DE3128309C2 - Drehkolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolben-Brennkraft­ maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Drehkolben-Brennkraftmaschinen sind in vielen Aus­ führungen bekannt. Sie haben den grundsätzlichen Vorteil, daß die nutzbare Arbeit praktisch unmit­ telbar auf die Antriebswelle übertragen wird, ohne daß der "Umweg" über die Kurbelwelle erfolgt.

Diese Maschinen sind in der Regel so aufgebaut, daß durch eine exzentrische Anordnung eines Drehkolbens innerhalb eines Gehäuses ein sichel­ förmiger Raum entsteht, der durch sogenannte Schie­ ber entsprechend ihrer Zahl in Arbeitsräume geteilt wird. Bei der Drehung des Drehkolbens wird Luft angesaugt, verdichtet und nach Einspritzung von Kraftstoff in das verdichtete Volumen erfolgt die Zündung. Die expandierenden Gase leisten dann die nach Abzug der Verluste nutzbare Arbeit. Der dabei erzielte Nutzungsgrad hängt ebenso wie die Höhe des Schadstoffausstoßes von den verschiedensten kon­ struktiven Details der Maschine ab.

Bisher nicht befriedigend geklärt sind bei derar­ tigen Maschinen die Abdichtung der Arbeitsräume und die damit im Zusammenhang stehende Schmierung der Schieber, die Erreichung einer hohen Verdichtung der für die Verbrennung notwendigen Luft, eine effektive, das heißt, eine den Nutzungsgrad verbessernde Ausnutzung der Verbrennungsgase und eine im Interesse des Umweltschutzes wirkungsvolle Nachverbrennung unverbrannter Anteile des Abgases, ohne daß auf eine kompakte raumsparende Bauweise und auf ein niedriges Leistungsgewicht verzichtet werden muß.

In der US-Patentschrift 42 03 410 wird eine Dreh­ kolben-Brennkraftmaschine beschrieben, die aus einem Zweikammergehäuse mit zwei nebeneinander angeordneten zylindrischen Drehkolben mit kreis­ förmigem Querschnitt besteht, die mit einer Antriebswelle fest verbunden sind. Das Gehäuse hat eine zylindrische Form, wobei die Querschnitts­ flächen des Zylinders eine unsymmetrische Ellipse darstellt. Die beiden Kammern und die beiden Drehkolben sind durch eine Trennwand voneinander getrennt. Beide Drehkolben weisen im Abstand von 90° je vier radiale Schlitze auf, in denen radial bewegbare Schieber angeordnet sind. Die Schieber, die beim Arbeiten der Brennkraftmaschine aufgrund der Fliehkraft gegen die innere Kammerwand gedrückt werden, erlauben eine funktionelle Aufteilung der Kammern in unterschiedlich große Räume, so daß die Funktionen Ansaugen, Verdichten, Zünden, Ausstoßen möglich sind. In der ersten Kammer erfolgt das Ansaugen und das Verdichten der Luft und das Zünden des Gemisches nach Einspritzung des Kraftstoffs.

Über einen parallel zur Antriebswelle geführten Verbindungskanal werden die noch komprimierten Brenngase in die zweite Kammer geführt, in die noch zusätzlicher Kraftstoff zur Verbrennung zugeführt wird. Die hier stattfindende Entspannung verursacht die Rotationsbewegung der Drehkolben. Diese Brenn­ kraftmaschine hat verschiedene Nachteile. So führt das Überströmen der noch komprimierten Brenngase aus der ersten in die zweite Kammer und die weitere Zuführung und Verbrennung von zusätzlichem Kraft­ stoff in der zweiten Kammer zu einem erhöhten Kraftstoffbedarf und zu einer, aufgrund keiner weiteren Luftzuführung, unvollständigeren Verbren­ nung und damit zu einer Umweltbelastung. Weiterhin ist es sehr wahrscheinlich, daß durch den relativ weiten Überführungsweg der komprimierten Brenngase, aufgrund der Zündung des Gemisches im Verdichterteil und der Entspannung der Verbrennungsgase im arbeitleistenden Teil des Motors, Wärmeverluste und eine Teilentspannung und dadurch Leistungsverluste auftreten können. Nachteilig ist weiterhin, daß für diese Drehkolben- Brennkraftmaschine offensichtlich keine Möglichkeit der Regulierung des Anpreßdruckes der Schieber an die Kammerinnenwand vorgesehen ist, ausgenommen die Wirkung der Fliehkraft, so daß bei geringeren Drehzahlen durchaus Dichtigkeitsprobleme beim Kompressionsschritt denkbar sind.

In der schweizerischen Patentschrift Nr. 142 832 wird ein Kapselgebläse beschrieben, das aus einer exzentrisch im Gehäuse gelagerten, zylindrischen Trommel besteht, die mit radial bewegbaren, in Schlitzen geführten Schiebern versehen ist. Die Schieber werden durch die Fliehkraft gegen die Gehäuseinnenwand gedrückt. Bei niedrigeren Dreh­ zahlen jedoch wird mit einer Flüssigkeit, die über ein Kanalsystem im Bereich der Welle den Druck aufbaut, der notwendige Anpressungsdruck erzielt. Das dort beschriebene hydraulische System, das gleichgewichtig zur Vermeidung eines Axialschubes einen hydraulischen, teilweise gedrosselten Druck aufbaut, wird im Kreislauf geführt, und das vom Gebläse geförderte, gasförmige Medium dient dabei dem Flüssigkeitsumlauf. Nachteilig bei einer Variante dieser Lösung ist, daß das gasförmige Medium im Kontakt mit der Flüssigkeit steht, so daß es von dieser wieder getrennt werden muß. Für einen Einsatz in Drehkolben-Brennkraftmaschinen ist diese Lösung insbesondere deshalb ungeeignet, weil mit ihr zwar ein ausreichender Anpreßdruck der Schieber erreicht wird, jedoch die Möglichkeit die Schieber unterschiedlich stark zu belasten nicht realisierbar erscheint.

