DE3321461C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mittelachsige Rotationskolben- Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Fünf Ausführungsformen einer solchen Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine sind in der US-PS 10 13 885 beschrieben, und zwar mit einer Scheidewand und einem Kolben, zwei Scheidewänden und einem Kolben, zwei Scheidewänden und zwei Kolben, vier Scheidewänden und zwei Kolben und vier Scheidewänden und vier Kolben. Sämtliche fünf Ausführungsformen besitzen wesentliche Nachteile. Bei den Ausführungsformen 1 bis 3 besteht der Haupt­ nachteil in der niedrigen Energieausbeute, wobei bei den Aus­ führungsformen 1 und 3 auch hohe mechanische Beanspruchungen auftreten. Bei den Ausführungsformen 4 und 5 bestehen insbe­ sondere Schwierigkeiten hinsichtlich der konstruktiven Ver­ wirklichung, wobei bei der Ausführungsform 5 zusätzlich sehr rasch aufeinanderfolgende Zündungen bzw. Explosionen auftreten, wodurch bereits bei mittlerer Drehzahl die einzelnen Zündungen oder Explosionen derart schnell hintereinander erfolgen, daß nach kurzer Betriebszeit praktisch sämtliches im Ringkolben vor­ handenes verdichtetes Kraftstoff-Luft-Gemisch in einer einzigen gemeinsamen Explosion gezündet wird. Die dadurch auftretende Wärme kann auch durch ein großzügig dimensioniertes Kühlsystem nicht aufgefangen werden. Zusätzlich treten bei allen fünf Ausführungsformen im Bereich der Scheidewände unvermeidbar Leckverluste des komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches auf, wodurch die Energieausbeute weiter verschlechtert wird.

Es ist auch eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine bekannt (DE-OS 23 55 372), bei welcher in einem Ringformzylinder drei Kolben angeordnet sind, die sich in einem Winkelabstand von 120° befinden. Außerdem sind drei Scheidewände vorgesehen, die ebenfalls im Winkelabstand von 120° angeordnet sind. Stromauf jeder Scheidewand befindet sich ein Auslaßkanal, und stromab jeder Scheidewand ist eine Einspritzeinrichtung vorgesehen, um ein zündbares Kraftstoffgemisch oder einen zersetzbaren Kraftstoff einzuspritzen. Die bekannte Maschine arbeitet nach dem 1-Takt-Verfahren, bei welchem zunächst die Scheidewände aus dem Ringformzylinder zurückgezogen sind, um den Durchgang der Kolben zu ermöglichen. Sobald die Kolben an den Scheidewänden vorbeigegangen sind, werden letztere wiederum in den Ringformzylinder geschoben und praktisch gleichzeitig wird zündbares Kraftstoffgemisch oder ein zer­ setzbarer Kraftstoff in den Ringformzylinder unter Druck eingespritzt, und zwar in den kleinen Verbrennungsraum, der sich zu diesem Zeitpunkt zwischen der Hinterseite jedes Kolbens und der Vor­ derseite jeder Scheidewand befindet. Hierdurch sollen alle drei Kolben gleichzeitig vorgetrieben werden. Das zum Zeit­ punkt des Zündens des Kraftstoffgemisches auf der Vorderseite des Kolbens befindliche Abgas von dem letzten Verbrennungs- oder Zersetzungsvorgang wird bei der Bewegung des Kolbens durch den zugeordneten Auslaßkanal ausgeschoben. Diese be­ kannte Brennkraftmaschine arbeitet nach einem Verfahren, welches von dem Arbeitsverfahren einer Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine der einleitend genannten Art verschieden ist, bei welchem außerdem geringe Energieausbeute zu befürchten ist. Weiterhin sind keine Mittel vorgesehen, um die an den Scheide­ wänden unvermeidbar auftretenden Leckverluste zu vermeiden, wodurch die Energieausbeute weiter verringert wird.

Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine mittelachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart auszuführen, daß bei geringem konstruktivem Aufwand und sicherer Funktion eine hohe Energieausbeute erzielt wird. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Erfindung gemäß Patentanspruch 1.

Es ist überraschend gefunden worden, daß bei Verwendung einer Ausführung mit zwei Scheidewänden und vier Kolben einwand­ freie Funktion bei hoher Energieausbeute erhalten wird. Gleichzeitig wird komprimiertes Kraftstoff-Luft-Gemisch, welches im Bereich der Scheidewände ausleckt, wieder in den Kreislauf zurückgeführt, so daß praktisch kein Verlust an Energieausbeute durch Auslecken auftritt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Scheidewände elektromagnetisch betätig­ bar sind.

