DE2724511C3

DE2724511C3 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2724511C3
Application number: DE19772724511
Authority: DE
Inventors: Friedrich 2371 Fockbek Schurbohm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1977-05-31
Publication date: 1980-03-06
Also published as: DE2724511A1; DE2724511B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Hub- und Schlupfeingriff zwischen einem mindestens eine achsferne Zone aufweisenden, zentrisch gelagerten Kolben und einem Gehäusemantel, über dessen Umfang durch gesteuerte Radialbewegung in Anlage an den Kolben bringbare, Arbeitskammern bildende Absperrschieberpaare angeordnet sind, die jeweils eine Brennkammer begrenzen und in deren Bereich ventilgesteuerte Einlaß- und Auslaßöffnungen vorhanden sind.

Eine derartige Rotationskolben-Brennkraftmaschine ist aus der GB-PS 116601 bekannt.

Bei dieser Maschine findet eine Verbesserung der Energieausbeute durch Nachverbrennung in der Maschine nicht statt. Die konstruktionsbedingte Arbeitsweise dieser Maschine vermag diese Nachverbrennung in der Maschine auch nicht zu leisten. Ferner verhindert die Konstruktion dieser Maschine ein restloses Ausstoßen der verbrannten Gase aus den Räumen, die zur Zündung des verdichteten Arbeitsmediums dienen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine eingangs genannter Art mit möglichst geringem baulichen Aufwand die Energieausbeute durch Nachverbrennung in der Maschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

a) die Auslaßöffnung sich zwischen den Absperrschiebern jeweils eines Absperrschieberpaares befindet,

b) der in Kolbendrehrichtung nachgeordnete Absperrschieber des Absperrschieberpaares während der Ansaug-, Verdichtungs-, Verbrennungs- und Ausstoßphase und der vorgeordnete Absperrschieber ausschließlich während der Verbrennungs- und Expansionsphase sich in Anlage an den Kolben befindet,

c) der vorgeordnete Absperrschieber des jeweiligen Absperrschieberpaares einen Überströmkanal aufweist, der über ein Rückschlagventil die Verbindung zwischen der Verdichtungskammer und der Expansionskammer herstellt, und

d) im Bereich der Einlaßöffnung eine öffnung für Luft vorgesehen ist.

Die Erfindung weist folgende Vorteile und Fortschritte auf: Die Energieausbeute wird durch Nachverbrennung in der Maschine wesentlich verbessert.

Mit dieser Verbesserung der Energieausbeute wird gleichzeitig eine Verminderung schädlicher Abgase erreicht.

Durch eine einfache Konstruktion der Maschine und geringen baulichen Aufwand wird eine unkomplizierte Arbeitsweise bei zentrischer Kolbendrehung erzielt.

Die Lage der Auslaßöffnungen zwischen den Absperrschiebern jeweils eines Absperrschieberpaares ermöglicht auch ein restloses Ausstoßen der verbrannten Gase aus den Verbrennungsräumen.

Der Erfindungsgegenstand wird an Hand einer Abbildung in folgendem näher erläutert. Die Abbildung zeigt einen Radialschnitt durch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit zwei Brennkammern.

Die Maschine besteht im wesentlichen aus folgenden Teilen:

Gehäusemantel 1, Kolben 2 mit den achsfernen Zonen 2a und 2b Brennkammern 3a und 3b, Nokkensteuerung 4a und 4b, Absperrschieber Sa, Sb; Sc, Sd, Einlaßöffnungen 6a und 6b, Auslaßöffnungen 7a, Tb, Überstromkanäle 8a und 86, Arbeitskammern A und B.