In der deutschen Patentschrift 6 78 271 ist eine Brennkraftmaschine beschrieben worden, in der ein vorverdichtetes Gas-Luftgemisch, dessen Erzeugung in der Patentschrift nicht näher beschrieben wird, in eine, durch zwei Flachkolben gebildete Kammer eingeblasen und weiter verdichtet wird. Kurz nach dem Zündzeitpunkt wird dann ein Teil der hoch­ gespannten Verbrennungsgase über eine Düse abge­ zweigt, trifft auf ein Schaufelrad und treibt dieses an, so daß damit Arbeit geleistet werden kann. Ein Nachteil dieses Vorschlages ist, daß zum Zeitpunkt der höchsten Verdichtung, das heißt zum Zeitpunkt der größten potentiellen Energie­ ansammlung ein nicht unwesentlicher Teil der zur Verfügung stehenden kinetischen Energie auf ein Schaufelrad übertragen wird, das bekanntlich einen geringeren Wirkungsgrad hat. Eine Nachverbrennung der ausgestoßenen Brenngase und damit ein zusätz­ licher Energiegewinn und eine Verringerung der Schadstoffe erfolgt nicht. Es ist anzunehmen, daß das Verwerten der Energie die direkte Einwirkung auf die dort beschriebenen Flachkolben, wie es in Drehkolben-Brennkraftmaschinen auch allgemein üb­ lich ist, effektiver ist als der relativ verlust­ reiche Weg der Abzweigung von Energie kurz nach dem Zündzeitpunkt.

Ein weiterer Nachteil der hier beschriebenen Drehkolben-Brennkraftmaschinen ist, daß im Verbren­ nungsraum die den wirksamen Expansionsdruck auf­ nehmende Fläche des vorlaufenden Schiebers gleich der Fläche des nachlaufenden Schiebers ist, so daß eine Minderung der Wirkung des Druckes vorliegt, der als ungerichtete Größe in alle Raumrichtungen wirkt.

Ausgehend von den bisher geschilderten Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Drehkolben-Brennkraft­ maschine zu schaffen, die kinetische Energie und den noch vorhandenen Anteil chemischer Energie der ausgestoßenen Verbrennungsgase so zu verwerten, daß eine Übertragung auf die Antriebswelle möglich ist. Zusätzlich soll der Schadstoffgehalt der Verbren­ nungsgase gesenkt werden und es sollen durch eine Verbesserung der Wirksamkeit des Expansionsdruckes nach der Zündung und durch Steuerung des Anpres­ sungsdruckes der Schieber zusätzliche Leistungs­ reserven nutzbar gemacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Drehkolben-Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß vom technischen Aufbau her Gewicht und Ausmaß beträchtlich reduziert werden, wodurch ein günstiges Leistungsgewicht erreicht wird. Durch Nutzung der kinetischen Energie der Verbrennungsgase mittels Abgasturbine wird der Nutzeffekt erhöht, wobei gleichzeitig durch Zu­ führung von Sekundärluft zu den im Flammzustand befindlichen Verbrennungsgasen die Restbestände von Brennstoffanteilen verbrannt und der Bestand an Schadstoffen abgebaut werden. Die Beeinflussung der hydraulischen Anpressung der Gemisch zuführenden Schieber zur Kolbenumlaufbahn ermöglicht die Schaffung zweier Leistungsstufen, wodurch ein Brennstoff sparendes Fahrverhalten ermöglicht wird. Im Schubbetrieb des Fahrzeuges wird durch die hydraulische Beeinflussung der Schieber der Kompressionsdruck in den Kolbenumlaufbahnen aufgehoben, wobei gleichzeitig die Brennstoffzufuhr zu den Einspritzdüsen unterbrochen wird. Daraus ergibt sich, daß die Rollfähigkeit des Fahrzeuges erhöht und zwangsläufig ein Brennstoff sparender Effekt erzielt wird.

Im Prinzip besteht das Motorengehäuse aus zwei zylindrischen Räumen, die als Kolbenumlaufbahn die­ nen. Durch drei Wangenscheiben, die mit der An­ triebswelle fest verbunden sind, wird die seitliche Abgrenzung sowie die Unterteilung der Kolbenum­ laufbahn erzielt, die nach ihrer Funktion als Verbrennungsraum und Kompressionsraum bezeichnet werden. Zwischen den Wangenscheiben sind zwei Drehkolben mit denselben fest verbunden. Für den Verbrennungsraum sind im Drehkolben vier radial verlaufende Aussparungen im Abstand von 90° vorgesehen, in denen vier Schieber bewegbar ange­ ordnet sind. Der Drehkolben im Kompressionsraum ist mit acht radial verlaufenden Aussparungen im Abstand von 45° für acht Schieber versehen. Die Antriebswelle ist im Motorgehäuse exzentrisch so verlagert, daß an einer Stelle zwischen dem Drehkolben und der Stirnseite der Kolbenumlaufbahn ein geringer Abstand besteht, der hier als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird, aber an dem um 180° gegenüberliegenden Punkt, der hier als unterer Totpunkt (UT) bezeichnet wird, der größte Abstand entsteht. Um die Schieber den unterschiedlichen Abständen zwischen Drehkolben und der Kolbenumlaufbahn dicht anzupassen, wird mittels Ölpumpe in den Zentrumraum der Drehkolben Öl zugeführt, so daß zwischen den Schiebern untereinander eine hydraulisch flexible Verbindung hergestellt wird und so in jedem Falle eine dichte Anpressung der Schieber zur Kolbenumlaufbahn gegeben ist. Bei Drehung der Antriebsachse um 180° entsteht jeweils in dem Zwischenraum zweier Schieber vom OT zum UT durch die zwangsweise Vergrößerung des Volumens ein Unterdruck. In der weiteren Drehung um 180° vom UT zum OT erfolgt durch Volumenverringerung ein Verdichtungsvorgang.