In den Zeichnungen wird eine Ausführungsform der Erfindung als Beispiel dargestellt und wie folgt beschrieben:

Fig. 1a zeigt eine Prinzipdarstellung einer Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine gemäß der Erfindung in seitlicher Schnitt­ ansicht.

Fig. 1b zeigt eine Prinzipdarstellung der Maschine gemäß Fig. 1a in Stirnansicht.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Scheidewandkonstruktion.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Arbeitsweise einer Rotationskolben-Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung.

Aus Fig. 1 und 2 geht die Konstruktion der Maschine hervor, die aus folgenden Einzelteilen besteht:

• - den Ringformzylinderblock-Hälften (1 a, 1 b) mit integrierten Kühlwasserläufen (2).
• - der Kolbenträgerscheibe (3) mit den Kolben (a, b, c, d), den Dichtungsringen (e) und der Antriebswelle (4) mit den Nocken­ scheiben für die Steuerung der Scheidewände und Ventile.
• - Verdichtungskammern (5) mit den Druckventilen (5 a) und den Steuerventilen (5 b),
• - den Scheidewandgehäusen (6), der Scheidewand (7) und der Be­ triebsfeder (7 a),
• - den Sammelbehältern (8) mit den Druckventilen (8 a),
• - den als Einlaßventile zu verstehenden Steuerventilen für Ansaugen (9) und den als Auslaßventile zu verstehenden Steuerventilen für Ausstoßen (10), sowie den als Zündkerzen (11) ausgeführten Zündeinrichtungen.

Die Fig. 3 stellt die Viertakt-Arbeitsweise der Maschine in den Schritten 1 bis 8 für einen Betriebszyklus (540°) dar und wird im folgenden beschrieben:

Schritt 1 zeigt eine zufällige Ausgangsstellung der Kolben im Ruhezustand. Der Start erfolgt durch ein herkömmliches An­ laßsystem, das die Antriebswelle im Uhrzeigersinn bewegt.

Schritt 2: Durch die Vorwärtsbewegung der Kolben (a) und (c) und die gleichzeitige Öffnung der Einlaßventile beginnt die 1. Ansaugphase. Das Kraftstoff-Frischgemisch gelangt in die durch die geschlossenen Scheidewände gebildeten Kammern des Betriebszylinders zwischen der oberen Scheidewand und der Rückseite des Kolbens (c), sowie zwischen der unteren Schei­ dewand und der Rückseite des Kolbens (a).

Schritt 3: Die Kolben (b) und (d) passieren die mittlerweile durch den Nockenantrieb geöffneten Scheidewände. Unmittelbar nach dem Passieren der Kolben dieser Zone teilen die Scheide­ wände den Betriebszylinder wieder ab. Gleichzeitig beginnt die 2. Ansaugphase, da die Einlaßventile noch geöffnet sind, denn die Kolben (b) und (d) haben jetzt zwei Aufgaben. Die Vorderseiten dieser Kolben verdichten das zuerst von den Kol­ ben (a) und (c) angesaugte Kraftstoff-Frischgemisch. Die Rück­ seiten der Kolben (b) und (d) bewirken gleichzeitig die 2. An­ saugphase.

Schritt 4: Die Kolben (d) und (b) verdichten nunmehr das ein­ geschlossene Gasvolumen so stark (Kompression), daß die Druck­ ventile der Verdichtungskammern öffnen und das komprimierte Kraftstoffgemisch in die Verdichtungskammern gelangen kann. Gleichzeitig bewirken die Rückseiten der Kolben (a) und (c) das Stattfinden der 3. Ansaugphase.

Schritt 5: Der Nockenantrieb öffnet nun die Scheidewände kurz­ zeitig, um den Weg der Kolben (b) und (d) freizugeben. Sofort nach dem Passieren der Kolben teilen die Scheidewände den Be­ triebszylinder wieder ab, unmittelbar danach werden die Steuer­ ventile der Verdichtungskammern geöffnet. Das verdichtete Kraftstoffgemisch gelangt in die Räume zwischen den Rückseiten der Kolben (d) und (b) und den Scheidewänden. Sofort danach er­ folgt die Zündung und Verbrennung des Kraftstoffes. Dabei ent­ stehende Strömungsgeschwindigkeiten (Transportgeschwindigkei­ ten) erhöhen die Brenngeschwindigkeit wesentlich und tragen somit zu einer kurzen Brenndauer und geringer Klopfneigung bei. Der hohe Gasdruck durch die Explosion treibt die Kolben (d) und (b) vorwärts, gleichzeitig werden die Einlaßventile durch den Nockenantrieb geschlossen.

