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Verbrennungskraftmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, deren Maschinengehäuse
einen Arbeitsraum mit Ein- und Auslässen für die Verbrennungsgase und einen kontinuierlich
drehbaren Rotor aufweist.
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Bekannte Verbrennungskraftmaschinen dieser Art sind als Drehkolbenmotore
ausgeführt. Bei diesen läuft in einem kreisförmigen Zylinderraum ein in der Form
eines Bogendreiecks gestalteter Rotor um. Diese Verbrennungskraftmaschinen zeigen
neben einer komplizierten Gestaltung den Nachteil, daß der Rotor erhebliche Dichtprobleme
gegenüber der Zylinderwandung aufwirft. Weiterhin bedürfen diese Verbrennungskraftmaschinen
einen großen Kraftstoffaufwand.
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Fernerhin sind Gasturbinen bekannt. Diese Verbrennungskraftmaschinen
konnten sich aber wegen der ihnen eigenen trägen Anlaufverhältnisse im Fahrzeugbau
bisher nicht durchsetzen.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit drehbarem
Rotor zu schaffen, bei der die Abdichtprobleme für den Rotor einfach entfallen und
bei geringem Kraftstoffaufwand sichere Anlaufverhältnisse gegeben sind.
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Diese Aufgabe hat der Erfindung gemäß dadurch eine Lösung gefunden,
daß ein kreiszylindrischer Rotor stirnseitig dicht in einem im wesentlichen elliptischen
Arbeitsraum umläuft, der mit diametralen Abschnitten der Umfangsfläche des Arbeitsraumes
unter Bildung von Arbeitsteilräumen tangiert, dem von denen einer mit/Auslaß und
der andere mit dem Einlaß verbunden ist und daß in Ausnehmungen des Rotors in Drehrichtung
hintereinander periodisch an Umfangsflächenabschnitten des Arbeitsraumes anlegbare
Arbeitsschieber bzw. Verdichtungsschieber untergebracht und zwischen jedem Arbeits-
und Verdichtungsschieber in der Umfangsfläche des Rotors offene Brennräume des Rotors
ausgebildet sind und daß die Arbeitsschieber über Pleuelstangen an einem Gelenkzapfen
und die Verdichtungsschieber über Pleuelstangen an einem weiteren Gelenkzapfen angreifen,
die diametral symmetrisch im Abstand neben der Drehachse des Rotors fest im Maschinengehäuse
angeordnet sind. Zweckmäßig sind der Einlaß und der Auslaß im Bereich des einen
Tangierungsabschnitts
und die Zündeinrichtung, z.B. eine Zündkerze
oder aber eine Einspritzdüse bei Dieselbetrieb im Bereich des anderen Tangierungsabschnittes
vorgesehen.
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Gemäß bevorzugter Ausgestaltung finden drei um gleiche Winkelgrade
zueinander versetzte Arbeitsschieber sowie drei Verdichtungsschieber Anwendung,
die miteinander drei Arbeitseinheiten bilden und bei jedem Umlauf des Rotors die
bei Kolbenmotoren bekannten Arbeitsvorgänge, Ansaugen, Verdichten, Drücken und Ausschieben
bewirken, wodurch eine Arbeitsleistung erreicht wird, die derjenigen eines Sechszylinderhubkolbenmotors
entspricht. Die Arbeitsteilräume ergeben dabei unter Versicht auf komplizierte Gaswechselsteuerungsmechanismen
eine Ansaug- und Verdichtungskammer und unabhängig davon eine Verbrennungs- und
Ausschiebekammer.
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Hierdurch ist gewährleistet, daß Frischgas-!Abgasvermischtmgen bXw.
bei Diesel-Betrieb Luft- und Abgasvermischungen mit den nachteiligen Wirkungen in
Bezug auf den Brennstoffverbrauch entfallen. Der Rotor kann beliebig gleichermaßen
langsamlaufend bzw. mit großer Drehgeschwindigkeit betrieben werden, wobei der sich
in der Verbrennungskammer einstellende hohe Druckaufbau in Verbindung mit einem
langanhaltenden Dehnungsvorgang für einen sicheren Anlauf des Rotors und guten Ber
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ellnigungswerten sorgen. Außerdem hat sich ge79i gt,, daß i< Arbeits- Iind Verdichtllngsschi(hewr
wegen der hohen Umfangsgeschwindigkeiten am Rotor zu ihrer Abdichtung gegenüber
der Arbeitsraumwandung keine oder nur eine geringe Kontaktanlage mit dieser bedürfen,
was zu einem rebungsarmen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine führt. Durch entsprechende
Gestaltung von Brennraum und Dehnungsverlauf bestehen schließlich die thermodynamischen
Möglichkeiten die Verbrennungskraftmaschine bishin zur absoluten Gleichraumverbrennung
mit Otto- oder Dieselbrennstoffen zu nutzen, wobei noch möglich ist, durch eine
Seitenverschiebung des Rotors die Arbeitsteilräume volumenmäßig zu verändern, um,
z.B. durch Vergrößerung des als Verdichtungsraum dienenden Arbeitsteilraumes einen
Ladereffekt zu erreichen.