Die acht Schieber im Kompressionsraum sind so ange­ ordnet, daß vier davon den vier Schiebern im Ver­ brennungsraum genau gegenüberstehen. Die restlichen vier Schieber sind im Abstand von 45° versetzt, so daß insgesamt acht Räume entstehen. Im Bereich des UT sind Lufteinlaßschlitze und Brennstoffein­ spritzdüsen vorgesehen. Werden die Schieber an den Lufteinlaßschlitzen vorbeigeführt, so wird durch den vorhandenen Unterdruck Sekundärluft angesaugt, aber in den nachfolgenden zweiten Zwischenraum beim Ansaugen von Sekundärluft gleichzeitig durch die Brennstoffeinspritzdüsen Brennstoff eingespritzt, so daß ein Brennstoff-Luftgemisch entsteht. Bei An­ näherung an den OT (der gegenüber dem OT im Verbrennungsraum um 40° vorgelagert ist), wird die angesaugte Sekundärluft und das Brennstoff- Luftgemisch verdichtet und durch eine Einlaßöffnung, die 20° vor dem UT vorgesehen ist, in den Raum zwischen zwei Schieber im Verbrennungsraum gedrückt. Das zugeführte Brenn­ stoff-Luftgemisch wird zwischen den zwei Schiebern bei Annäherung an den OT weiter verdichtet. Da eine Gemischzuführung zum Brennraum über die Engstelle am OT nicht möglich ist, ist im Drehkolben zwischen jeweils Schiebern erfindungsgemäß eine keilförmige Vertiefung vorgesehen. Hat der erste Schieber den Zündpunkt erreicht, so wird gleichzeitig vom zwei­ ten Schieber der Überstromkanal geschlossen, und die keilförmige Vertiefung endet am OT. Dadurch wird erreicht, daß sich der Verbrennungsdruck nicht auf die nachfolgenden Schieber auswirken kann, sondern überwiegend auf die größere Angriffsfläche in Drehrichtung wirkt. Wird durch die Zündkerze die Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches im Brennraum eingeleitet und durch die Expansion der Verbrennungsgase der Schieber in Richtung UT gedrückt, so ist beim Erreichen des höchsten Verbrennungsdruckes der Raum zwischen Drehkolben und Kolbenumlaufbahn, und zwangsläufig auch die Druckfläche des Schiebers, um das Mehrfache vergrößert, wobei sich gleichzeitig der Schieber bis zum UT laufend verlängert und somit eine Vergrößerung des Drehmomentes erzielt wird.

Nach einer effektiven Nutzung des Verbrennungs­ druckes hat der Schieber die an der Kolbenumlaufbahn vorgesehenen Auslaßschlitze er­ reicht. Der Ausstoß der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungsraum beginnt und wird durch den nach­ folgenden Schieber unterstützt. Hat der Schieber nach 250° die dort angeordnete Einlaßöffnung zwischen Kompressions- und Verbrennungsraum erreicht, wird durch den nachfolgenden Schieber bei 160° der Auslaßschlitz noch offengehalten. Wird die Einlaßöffnung durch den Schieber geöffnet, so wird die unter Druck stehende Sekundärluft in den Raum zwischen den nachfolgenden Schiebern gedrückt. Dadurch wird erreicht, daß die noch vorhandenen Verbrennungsgase in den Auslaßschlitz gedrückt werden. Hiermit erklärt sich, weshalb erfindungsgemäß eine Unterteilung zwischen Sekundärluft und Brennstoff-Luftgemisch vom Kom­ pressionsraum aus erfolgt. Der getrennt zugeführten Sekundärluft steht an erster Stelle die Aufgabe zu, die restlichen Verbrennungsgase in den Auslaß­ schlitz zu drücken. Mit dem Brennstoff-Luftgemisch wäre dies nicht zu erreichen, da die Gefahr der Gemischverbrennung bestünde. Hat der Schieber die Einlaßöffnung voll geöffnet, so wird vom nach­ folgenden Schieber der Auslaßschlitz geschlossen.

Beim Erreichen des OT beginnt die Zuführung von verdichtetem Brennstoff-Luftgemisch vom Kompres­ sionsraum, so daß es sich mit der vorhandenen Sekundärluft vermischt und in dem Raum zwischen zwei Schiebern bei Annäherung zum Brennraum weiter verdichtet. Hat der Schieber den Zündpunkt erreicht, so ist gleichzeitig durch den nachfolgenden Schieber die Einlaßöffnung geschlossen und der Verbrennungsvorgang wird eingeleitet.

Durch die Anordnung von vier Schiebern in einem Verbrennungsraum werden auf einer Antriebswellen­ umdrehung vier Verbrennungsvorgänge ausgelöst. Daraus ergibt sich, daß die Verbrennungsgase in kurzer Folge aus einem Auslaßschlitz mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen werden und daß die noch vorhandene kinetische Energie normalerweise ungenutzt abgegeben wird.

