DE3447495A1

DE3447495A1 - Drehkolben-verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE3447495A1
Application number: DE3447495A
Authority: DE
Inventors: Hojatollah Teheran/Tihran Setoudeh
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-01-09
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1985-07-18

Description

DREHKOLBEN-VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem Drehkolben und einem Gehäuse, das einen Einlaß für Verbrennungsgase, einen Auslaß für Abgase und eine Zündkerze aufweist.

Drehkolben-Verbrennungskraftmaschinen dieser Art sind insbesondere unter dem Namen "Wankelmotor" bekannt. Da der Kolben dieser bekannten Maschine im Gehäuse hin und her taumelt, benötigt man für die Kraftübertragung nach außen ein Zwischenglied, das von der Ausgangswelle unabhängig ist. Dieses Zwischenglied ist mit der Welle über Getrieberäder gekoppelt. Wegen der taumelnden Bewegung des Kolbens haben sich die Dichtungsprobleme beim Wankelmotor als besonders schwer zu lösen herausgestellt. Die Dichtlippen unterliegen dem direkten Arbeitsdruck der Maschine und nützen sich damit wegen des notwendigen hohen Reibungswiderstands verhältnismäßig schnell ab. Weitere Nachteile dieses bekannten Motors liegen in der komplizierten geometrischen Form von Gehäuse und Kolben und in der Tatsache begründet, daß die Anzahl von Verbrennungskammern stets drei oder ein Vielfaches von drei beträgt.

Durch die Erfindung sollen diese Nachteile beseitigt werden, indem eine Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine der eingangs genannten Art angegeben wird, die einen um eine feste Achse drehenden Rotor besitzt, bei der das Dichtproblem vereinfacht ist und deren Aufbau geometrisch einfach und bezüglich der Anzahl der Brennkammern flexibel ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuse einen im wesentlichen kreiszylindrischen Innenraum bildet, in dem der Kolben um die zentrale Achse des Innenraums auf seiner Welle drehbar gelagert ist, daß der Kolben zusammen mit der zylindrischen Wand des Gehäuses mindestens eine Brennkammer definiert, die durch diese Wand und ein am Rotor be-

f^stigtes, zwischen zwei Endstellungen bewegliches Element begrenzt ist, und daß dieses Element durch eine exzentrische geschlossene Bahn, die in das Gehäuse stirnseitig eingebracht ist, bei jeder Rotorumdrehung zweimal in seine beiden Endstellungen geführt wird.

Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in Explosionsdarstellung eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine.

Fig. 2 zeigt einen Blick auf das offene Gehäuse der Maschine gemäß Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch das Gehäuse dieser Maschine bei abgenommenem Deckel.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Querschnitt durch dasselbe Gehäuse. Fig. 5 zeigt die Ansicht des Rotors dieser Maschine.

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht desselben Rotors in', Richtung der Pfeile DD aus Fig. 5. ('■

Fig. 7 zeigt ein bewegliches Element einer Brennkammer derselben Maschine. ·

Die Figuren 8 und 9 zeigen dasselbe Element wie in Fig.. 7 mit Blick in Richtung der Pfeile GG bzw. FF. ..' - ."

Die Figuren 10 und 11 zeigen in vergrößertem Maßstab Einzelheiten H bzw. I aus der Fig. 8 bzw. 9. - -

Fig^. 12 zeigt einen Rotor, der in ein noch offenes Gehäuse einer Maschine gemäß Fig. 1 eingesetzt ist.

Fig. 13 zeigt eine Ansicht des Gehäusedeckels derselben Maschine von außen.

Fig. 14 zeigt einen Schnitt durch diesen Gehäusedeckel. Fig. 15 zeigt eine Ansicht dieses Gehäusedeckels von innen. Fig. 16 zeigt eine Variante des beweglichen Elements, das in

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der Maschine gemäß Fig. 1 anstelle des Elements!Fig. 8 verwendet werden kann.