Schritt 6: Die Vorderseiten der Kolben (a) und (c) verdichten nun das Kraftstoffgemisch, die Vorgänge wie im Schritt 5 be­ schrieben wiederholen sich und es kommt zur 2. Explosionspha­ se. Zur selben Zeit bewirken die Vorderseiten der Kolben (d) und (b) die Verdichtung des Kraftstoffes aus der 3. Ansaug­ phase. Die Abgase der 1. Explosionsphase befinden sich in den Räumen zwischen den Rückseiten der Kolben (d) und (b) und den Vorderseiten der Kolben (a) und (c).

Schritt 7: Kurz vor Beginn der 3. Explosionsphase öffnen die Auslaßventile, damit die Abgase der ersten (1.) Ex­ plosion ausströmen können. Das Ausräumen wird hierbei durch die Vorderseiten der Kolben (a) und (c) bewirkt. Nach Schlie­ ßen der Scheidewände findet die 3. Explosionsphase statt. Durch Weiterbewegung der Kolben wird nun der Betriebszylinder von den Abgasen der 2. Explosionsphase durch die Vorderseiten der Kolben (d) und (b) gereinigt.

Schritt 8: Die Vorderseiten der Kolben (a) und (c) räumen nun den Betriebszylinder von den Abgasen der 3. Explosionsphase. Danach werden die Auslaßventile geschlossen, die Scheidewände geöffnet um die Kolben (a) und (c) passieren zu lassen. Durch das nachfolgende Schließen der Scheidewände und Öffnen der Einlaßventile wird der 2. Betriebszyklus eingeleitet.

Die Steuerung der beweglichen Teile wie Scheidewände und Ven­ tile ist auch elektromagnetisch oder pneumatisch zu bewerk­ stelligen, wobei ein dafür einsetzbares Elektronik-Steuer- und Regelsystem die Betriebssicherheit weiter erhöht und durch weitere Einsparung von mechanischen Bauteilen zur Kosten­ minderung und Lebensdauer beiträgt.

Bei Kaskadierung in Einzel- bzw. Kompaktbauweise ist die Ge­ samtleistung nach Bedarf erhöhbar.

Claims (2)

1. Mittelachsige Rotationskolben-Brennkraftmaschine, mit einem Ringformzylinder (1 a, 1 b), einer Mehrzahl von Kolben (a, b, c, d), die relativ zueinander fest angeordnet und als eine Einheit bewegbar sind, um auf einer kreisförmigen Bahn in dem Ringformzylinder umzulaufen, einer Abtriebswelle (4), die zur Achse des Ringformzylinders gleichachsig verläuft und mit den Kolben starr verbunden ist, einer Mehrzahl von Scheide­ wänden (7), die sich im wesentlichen radial einwärts und radial auswärts bewegen können, um den Innenraum des Ringform­ zylinders in entsprechende Räume zu unterteilen, wobei mit Bezug auf die Drehrichtung der Kolben stromaufwärts jeder Scheidewand ein Auslaßventil (10), und stromabwärts jeder Scheidewand ein Einlaßventil (9) und eine Zündeinrichtung (11) vorgesehen sind, einer Einrichtung zum Zurückziehen der Scheidewände, um den Durchgang eines Kolbens zu ermöglichen, und zum unmittelbar danach erfolgenden Bewegen in den Zylinder­ raum hinein, und mit einer in der Außenwand des Ringform­ zylinders im Bereich jeder Scheidewand vorgesehenen Ver­ dichtungskammer (5), die mit Bezug auf die Bewegungsrichtung der Kolben stromaufwärts der Scheidewand ein selbstöffnendes Druckventil (5 a) und stromabwärts der Scheidewand ein Steuer­ ventil (5 b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei dia­ metral gegenüberliegende Scheidewände (7) und vier in gleichen Umfangsabständen angeordnete Kolben (a bis d) vorgesehen sind, daß während eines kompletten Betriebszyklus von 540° sechs Ansaug­ phasen, sechs Verdichtungsphasen, sechs Explosionsphasen und sechs Ausstoßphasen ablaufen, und daß das Innere von mit dem Ringformzylinder festverbundenen abgedichteten, die Scheide­ wände (7) aufnehmenden Gehäusen (6) jeweils mit einem außer­ halb des Zylinders angeordneten Sammelbehälter (8) in Verbin­ dung steht, der seinerseits über ein Druckventil (8 a) mit der zugehörigen Ansaugöffnung (Einlaßventil 9) verbunden ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Scheidewände (7) elektromagnetisch betätig­ bar sind.