Es wurde nun gefunden, daß die Energie der mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßenen Verbrennungs­ gase bei gleichzeitiger Nachverbrennung der nicht restlos verbrannten Brennstoffanteile effektiv auf die Antriebswelle übertragen werden kann.

Erfindungsgemäß erfolgt die Energieübertragung dadurch, daß im Motorgehäuse über dem Verbrennungs­ raum eine hohlzylindrische Aussparung vorgesehen ist, im folgenden Ringraum genannt, die im gleich­ bleibenden Abstand zur Antriebswelle verläuft und mit den Auslaßschlitzen im Verbrennungsraum verbunden ist. An einer, mit der Antriebswelle fest verbundenen Turbinenradscheibe ist ein Schaufelrad mit mehreren Druckschaufeln befestigt, die unter Ausfüllung des Ringraumes Drehbewegungen ausführen können. Die vom Verbrennungsraum mit großer Geschwindigkeit ausgestoßenen Verbrennungs­ gase werden direkt dem Ringraum zugeführt. Der vorhandene Druck setzt sich auf die angeordneten Druckschaufeln fort und versetzt diese in drehende Bewegung. Die genutzte Energie wird mittels Turbinenradscheibe auf die Antriebswelle über­ tragen. Bei der 230°-Stellung nach Zündpunkt beginnt durch die Abgasturbine der Ausstoß der Verbrennungsgase in die Auspuffanlage. Zu beachten ist hier, daß ein großer Teil der Energie jedoch bereits über die Schieber und den Drehkolben auf die Antriebswelle übertragen wurden. Um diesen Vorgang zu beschleunigen, ist erfindungsgemäß ein Druckgebläse vorgesehen, das von der Antriebswelle getrieben wird. Dadurch wird erreicht, daß der erzeugte Druck vom Druckgebläse durch die vorgesehenen Durchlaßschlitze an der Gehäusestirnseite und der Turbinenradscheibe in die Zwischenräume der Druckschaufeln gedrückt wird, um ein restloses und schnelles Entfernen der Abgase zu erzielen. Gleichzeitig wird die hinzugekommene Sekundärluft den im Flammzustand befindlichen Verbrennungsgasen zugeführt. Dadurch wird erreicht, daß die noch vorhandenen Brennstoffanteile, die durch ungenügenden Sauerstoffanteil in den unter­ schiedlichen Belastungsstufen nicht voll genutzt werden konnten, zur Verbrennung gebracht werden, wodurch gleichzeitig die Schadstoffanteile abgebaut werden.

Um die zur Verfügung gestellte Nutzkraft der Drehkolben-Brennkraftmaschine bei nicht benötigter Volleistung zu reduzieren, wird erfindungsgemäß der hydraulische Anpressungsdruck der Schieber durch zwei getrennt voneinander, unabhängig gesteuerte Ölzuführungen beeinflußt. Die vier Schieber im Verbrennungsraum sowie je zwei um 180° diesen gegenüberstehenden Schieber im Kompressionsraum werden mittels Ölpumpe und Ölzuführung an die Stirnseiten der Kolbenumlaufbahn unter niedrigem konstanten Druck angepaßt. Dadurch werden zwei um 180° sich gegenüberliegende Schieber im Verbren­ nungsraum mit Brennstoff-Luftgemisch versorgt und somit nur zwei Verbrennungsvorgänge erzielt. Die restlichen vier Schieber im Kompressionsraum werden durch eine zweite Ölzuführung gespeist, in der ein Dreiwegemagnetventil zwischengeschaltet ist, mit dem Zweck, eine Ölzuführung zu den Schiebern zu ermöglichen. Dadurch wird eine Brennstoff- Luftgemisch-Zuführung in zwei restlichen Schiebern im Verbrennungsraum hergestellt und vier Verbren­ nungsvorgänge je Antriebswellenumdrehung erzielt.

Durch die elektronische Regeleinheit kann das Dreiwegemagnetventil so beeinflußt werden, daß die Ölzuführung zu den Schiebern unterbrochen und gleichzeitig der Anpressungsdruck aufgehoben wird, wobei die dafür bestimmte Einspritzdüse blockiert werden kann, so daß wieder nur zwei Verbrennungs­ vorgänge stattfinden können.

Durch die Nutzung dieser Anordnung ergibt sich, daß der Drehkolben-Brennkraftmaschine einerseits zum Zweck einer schnellen Beschleunigung und zum Erreichen der Höchstgeschwindigkeit durch vier Verbrennungsvorgänge ein hoher Wirkungsgrad zur Verfügung steht, andererseits aber gleichzeitig bei einer energiebewußten Fahrweise durch Umschaltung auf zwei Verbrennungsvorgänge und Aufhebung des Kompressionsdruckes der abgeschalteten Schieber der Wirkungsgrad sowie der Brennstoffverbrauch redu­ ziert werden können.