Über den Umfang des Gehäusemantels 1 sind die Absperrschieberpaare 5a, 5b und 5c, Sd angebracht, welche die Brennkammern 3a und 3b begrenzen. Der symmetrische Kolben 2 ist zentrisch gelagert, er rotiert zentrisch um die Maschinenachse. Die Anzahl der achsfernen Zonen 2a und Zb entspricht der Anzahl der Brennkammern. Außerhalb des Gehäusemantels 1 fest mit der Maschinenwelle verbundene Steuerscheiben (in der Abbildung nicht dargestellt) bewirken mit Rückholfedern der Absperrschieber 5a, Sb, Sc, Sd, daß diese Absperrschieber 5a, Sb, 5c, Sd radial bewegt und in Anlage an den Kolben 2 gebracht werden. Die Querschnittsform der Steuerscheiben entspricht genau dem Kolbenquerschnitt. Während der Rotation nehmen Steuerscheiben und der Kolben 2 stets die gleiche Lage ein, dadurch werden die erforderlichen Bewegungen der Absperrschieber 5a, Sb, 5c, Sd, veranlaßt. Ein Anheben der Absperrschieber 5a, 5b, Sc, 5d geschieht durch die Steuerscheiben, ein Senken erfolgt durch die Federkraft der Rückhol-

federn.

Durch die Maschine gesteuerte Nocken der Nokkensteuerung 4a und 4b bewirken erforderliche Arretierung der Absperrschieber 5a, 5b, 5c, 5d

Die Ventile der Einlaßöffnungen 6α und 6b und die Ventile der Auslaßöffnungen Ta und Tb werden ebenfalls durch Nocken der Nockensteuerung 4a und 4 b gesteuert.

Die Auslaßöffnung Ta befindet sich zwischen den Absperrschiebern 5a und 5b, die Auslaßöffnung Tb zwischen den Absperrschiebern 5c und Sd

Die Absperrschieber 5a und 5a* enthalten die Überströmkanäle 8a und 8b. Diese Überströmkanäle 8 a und 8 b sind mit einem einstellbaren Rückschlagventil versehen. Sie lassen während der Verbrennungs- und Expansionsphase von dem Kolben 2 verdichtete Luft in die Brennkammern 3a und 3b und in die anschließenden Arbeitskammern A und B einströmen. Durch dieses Einströmen verdichteter Luft in die Brennkammern 3 a und 3 b und in die anschließenden Arbeitskammern A und B während der Verbrennungs- und Expansionsphase wird eine Verbesserung der Energieausbeute des gezündeten Brennstoff-Luft-Gemisches und eine erhebliche Verminderung schädlicher Abgase erreicht.

Die Arbeitskammer A wird von dem Absperrschieber 5 b, dem Gehäusemantel 1 und dem Kolben 2, die Arbeitskammer B von dem Absperrschieber 5c, dem Gehäusemantel 1 und dem Kolben 2 gebildet.

Die eine Verdichtungskammer zur Luftverdichtung wird von dem Kolben 2, dem Gehäusemantel 1 und dem Absperrschieber 5α, die andere von dem Kolben 2, dem Gehäusemantel 1 und dem Absperrschieber 5d begrenzt, die eine Expansionskammer von dem Absperrschieber 5a, dem Gehäusemantel 1 und dem Kolben 2, die andere von dem Absperrschieber 5a\ dem Gehäusemantel 1 und dem Kolben 2.

Die Arbeitsweise der Maschine ist durch drei Takte geprägt, die bei IV₂ Umdrehungen der Motorwelle ablaufen. Die Nocken der Nockensteuerung 4a und 4b vollführen 1 Umdrehung bei 1V₂ Umdrehungen der Motorwelle.

l.Takt

Ansaugen von Brennstoff-Luft-Gemisch, Ausstoßen verbrannter Gase, V₂ Umdrehung der Maschinenwelle.

Zone 2b entfernt sich in Drehrichtung vom Absperrschieber 5b, Zone 2a entfernt sich vom Absperrschieber 5c. Beide Absperrschieber befinden sich in Anlagestellung. Die Zonen 2b und 2a durchlaufen die Arbeitskammern A und B. Die Absperrschieber 5a und 5d behindern die Zonen 2a und 2b nicht, sie sind angehoben durch von der Maschine gesteuerte Nocken. Die Einlaßöffnungen 6α und 6b werden geöffnet, Brennstoff-Luft-Gemisch wird vom Kolben 2 angesaugt, gleichzeitig werden die vor den Zonen 2b und 2a befindlichen Verbrennungsgase durch die Brennkammern 3b und 3a und die bereits geöffneten Auslaßöffnungen Tb und Ta ausgestoßen.

