingreifen.
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Um die Abdichtung insbesondere des Arbeitskolbens gegenüber der Umfangs-Kammerwand
zu verbessern, kann dieser vorteilhaft an seiner Stegoberseite als Labyrinth ausgebildet
sein oder eine Dichtung aufweisen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine
gehen aus der detaillierten Beschreibung ihres Aufbaues hervor. Im folgenden wird
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 schematisch im Teilschnitt die Arbeitskammer mit dem Arbeitskolben
und dessen Dreh-Dichtkolben, Figur 2 einen entsprechenden schematischen Schnitt
durch die Kompressionskammer mit dem Kompressions-Kolben und dessen Dreh-Dichtkolben,
Figur 3 die Darstellung gemäß Figur 1 mit gestrichelt eingezeichneter Darstellung
gemäß Figur 2, Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie E-F in den Figuren 1 bs 3,
Figur 5 schematisch Kompressions- und Druckkammer im Augenblick des Zündens des
Gemisches, Figur 6 ein Schema gemäß Figur 5 nach Beendigung des Arbeitstaktes, Figur
7 das Schema gemäß Figur 5 und 6 im Augenblick des Komprimierens des Gemisches und
Figur 8 das Schema gemäß Figur 5 bis 7 während des Überströmens des Gemisches.
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Gemäß den Figuren besteht die erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine
aus einem Gehäuse 6, welches zwei nebeneinanderliegende, durch eine Zwischenwand
16 getrennte Kammern 13 und 14 aufweist, in welchen
einmal ein
Kompressions-Drehkolben 1 und zum anderen ein Arbeits-Drehkolben 2 auf einer gemeinsamen
Hauptwelle 3 umlaufen. Die Hauptwelle 3 ist mit mindestens zwei Lagern 4 und 5 an
beiden Stirnseiten des Gehäuses 6 in diesem gelagert und das Gehäuse ist für den
Fachmann selbstverständlich sowohl an den Stirnwänden 20 und 21 als auch an den
die Stirnwände mit der Kammerzwischenwand 16 verbindenden umlaufen den Stegen mit
wasserdurchflossenen, der Einfachheit der Darstellung in den Figuren aber nicht
gezeigten Kühlräume versehen.
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Der Kompressions-Kolben 1 arbeitet mit einem Dicht-Drehkolben 7 zusammen,
mit dem er eine in jeder Umdrehung des Kolbens sich beliebig stark verkleinernde
Druckkammer bildet, aus welcher komprimierte Luft oder ein Luft-Brennstoffgemisch
in die daneben liegende Klammer 14 des Arbeitskolbens 2 gedrückt wird, Der Arbeitskolben
2 arbeitet mit einem weiteren Dicht-Drehkolben 8 zusammen, mit welchem er eine nach
Zündung des Brennstoff-Luftgemisches zur Arbeitsleistung sich vergrößernde Kammer
bildet.
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Im Prinzip bildet also die Arbeitskammer mit den beiden Drehkolben
die umgekehrte konstruktive Lösung wie die Kompressionskammer.
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Die Drehkolben 1 und 2 weisen je einen Vorsprung 11 und 12 auf, der
in entsprechende Ausnehmungen 9 und 19
der Dicht-Drehkolben 7 und
8 eingreifen. Der Vorsprung 11 des Kompressions-Kolbens 1 ist dabei kreisförmig
gerundet und weist nahezu einen Halbkreis auf und greift in eine ebenfalls kreisförmig
gerundete, die gegenseitige Abrollbewegung gestattende Ausnehmung 9 ein. Der Vorsprung
12 des Arbeitskolbens 2 ist ein Steg, der radial absteht und in Bewegungsrichtung
leicht nach hinten gekrümmt ist und in eine mehr schlitzförmige Ausnehmung 10 des
Dicht-Drehkolbens 8 eingreift.
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Zwischen den Kammern 13 für die Kompression und 14 für die Expansion
ist ein Überströmkanal 15 angeordnet, der ungefähr Schlitzform hat und sich im Bereich
der Vorsprünge in den Kammern 13 und 14 befindet.
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UmfangsmäBig ist er im Bereich des sich schließenden Vorsprungs 11
mit dem Dicht-Drehkolben 7 einerseits und andererseits im Bereich des sich gerade
von der Ausnehmung 10 wegbewegten Stegs 12 angeordnet. Der Überströmkanal 15 führt
also von der Eompressionskammer im Bereich der höchsten Kompression zu der Expansionskammer
ebenfalls im Bereich der größten Kompression, allerdings noch vor der Zündung.