Im Schubbetrieb des Fahrzeuges ist vorgesehen, daß auch die Ölzuführung, die den Anpressungsdruck der vier Schieber im Verbrennungsraum, sowie der vier Schieber im Kompressionsraum, steuert, durch Zwischenschalten eines weiteren Dreiwegemagnet­ ventils flexibel beeinflußt wird. Bei Nullstellung des Gaspedals wird mittels eines Kontaktschalters, der mit der elektronischen Regeleinheit in Ver­ bindung steht, durch einen integrierten elektro­ nischen Schaltkreis bei einer ermittelten Drehzahl der Drehkolben-Brennkraftmaschine von über 1000 Umdrehungen pro Minute gleichzeitig die zwei Dreiwegemagnetventile so beeinflußt, daß der vorhandene Anpressungsdruck aller Schieber sowie die Brennstoffzufuhr für die Einspritzdüsen unterbrochen und durch einen Ölrückfluß aufgehoben wird. Dadurch wird erreicht, daß der vorhandene Kompressionsdruck, der durch die Schieber erzeugt und beim Schub des Fahrzeuges als Rollwiderstand hinderlich wirkt, behoben wird. Beim Betätigen des Gaspedals wird der Stromkreis durch Kontaktschalter unterbrochen, wodurch der Ölzufluß zu den Schiebern sowie die Brennstoffzufuhr für die Einspritzdüsen und deren Anpassung an die Kolbenumlaufbahn durch das Dreiwegemagnetventil wieder hergestellt ist.

Im Leerlaufbetrieb der Drehkolben-Brennkraftma­ schine wird beim Erreichen der Betriebstemperatur, die mittels Temperaturfühler mit der elektronischen Regeleinheit verbunden ist, das Dreiwegemagnet­ ventil so sensibilisiert, daß nur zwei Verbren­ nungsvorgänge stattfinden. Um die Zufuhr von Sekundärluft zu den Einlaßschlitzen und Einspritz­ düsen im Kompressionsraum zu beschleunigen, ist ein von der Antriebswelle gesteuertes Verdichtergebläse vorgesehen. Durch dieses wird den saugenden Schiebern bereits verdichtete Sekundärluft zuge­ führt, wodurch eine schnelle und gute Raumfüllung erreicht wird. Die Mengenregulierung wird durch einen zylindrischen Luftregulierkolben, der mit dem Gasgestänge verbunden ist, erreicht.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Drehkolben-Brennkraftmaschine dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Kreiskolben-Brennkraftmaschine rechts im Längsschnitt, links im Querschnitt dargestellt;

Fig. 2 im Längs- und Querschnitt die getrennt gesteuerte hydraulische Anpassung der Schieber im Verbrennungs- und Kompressions­ raum zur Erreichung von zwei Verbrennungs­ vorgängen;

Fig. 3 im Längs- und Querschnitt die getrennt gesteuerte hydraulische Anpressung der Schieber im Verbrennungs- und Kompressions­ raum zur Erreichung von vier Verbrennungs­ vorgängen.

In einem Motorengehäuse 5 ist ein Verbrennungsraum 10 und ein Kompressionsraum 11 angeordnet. Sowohl Verbrennungsraum 10 als auch Kompressionsraum 11 sind in axialer Richtung, bezogen auf eine Antriebswelle 9, durch zylindrische Kolbenum­ laufbahnen 21 und 22 begrenzt. Zur radialen Be­ grenzung des Verbrennungsraumes 10 und des Kompressionsraumes 11 sind Wangenscheiben 6, 7 und 8 angeordnet. Die Antriebswelle 9 ist mit den Wangenscheiben 6, 7 und 8 fest verbunden. Zwischen den Wangenscheiben 6 und 7 ist für den Verbren­ nungsraum 10 ein Drehkolben 12 und zwischen Wangenscheiben 7 und 8 für den Kompressionsraum 11 ein Drehkolben 13 angeordnet. Die Antriebswelle 9 ist im Motorengehäuse 5 zur Kolbenumlaufbahn 21 im Verbrennungsraum 10 exzentrisch so gelagert, daß der Raum zum Drehkolben 12 eine minimale Größe (oberer Totpunkt-OT), jedoch an der um 180° gegenüber­ liegenden Seite (unterer Totpunkt-UT) eine maximale Größe besitzt. Der geringste Abstand zwischen der Kolbenumlaufbahn 22 und dem Drehkolben 13 im Kompressionsraum 11 ist gegenüber dem OT im Verbrennungsraum 10 um 40° gegen die Drehrichtung vorverlegt. Der Drehkolben 12 im Verbrennungsraum 10 ist mit vier radial verlaufenden Aussparungen im Abstand von 90° versehen, in denen vier Schieber 1, 2, 3 und 4 radial bewegbar angeordnet sind. Der Drehkolben 13 im Kompressionsraum 11 ist mit acht zentral verlaufenden Aussparungen im Abstand von 45° versehen, in denen acht Schieber 1a, 1b, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b radial bewegbar angeordnet sind. Die Anpressung der Schieber 1 bis 4b an die Kolbenumlaufbahnen 21 und 22 wird auf hydraulischem Wege erzielt und wird sowohl in Fig. 1 als auch in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Da es von Nutzen ist, die Drehkolben-Brennkraftmaschine in zwei Leistungsbereichen zu steuern, werden die acht, Brennstoff-Luftgemisch zuführenden Schieber 1a bis 4b im Kompressionsraum 11 durch zwei voneinander unabhängig gesteuerte hydraulische Ölzuführungen 31 und 36 so beeinflußt, daß im Verbrennungsraum 10 vier, aber auch nur zwei Verbrennungsvorgänge je Antriebswellenumdrehung stattfinden können.