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Nach der Erfindung ist weiter vorgesehen, den Rotor als Hohlkörper
auszuführen, der auf einer Achse frei dreht, die als Gelenkzapfen dienende Abkröpfungen
aufweist und mit dem Maschinengehäuse fest verbunden ist. Der Rotor kann mit angeschnittenen
oder angeformten hohlzylindrischen Abschnitten auf der Achse drehbar abgestützt
sein und mit einem aus dem Maschinengehäuse herausgeführten Abschnitt die Antriebswelle
bilden. Bei Drehbewegungen des Rotors bewirken die Gelenkzapfen über die Pleuel
selbsttätig Längsbewegungen der Arbeits- und Verdichtungsschieber in den Ausnehmungen
dergestalt,
daß zu Arbeitshüben der dem Arbeitsteilraum jeweils zugeordnete Arbeitsschieber
an die Wandung angelegt und der Verdichtungsschieber in die innere Endstellung gebracht
ist, während in dem als Verdichtungsraum dienenden Arbeitsteilraum die Verdichtungsschieber
mit der Wandung zusammenwirken und der zugeordnete Arbeitsschieber in seine innere
Endstellung bewegt ist.
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Die Arbeits- und Verdichtungsschieber können in weiterer Ausgestaltung
der Verbrennungskraftmaschine über ihre Länge mit gleichbleibender oder verschiedener
Höhe ausgeführt sein, wobei gegebenenfalls vorgesehene Absetzungen oder Erhöhungen
im Bereich der Schmalseiten der Arbeits- und Verdichtungsschieber mit korrespondierenden
Anformungen bzw. Ausnehmungen am Maschinengehäuse Abdichtungen erbringen. Als besonders
zweckmäßig haben sich Verlängerungen an den der Drehachse zugewandten Enden der
Schieber erwiesen, die in nutenförmigen Ausnehmungen verschieblich eingreifen und
die Gelenke für die Pleuel aufnehmen. Die über die Dauer der Arbeitsbewegungen einschließlich
der als Gelenkzapfen wirkenden Abkröpfungen stellstehenden Achse ergibt einen einfachen
Aufbau der Verbrennungskraftmaschine. Die Achse kann hierbei mit einem Ende, z.B.
durch einen Flansch am Maschinengehäuse fest gehalten sein.
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Es entspricht der Erfindung, die Verbrennungskraftmaschine gegebenenfalls
als Kompressoreinrichtung zum Einsatz zu bringen. Hierzu bedarf es in mindestens
einem Arbeitsteilraum einen Einlaß und einen Auslaß vorzusehen. Als Auslaß kann,
z . B. die die Zündeinrichtung aufnehmende Öffnung dienen. Unter Verzicht oder nach
Abschaltung des Brennstoffgemisches ist so die Verbrennungskraftmaschine als Luftverdichter
zu verwenden, wobei gegebenenfalls die beiden Arbeitsteilräume als Verdichtungskammern
benutzbar sind.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel verdeutlicht.
Hierin zeigen: Fig. 1 eine Verbrennungskraftmaschine schematisch in Draufsicht und
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1.
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Das Maschinengehäuse der Verbrennungskraftmaschine ist mit 1 bezeichnet.
Es ist durch einen Ringteil 2 mit einem im wesentlichen elliptischen Arbeitsraum
3 gebildet. Der Arbeitsraum 3 ist an seinen stirnseitigen Enden durch Dekkelteile
4, 5 fest verschlossen. Mit 7 ist ein kreiszylindrischer Rotor bezeichnet, der unter
Bildung von Arbeitsteilräumen 3' und 3" mit diametralen Umfangsflächenabschnitten
8'
und 8" tangiert. Mit dem Arbeitsteilraum 3' steht ein Auslaß 9 und mit dem Arbeitsteilraum
3" ein Einlaß 10 in Verbindung. Der Rotor 7 ist beim Ausführungsbeispiel mit hohlzylindrischen
Abschnitten 7', 7" auf einer Achse 6 gelagert, die mittels eines Flansches 6' am
Maschinengehäuse 1 festgelegt ist. Der Rotor 7 ist mit dem Abschnitt 7' aus dem
Maschinengehäuse 1 als Hohlwelle herausgeführt. Beim Ausführungsbeispiel nimmt der
Rotor 7 in um gleiche Winkelgrade versetzten radialen Ausnehmungen 10' Arbeitsschieber
11, 11', 11 " bzw. Verdichtungsschieber 12, 12', 12 " auf, die an den Deckelteilen
4, 5 und dem Ringteil 2 dicht geführt sind. Jeder Arbeitsschieber 11 bzw. 11' oder
11 " bildet mit dem zugehörigen Verdichtungsschieber 12 bzw.