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Wenn sich der Arbeitskolben 2 um einen bestimmten Winkelbereich gegenüber
dem Einströmbereich weitergedreht hat, gelangt der Steg 12 unter der Zündkerze vorbei
und die Zündung kann dann erfolgen, wenn der Überströmkanal 15 bereits wieder geschlossen
ist.
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Das gezündete Gemisch treibt dann über den Steg 12 den Arbeitskolben
2 an, bis durch die Auspuff öffnung 26 das expandierte und verbrannte Gemisch wieder
entweichen kann. Die Ansaugöffnung 25 ist kurz hinter dem Schließbereich des Kompressions-Kolbens
1 mit dem Dicht-Drehkolben 7 angeordnet, so daß zur erneuten Kompression Frischluft
einströmen kann. Mit der Frischluft kann in bekannter Weise ein zerstäubtes Benzin-
oder anderes Brennstoffgas angesaugt oder eingedrückt werden, wenn nicht nur eine
reine Luft Kompression vorgenommen wird und im Bereich des Überströmkanals dann
eine Brennstoffeinspritzung erfolgt.
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Die beiden Drehkolben 1 und 2 weisen je einen umlaufenden, an der
Kammerzwischenwand 16 vorbeigleitenden Randsteg 17 auf, der mit einem Ausschnitt
18 versehen als Drehschieber dient. Der Ausschnitt 18 befindet sich bei dem Kompressions-Kolben
1 direkt vor dem Vorsprung 11 bzw. bei dem Arbeitskolben 2 direkt hinter dem Steg
12. Aufgrund dieser Anordnung wird eine Uberströmung des komprimierten Gemisches
oder der komprimierten Luft im Augenblick der höchsten Kompression in dem jetzt
am kleinsten vorliegenden Brennraum gewährleistet.
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Um zu günstigen Abmessungen und Dichtverhältnissen der Kolben 1 und
2 mit ihren Dicht-Drehkolben 7 und 8 zu kommen, ist der Drehkolben 1 ungefähr gleich
groß wie der Drehkolben 7, während der Arbeitskolben 2
sehr viel
kleiner ist als der Dicht-Drehkolben 8.
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Die Übertragung der Drehbewegung von dem Drehkolben 1 auf den Dicht-Drehkolben
7 erfolgt dabei über einen nichtgezeigten Kettenantrieb, während die Übertragung
der Drehbewegung von dem Arbeitskolben 2 auf den Dicht-Drehkolben 8 über die Zahnräder
22 und 23 erfolgt.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können natürlich auch
Kompressions- und Arbeitskolben mit mehreren Vorsprüngen bzw. zusammenwirkend mit
mehreren Dicht-Drehkolben verwandt werden und es können weiterhin eine größere Anzahl
von parallel geschalteten Doppelkammern 13 und 14 vorliegen, wobei das Konstruktionsprinzip
der Anordnung der Drehkolben 1 und 2 auf einer gemeinsamen Welle erhalten bleiben
kann.
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Für den Fachmann offensichtlich kann die erfindungsgemäße Drehkolben-Brennkraftmaschine
mit den herkömmlichen Aggregaten zur Zündung, Gemischbildung, Einspritzung, zur
Erzeugung von elektrischem Strom und dergleichen versehen werden, so daß diese im
Belieben des Fachmanns verbleiben und nicht näher beschrieben zu werden brauchen.
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Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Drehkolben-Brennkraftmaschine
und zur Verringerung des spezifischen Treíbstoffverbrauches kann der Vorsprung 12
bzw.
Steg 12 an seinem äußeren Ende eine labyrinthartige oder andere Dichtung aufweisen
und die Stirnseiten der Drehkolben 1 und 2 sowie der Dicht-Drehkolben 7 und 8 können
ebenfalls Dichtungen oder labyrinthartige Oberflächen aufweisen, so daß Leckverluste
minimalisiert werden.
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Weitere Änderungen und Erweiterungen des Erfindungsgegenstandes stehen
ebenfalls im Belieben des Fachmannes und sind Teil der Erfindung, soweit sie sich
selbstverständlich oder naheliegend ergeben.