Um eine Anpressung der Schieber 1 bis 4 und 1a bis 4b in den Drehkolben 12 und 13 an die unter­ schiedlichen Zwischenabstände zu den Kolbenumlauf­ bahnen 21 und 22 zu erreichen, wird mittels der Ölzuführungen 31 und 36 in das Zentrum der Drehkolben 12 und 13 Öl zugeführt. Dadurch wird eine hydraulische Verbindung der Schieber 1 bis 4 und 1a bis 4b untereinander im gleichbleibenden Abstand hergestellt. Die Zuführung von Öl durch die Ölzuführung 36 wird mittels eines, mit einem Druckfühler 35 ermittelten Wertes - das heißt ein bestimmter Druck, der die Anpressung der Schieber 1 bis 4 und 1a bis 4b an die Kolbenumlaufbahnen 21, 22 unter geringem Reibungsdruck ermöglicht - an eine elektronische Regeleinheit 51 gemeldet. Bei zu geringem Druck wird eine Ölpumpe 33 in Betrieb gesetzt, bis der ermittelte Anpressungsdruck hergestellt ist. Ein Rückschlagventil 34 verhindert den Ölrückfluß. Abhängig von der Ölzuführung 36 werden im Verbrennungsraum 10 die vier Schieber 1, 2, 3 und 4 an die Kolbenumlaufbahn 21 angepaßt. Gleichzeitig werden im Kompressionsraum 11 die Schieber 1b und 2a und die gegenüberliegenden Schieber 3b und 4a an die Stirnseite der Kolbenumlaufbahn 22 angepreßt (Fig. 2).

Eine Beeinflussung der Schieber 2b, 3a und 4b, 1a wird durch eine Raumabgrenzung 56 blockiert. Dadurch wird erreicht, daß zwischen den Schiebern 1 und 2 sowie 3 und 4 im Verbrennungsraum 10 Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird, wodurch zwei Verbrennungsvorgänge je Antriebswellenumdrehung durch die Schieber 1 und 3 übertragen werden. Die Anpressung der Schieber 1a, 2b, 3a und 4b im Kompressionsraum 11 wird mittels der Ölzuführung 31 erzielt.

Durch den Druckfühler 29 wird der Druckwert ermittelt und an die elektronische Regeleinheit 51 geleitet. Von da aus wird die Ölpumpe 28 beeinflußt. Durch die Ölzuführung 31 wird ein hydraulischer Anpressungsdruck auf die Schieber 1a, 2b, 3a und 4b übertragen. Eine Beeinflussung der Schieber 1b, 2a, 3b und 4a wird durch die Raumabgrenzung 53 blockiert. Dadurch wird erreicht, daß zwischen den Schiebern 2 und 3 sowie 4 und 1 im Verbrennungsraum 10 Brennstoff-Luftgemisch zuge­ führt wird. Es werden somit zwei Verbrennungs­ vorgänge durch die Schieber 2 und 4 auf eine Antriebswellenumdrehung übertragen.

Durch die Zwischenschaltung eines Dreiwegemagnet­ ventils 30, das durch die elektronische Regeleinheit 51 gesteuert wird, und mit der Ölzu­ führung 31 zwischen der Ölpumpe 28 und den Schiebern 1a, 2b, 3a und 4b verbunden ist, kann der bestehende Öldruck unterbrochen und durch Ölrück­ fluß zu einer Ölleitung 32 aufgehoben werden. Dadurch ist der Anpressungsdruck der Schieber 1a, 2b, 3a und 4b aufgehoben, wodurch die Brennstoff- Luftgemischzufuhr zu den Schiebern 2 und 4 unterbrochen wird.

In der Zeichnung (Fig. 2) wird die hydraulische Anpressung der durch die Ölzuführung 36 abhängigen Schieber 1, 2, 3 und 4 im Verbrennungsraum 10 sowie die Schieber 1b, 2a, 3b und 4a im Kompressionsraum 11 dargestellt. Ein Absperring 52 trennt die Öl­ zuführung 36 von der Ölzuführung 31. Die Ölzu­ führung 31 zu den Schiebern 1b, 2a, 3b und 4a im Kompressionsraum 11 wird durch Raumabgrenzung 53 blockiert.

Fig. 3 stellt nach einer Antriebswellenumdrehung von 45° die Funktion des durch die Ölzuführung 31 zugeleiteten, hydraulischen Anpressungsdruckes auf die Schieber 2b, 3a, 4b und 1a dar.

Der durch die Ölzuführung 36 ausgelöste hydraulische Anpressungsdruck auf die Schieber 2b, 3a, 4b und 1a wird durch die Raumabgrenzung 56 blockiert, also nur auf die Schieber 1b, 2a, 3b und 4a übertragen. Durch Drehung der Antriebswelle 9 werden die Schieber 1 bis 4 und 1a bis 4b in den Drehkolben 12 und 13 den jeweils zur Kolben­ umlaufbahn 21 und 22 unterschiedlichen Abständen schiebend angepaßt. Der Raum 20 zwischen zwei Schiebern 1 bis 4 und 1a bis 4b wird durch die drehende Bewegung vom OT in Richtung UT räumlich um das Mehrfache vergrößert, wodurch ein Unterdruck entsteht.

Für den Kompressionsraum 11, der im Volumen zum Verbrennungsraum 10 größer gehalten ist, sind am UT zwei Einlässe 18 und 19 und zwei voneinander unabhängig gesteuerte Brennstoffeinspritzdüsen 23 und 24 angeordnet. Durch ein Verdichtergebläse 14, das drehzahlabhängig mit der Antriebswelle 9 verbunden ist, wird gefilterte Sekundärluft angesaugt und in einen Ansaugraum 17 gedrückt. Dadurch wird den saugenden Schiebern 1a bis 4b im Kompressionsraum 11 durch die Einlässe 18 und 19 verdichtete Sekundärluft bereitgestellt, wodurch eine schnelle und vollständige Füllung des Raumes 20 zwischen den Schiebern 1a bis 4b in jedem Drehzahlbereich erreicht wird.