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12' oder 12" eine Arbeitseinheit. Die Schieber 11, 11', 11", 12, 12',
12 " weisen Gelenkbolzen 15 auf, an die Pleuel 16 angreifen, die mit Abkröpfungen
6" und 6"' der Achse 6 in Verbindung stehen.
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Bei Drehungen des Rotors 7 erfolgen durch das Zusammenwirken der Abkröpfungen
6" und 6''' und der Pleuel 76 Verschiebebewegungen der ArbeitsSchieber 11, 11',
11 " und der Verdichtungsschieber 12, 12', 12 ". Es versteht sich, daß der Rotor
7 auch eine abweichende Anzahl, z.B. zwei Arbeits- und Verdichtungsschieber (zwei
Arbeitseinheiten) aufnehmen kann, die diametral zueinander im Rotor angeordnet sind.
Zwischen
den Arbeitsschiebern 11, 11', 11" und den zugehörigen
Verdichtungsschiebern 12, 12!, 12 " sind im Rotor in der Umfangsfläche desselben
offene Brennräume 18, 19 und 20 vorgesehen. Die freien Schmalseiten der Schieber
11, 11', 11 " ; 12, 12', 12 " sind zur Schaffung von Dichtkanten schräg oder dachförmig
zur Längsmittelebene der Schieber sich erstreckend ausgeführt.
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In der Stellung des Rotors der Fig. 1 hat der Verdichtungsschieber
12" annähernd den Verdichtungstakt beendet, der Verdichtungsschieber 12' an die
Wandung angelegt und der Verdichtungsschieber 12 seine innere Stellung zurückgezogen,
während der Arbeitsschieber 11 von den Verbrennungsgasen beaufschlagt ist, die Arbeitsschieber
11ß, 11" zurückgezogen sind. Bei Erreichen des Tangierungsabschnitts 8' durch den
Brennraum 20 erfolgt über die Zündkerze 21 eine Verbrennung der verdichteten Gase
und durch hohen Druckaufbau im Brennraum 20 und Dehnungseinwirkung auf den Arbeitsschieber
11 " eine Teildrehung des Rotors 7. Der Arbeitsschieber 11" schiebt dabei mit seiner
Unterseite verbrauchte Verbrennungsgase in den Auslaß 9. Gleichzeitig wird bei Erreichen
des Arbeitsteilraumes 3" durch den Arbeitsschieber 11 dieser in seine innere Stellung
verschoben und der zugehörige Verdichtungsschieber
12 an die Umfangsfläche
des Arbeitsteilraumes 3' angelegt, um dort bei der Weiterdrehung des Rotors 7 den
Verdichtungsvorgang der über den Einlaß 10 angesaugten Verbrennungsgase zu bewirken.
Am Verdichtungsschieber 12 stellt sich rückseitig ein Vakuum für das Ansaugen von
Verbrennungsgasen ein.
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Der Rotor 7 kann beliebig langsam bzw. schnell laufend drehen wobei
die hohen Umfangsgeschindigkeiten einen nur losen Kontakt der Arbeits- 11, 11',
11 " und Verdichtungsschieber 12, 12', 12" mit der Umfangsfläche der Arbeitsteilräume
3', 3" erfordern.
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Es versteht sich, daß der Abstand der Abkröpfungen 6" zur Mittellinie
der Achse 6 dem notwendigen Hub der Schieber 11, 11', 11"; 12, 12', 12" entspricht.
Außerdem ist möglich, die Arbeitsvorgänge durch Verkleinerung oder Vergrößerung
der Arbeitsteilräume 3', 3" veränderbar zu gestalten. Diese änderung läßt sich einfach
durch Verschieben des Rotors 2 entlang der Längsachse des elliptischen Arbeitsraumes
3 erreichen. Wird der Rotor 7 der Gestalt verschoben, daß eine Vergrößerung des
Arbeitsteilraumes 3" bewirkt wird, so erfolgt durch Zufuhr einer größeren Menge
Verbrennungsgase ein Ladereffekt.