Bei Annäherung dci Zone 2b an den Absperrschieber 5c und der Zone 2a an den Absperrschieber 5b werden die Absperrschieber 5c und Sb durch die Steuerscheiben angehoben, so daß die Absperrschieber 5c und 5b den Durchgang für die Zonen 2b und 2a freigeben. Am Hnde des 1. Taktes werden die Einlaßöffnungen 6« und 6b geschlossen, es befindet sich nun in den Arbeitskammern A und B das Brennstoff-Luft-Gemisch.

2. Takt

ί Verdichten des Brennstoff-Luft-Gemischs, Ansaugen von Luft, V₂ Umdrehung der Maschienenwelle. Die Absperrschieber 5a und 5d bleiben durch die Nockensteuerung 4a und 4b angehoben. Die Steuerscheiben bewirken mit den Rückholfedern der Ab-Sperrschieber Sb und 5c, daß diese Absperrschieber 5 b und 5c in Anlagestellung bleiben. Zone 2a entfernt sich in Drehrichtung vom Absperrschieber 5 ft, Zone 2f> vom Absperrschieber 5c. Die Zone 2a drückt das vor ihm befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch in die

i"> Brennkammer 3b, die Zone Ib in die Brennkammer 3a Kurz nach Beginn der Verdichtung des vor den Zonen 2b und 2a liegenden Brennstoff-Luft-Gemisches werden die Auslaßöffnungen Ta und Tb geschlossen, dadurch können Gasreste aus der Verbren-

-20 nungsphase aus den Brennkammern 3a und 3b ausgestoßen werden.

Während die Zonen 2a und 2b beginnen, das vor ihnen befindliche Brennstoff-Luft-Gemisch zu verdichten, werden Luft-Einlaßöffnungen geöffnet, so

-'"> daß die Zonen 2a und 2b gleichzeitig Luft ansaugen. Diese Luft-Einlaßöffnungen sind in der Abbildung nicht dargestellt, da sie sich bei dieser Abbildung hinter den Einlaßöffnungen 6a und 6b befinden.
Passiert die Zone 2 a den Absperrschieber Sd und

κι die Zone 2b den Absperrschieber 5a, wird durch die Nockensteuerung 4a und 4b die Arretierung der Absperrschieber 5a und Sb aufgehoben, so daß nun diese Absperrschieber 5a und Sb durch Federkraft in Anlage an den Kolben 2 gebracht werden. Die Luft-Ein-

r> Iaßöffnungen werden geschlossen.

Bei Annäherung der Zonen 2a und 2b an die Brennkammern 3b und 3a werden die Absperrschieber 5c und 5b durch die Steuerscheiben angehoben, um schließlich den Weg für die Zonen 2a und 2b freizugeben. Wenn die Zone 2b den Absperrschieber 5b passiert und die Zone 2a den Absperrschieber 5c, werden die Absperrschieber 5b und 5c durch die Nockensteuerung 4a und 4b in ihrer Lage arretiert.

■r. Beim Passieren der Brennkammer 3a und 3b durch die Zonen 2b und 2a erfolgt die Zündung des verdichteten Brennstoff-Luft-Gemisches.

3. Takt

-,ο Expandieren des gezündeten Brennstoff-Luft-Gemisches, Verdichten von Luft und Übertritt der verdichteten Luft in die Expansionskammern, V₂ Umdrehung der Maschinenwelle.

Die aus den Brennkammern 3 a und 3 b expandie-

■-,·-> renden Gase treiben den Kolben 2 in Drehrichtung, gleichzeitig verdichtet der Kolben 2 die vor ihm befindliche Luft. Erreicht die vom Kolben 2 verdichtete Luft den an den Ventilen der Überströmkanäle 8a und 8b eingestellten Druck, so geben diese Ventile

ho den Weg frei für die verdichtete Luft, in die Brennkammern 3a und 3b einzuströmen, um eine möglichst vollständige Verbrennung der expandierenden Gase zu bewirken. Die Rückschlagventile verhindern, daß expandierende Gase durch die Uberströmkanäle 8a

h-, und 8b in die Kammern mit verdichteter Luft gelangen.

Durch das Einströmen verdichteter Luft in die Brennkammern 3a und 3b und damit in die Arbeits-

kammern A und B wird durch Nachverbrennung die Energieausbeute verbessert und eine erhebliche Verminderung schädlicher Abgase erreicht.