Ein Luftregulierschieber 16, der mit einer elektronischen Einspritzanlage abhängig gesteuert wird, sorgt dafür, daß das der Drehkolben- Brennkraftmaschine zugeführte Brennstoff-Luft­ gemischverhältnis den erforderlichen, unterschied­ lich abverlangten Belastungen angeglichen wird. Der Luftregulierschieber 16 ist zylindrisch gehalten und an der Stirnseite zum Ansaugraum 17 um 45° abgeschrägt, wodurch bei einer axialen Verdrehung ein radialer Auslaß 15 zwischen dem Verdichtergebläse 14 und dem Ansaugraum 17 durch die Anordnung von Steuermagneten 47 und 48 temperaturabhängig über die elektronische Regeleinheit 51 beeinflußt wird, das heißt, beim Leerlaufen von der kalten Maschine wird der Durchlaßquerschnitt verkleinert, aber bei heißer Maschine vergrößert. Werden z. B. die Schieber 1a, 1b und 2a an den Einlässen 18 und 19 vorbeigeführt, so dringt in den Zwischenraum der Schieber 1a und 1b durch den vorhandenen Unterdruck Sekundärluft ein.

Im Raum 20 zwischen den Schiebern 1b und 2a wird gleichzeitig beim Eindringen der Sekundärluft durch die Brennstoffeinspritzdüse 23 Brennstoff einge­ spritzt, so daß ein Brennstoff-Luftgemisch ent­ steht. Haben die Schieber 1 bis 4 die Einlässe 18 und 19 passiert und werden dem OT nähergebracht, so wird das Volumen stark verringert, wodurch die Sekundärluft zwischen den Schiebern 1a und 1b sowie das Brennstoff-Luftgemisch zwischen den Schiebern 1b und 2a erheblich verdichtet werden. Erreicht der Schieber 1a eine kurz vor dem OT befindliche Einlaßöffnung 37, die eine Verbindung zwischen dem Kompressionsraum 11 zum Verbrennungsraum 10 herstellt, so wird die verdichtete Sekundärluft sowie das zwischen den Schiebern 1b und 2a befindliche Brennstoff-Luftgemisch zwischen den Schiebern 1 und 2 gedrückt und dort bei Annäherung an den OT weiter verdichtet. Um die verengende Stelle am OT zwischen dem Drehkolben 12 und der Kolbenumlaufbahn 21 zu überwinden, sind im Abstand von 90° zwischen den Schiebern 1 bis 4 keilförmige Vertiefungen angeordnet. Hat der Schieber 1 nach Drehung um 50° vom UT den dort vorgesehenen Brennraum 39 erreicht, so wird durch den Schieber 2 die Einlaßöffnung 37 geschlossen und die keilförmige Vertiefung 38 endet am OT, so daß der geringe Abstand zwischen Drehkolben 12 und der Kolbenumlaufbahn 21 wieder hergestellt ist, um einen Rückstoß der Verbrennungsgase auf den Schieber 2 zu verhindern. Die Verbrennung des in den Brennraum 39 zugeführten verdichteten Brennstoff-Luftgemischs wird durch die Zündkerze 40 eingeleitet. Der Schieber 1, dessen Stellung beim Zündpunkt in Fig. 1 als 0°-Stellung der Kolbenumlaufbahn bezeichnet wird, wird durch die Expansion der Verbrennungsgase in Richtung UT gedrückt, wobei sich die Druckfläche des Schiebers 1 durch den sich vergrößernden Abstand zwischen Drehkolben 12 und Kolbenumlaufbahn 21 fortgesetzt bis zum UT vergrößert. Dies bewirkt, daß durch den inzwischen voll entfaltenden Verbrennungsdruck die Energie der Verbrennungsgase auf die Antriebswelle 9 übertragen wird. Hat der Schieber 1 nach einem nutzbringenden Weg von 160° die an der Kolben­ umlaufbahn 21 angeordneten Auslaßschlitze 41 er­ reicht, so werden die noch unter hohem Druck stehenden Verbrennungsgase, unterstützt durch den nachfolgenden Schieber 2, ausgestoßen. Erreicht der Schieber 1 die bei 250° angeordnete Einlaßöffnung 37, so wird vom Kompressionsraum 11 die zwischen den Schieber 1a und 1b verdichtete Sekundärluft durch die Einlaßöffnung 37 an der Kolbenumlaufbahn 21 in den Verbrennungsraum 10 zwischen die Schieber 1 und 2 gedrückt. Dadurch werden die Verbrennungs­ gase, die noch zwischen Schieber 1 und 2 vorhanden sind, in die noch offenen Auslaßschlitze 41 zurückgedrängt und anschließend durch den Schieber 2 geschlossen. Hat der Schieber 1 den OT erreicht, so wird aus dem Kompressionsraum 11 das zwischen den Schieber 1b und 2a verdichtete Brennstoff- Luftgemisch über die Einlaßöffnung 37 in den Verbrennungsraum 10 zwischen die Schieber 1 und 2 gedrückt, mit der vorhandenen Sekundärluft gemischt und zum Brennraum 39 hin weiter verdichtet. Beim Erreichen des Zündpunktes 0° wird wiederum der Verbrennungsvorgang eingeleitet.