Wenn die Zone 2 ft sich dem Absperrschieber Sd nähert und die Zone la dem Absperrschieber 5a, werden die Absperrschieber Sd und 5a durch die Steuerscheiben angehoben, um beim Passieren der Zonen 2b und 2a durch die Nockensteuerung 4a und Ab arretiert zu werden. Die Auslaßöffnungen Ib und la werden geöffnet, kurz bevor die Zone 2b den Absperrschieber Sd passiert und die Zone la den Absperrschieber 5 a.

Der Übertritt der verdichteten Luft in die Expansionskammern kann auch auf folgende Weise bewirkt werden:

Die Überströmkanäle 8a und Sb werden ohne Ventil und Rückschlagventil so angeordnet in den Absperrschiebern 5 a und 5 b, daß sie mit im Gehäusemantel 1 befindlichen, jeweils ein Rückschlagventil aufweisenden Kanälen in Verbindung gebracht werden beim Heben der Absperrschieber 5a und Sd durch die Steuerscheiben. Diese Kanäle im Gehäusemantel 1 sind so angelegt, daß sie erst von den Überströmkanälen 8a und 8b erreicht werden, wenn eine genügende Verdichtung der LuIt hergestellt ist, um dann die verdichtete Luft in die Brennkammern 3a und 3b und damit in die Expansionskammern zu leiten. Bei Arretierung der Absperrschieber 5a und 5d ■> besteht keine Verbindung zwischen den Überströmkanälen 8a und Sb und den genannten Kanälen im Gehäusemantel 1.

Falls die erforderlichen Bewegungen der Absperrschieber 5a, Sb; Sc, Sd unmittelbar durch die Kolben-Ki bewegung im Zusammenwirken mit den Absperrschieber-Rückholfedern und der Nockensteuerung 4a und 4b bewirkt werden sollen, können die Steuerscheiben entfallen.

Bau- und Wirkungsweise dieser Rotationskolbenr. Brennkraftmaschine erleichtern die Verwendung einer Abgasturbine zur Leistungssteigerung.

Drei Maschineneinheiten der beschriebenen Ausführung können durch eine gemeinsame Maschinenwelle verbunden und so gesteuert werden, daß wäh- :o rend jeder halben Umdrehung der Maschinenwelle in einem Maschinengehäuse die Verbrennungs- und Expansionsphase abläuft.

Die beschriebene Maschine läßt sich auch als Dieselmotor nutzen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Hub- und Schlupfeingriff zwischen einem mindestens eine achsferne Zone aufweisenden, zentrisch gelagerten Kolben und einem Gehäusemante), über dessen Umfang durch gesteuerte Radialbewegung in Anlage an den Kolben bringbare, Arbeitskammern bildende Absperrschieberpaare angeordnet sind, die jeweils eine Brennkammer begrenzen und in deren Bereich ventilgesteuerte Einlaß- und Auslaßöffnungen vorhanden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Auslaßöffnung (7a, Tb) befindet sich zwischen den Absperrschiebern jeweils eines Absperrschieberpaares (5α, Sb; Sc, 5d);

b) der in Kolbendrehrichtung nachgeordnete Absperrschieber (Sb, 5c) des Absperrschiebers (5a, Sb; Sc, Sd) befindet sich während der Ansaug-, Verdichtungs-, Verbrennungsund Ausstoßphase und der vorgeordnete Absperrschieber (5 a, Sd) ausschließlich während der Verbrennungs- und Expansionsphase in Anlage an den Kolben (2);

c) der vorgeordnete Absperrschieber (5a, SiQ des jeweiligen Absperrschieberpaares (5 a, 5b 5c, Sd) weist einen Überströmkanal (8a, 8fc) auf, der über ein Rückschlagventil die Verbindung zwischen der Verdichtungskammer und der Expansionskammer herstellt;

d) im Bereich der Einlaßöffnung (6a, 6b) ist eine öffnung für Luft vorgesehen.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überströmkanal (8a, Sb) im vorgeordneten Absperrschieber (Sa, Sd) des jeweiligen Absperrschieberpaares (5α, Sb; Sc, Sd) mit im Gehäusemantel (1) befindlichen, das Rückschlagventil aufweisenden Kanälen in Verbindung steht.