Um die kinetische Energie der vom Verbrennungsraum durch den Auslaßschlitz 41 mit hoher Geschwindig­ keit ausgestoßenen Verbrennungsgase nutzbar auf die Antriebswelle 9 zu übertragen, ist im Motorgehäuse 5 ein zur Antriebswelle 9 axial verlaufender Ringraum 42a angeordnet. Eine Turbinenradscheibe 44, die mit der Antriebswelle 9 fest verbunden ist, trägt an der obersten Randfläche Druckschaufeln 42, die im Ringraum 42a bewegt werden können. Der Auslaßschlitz 41 vom Verbrennungsraum 10 ist bei 160°-190°-Stellung mit dem Ringraum 42a verbunden, so daß der noch vorhandene hohe Druck der Verbrennungsgase, auf die Druckschaufeln 42 geleitet, einen zusätzlichen Energiegewinn er­ bringt.

Nach einer Nutzung des Energiegehaltes der Verbrennungsgase ist nach der 250°-Stellung am Ringraum 42a der Ausstoß der Verbrennungsgase in den Auspuff 46 vorgesehen. Somit wird der durch die Verbrennung des Brennstoff-Luftgemisches im Brenn­ raum 39 erzeugte Verbrennungsdruck vom Zündpunkt 0° bis zum Ausstoß in den Auspuff bei der 410°-Stel­ lung optimal auf die Antriebswelle 9 übertragen.

Mit einem Druckgebläse 43, das drehzahlabhängig mit der Antriebswelle 9 verbunden ist, wird Sekundärluft durch die vorgesehenen Durchlaß­ schlitze 45 an der Stirnseite des Motorengehäuses 5 und an der Turbinenradscheibe 44 in die Zwischenräume der Druckschaufeln 42 gedrückt, so daß ein schnelles und restloses Entfernen der Abgase erzielt wird.

Es ist bekannt, daß in den unterschiedlichen Belastungs- und Drehzahlbereichen der Brennkraft­ maschine die Verbrennung der Brennstoffanteile vom zugeführten Brennstoff-Luftgemisch infolge von Sauerstoffmangel nicht restlos erfolgt. Daraus ergibt sich, daß die noch teilweise vorhandene Energie in Form von ungenutzten Brennstoffanteilen als Schadstoffe in den Auspuff geleitet wird.

Um eine restlose Verbrennung der noch ungenutzten Brennstoffanteile zu erzielen, wird den vom Verbrennungsraum 10 ausgestoßenen, noch im Flamm­ zustand befindlichen Verbrennungsgasen mittels der Druckschaufel 42 die vom Druckgebläse 43 zuge­ leitete Sekundärluft zugeführt. Durch die in der Sekundärluft enthaltenen Sauerstoffanteile wird eine Nachverbrennung der Verbrennungsgase erzielt, wodurch sich gleichzeitig der Verbrennungsdruck erhöht und als genutzte Energie mittels der Antriebswellenturbine auf die Antriebswelle 9 über­ tragen wird. Gleichzeitig werden die in den Verbrennungsgasen enthaltenen Schadstoffanteile ab­ gebaut.

Claims (3)

1. Drehkolben-Brennkraftmaschine mit einem Motor und einem, auf gemeinsamer Antriebswelle axial daneben angeordneten Verdichter, die jeweils einen, in einem zylindrischen Gehäuse exzentrisch angeord­ neten Drehkolben mit darin radial beweglichen, an der Innenwand des Gehäuses entlanggleitenden Schieber aufweisen, wobei im Verdichtergehäuse und im Motorgehäuse jeweils Einlaß- und Auslaßöffnungen und außerdem eine Einspritzvorrichtung für Kraft­ stoff und eine Zündeinrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehkolbenverdichter ein Verdichtergebläse (14) mit einem auf der Antriebswelle (9) befestigten Schaufelrad vorgeschaltet ist, wobei ein radialer Auslaß (15) des Verdichtergebläses (14) über einen Ansaugraum (17) mit dem Einlaß (18, 19) des Drehkolbenverdichters in Verbindung steht und wobei der Durchlaßquerschnitt des Ansaugraumes (17) durch einen Luftregulierkolben (16) gesteuert wird, daß dem Drehkolbenmotor eine Abgasturbine mit einer, auf der Antriebswelle (9) befestigten Tur­ binenradscheibe (44) und daran befestigten, den Drehkolben in einem Ringraum (42a) radial um­ schließenden Druckschaufeln nachgeschaltet ist, wo­ bei in einer Drehwinkelstellung nach 160° vom Zünd­ punkt angeordnete Auslaßschlitze (41) des Dreh­ kolbenmotors radial mit den Druckschaufeln (42) der Abgasturbine in Verbindung stehen, daß mit der Antriebswelle (9) ein Druckgebläse (43) für Frisch­ luft gekoppelt ist, das durch einen axialen Entlüftungskanal (45) mit dem Ringraum (42a) der Abgasturbine verbunden ist, und daß zwischen den Schiebern (1 bis 4) im Drehkolben (22) eingearbei­ tet keilförmige Vertiefungen angeordnet sind.

2. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (37) des Drehkolbenmotors in einer Drehwinkelstellung von 250° vom Zündpunkt angeordnet ist, wobei die Einlaßöffnung (37) von einem vorauslaufenden Schieber (2) des Drehkolben­ motors jeweils freigegeben wird, wenn die Aus­ laßschlitze (41) von einem nachfolgenden Schieber (3) noch nicht voll geschlossen sind, so daß die Restgase des Verbrennungsvorganges durch das vor­ verdichtete Kraftstoff-Luftgemisch zur Abgasturbine abgeleitet werden können.

3. Drehkolben-Brennkraftmaschine nach einem der An­ sprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennt voneinander gesteuerte, den hydraulischen Anpressungsdruck der Schieber bewir­ kende Ölzuführungen (31, 36) angeordnet sind.