Fig. 17 zeigt eine Variante zu Fig. 6, bei der die Brennkammern mit Hubkolben versehen sind.

Fig. 18 zeigt denselben Rotor von oben, wobei die Hubkolben sich in einer Endstellung befinden.

Fig. 19 zeigt denselben Kolben, bei dem die Hubkolben sich in der anderen Endstellung befinden.

Fig. 20 zeigt einen Führungshebel für einen der Hubkolben gemäß Fig. 19 in Perspektive.

Fig. 21 zeigt denselben Hebel nach der Montage im Drehkolben.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, besteht die Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Gehäuseblock I, einem Deckel III für diesen Gehäuseblock sowie einem Rotor oder Drehkolben II. Der Rotor ist fest mit einer Welle 7 verbunden, die aus dem Deckel III hervorragt und.im Boden des Gehäuses I gelagert ist. Diese Welle könnte auch in abgedichteter Form das ganze Gehäuse durchdringen.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das leere Gehäuse gemäß den

Pfeilen A-A in Fig. 1. Man erkennt eine Zündkerze 1, die in einer leichten Vertiefung der ansonsten zylindrischen Seitenwand des Gehäuses I sitzt. Durch ein zentrisches Loch 2 wird die Welle des Rotors eingesetzt, die, wie aus Fig. 6 hervorgeht, über einen konischen Vo/Esprung 13 in den Körper des Rotors II übergeht. Diesem konischen Vorsprung 13 entsprechend befindet sich auf dem Boden des Gehäuses I eine konische Vertiefung 3. Neben dieser Vertiefung befindet sich eine Einlaßöffnung 4 für die Verbrennungsgase, während der Auslaß 6 im zylindrischen Teil des Gehäuses I mündet. Der Gehäuserand ist mit Gewindelöchern 5 zur Befestigung des Deckels III versehen.

Die Figuren 3 und 4 zeigen je einen Schnitt durch das Gehäuse gemäß Fig. 2 mit Blickrichtung gemäß den Pfeilen C-C bzw. B-B.

Der in das Gehäuse gemäß den Figuren 2 bis 4 einzusetzende Rotor ist von oben in Fig. 5 dargestellt. Er besitzt eine kreiszylindrische Außenwand 16, die nur an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen unterbrochen ist, welche die Brennkammern 19 bilden. In diesem Bereich ist je ein bewegliches Element 15 angeordnet, das im Querschnitt einem T gleicht, d.h. einen hier leicht nach innen gekrümmten Querbalken und einen Fuß 10 besitzt. An einem Ende des Querbalkens ist das bewegliche Element über ein Gelenk 8 und einen Gelenkstift 9 an der Rotoraußenwand angelenkt. Der Gelenkstift verläuft parallel zur Rotorachse, die in ein zentrales Loch eingesetzt wird.

Das andere Ende des Querbalkens des beweglichen Elements 15 drückt mit einer nicht dargestellten Dichtlippe gegen ein so gekrümmtes Wandteil der Rotoraußenwand 16, daß das bewegliche Element um das Gelenk 8 verschoben werden kann, ohne daß die Dichtlippe von der Wand 16 abhebt.

Fig. 6 zeigt den Rotor aus Fig. 5 von der Seite gemäß den Pfeilen D-D. Man erkennt, daß der Rotor an beiden Stirnseiten je einen Dichtrand 18 besitzt, der dem Innendurchmesser des Gehäuses genau angepaßt.ist, sowie zwischen diesen Dichträndern

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eine Felgenvertiefung.

Ein bewegliches Element dieses Rotors wird nun anhand der Figuren 7 bis 11 näher erläutert.

In Fig. 7 ist dieses Element von außen gesehen dargestellt, wobei es über den Gelenkstift 9 an der Rotoraußenwand 16 angelenkt ist. In Fig. 8 und noch deutlicher in Fig. 11 erkennt man zwei Wälzlager 11 und 12, die im Fuß 10 des Elements angeordnet sind, und zwar das Wälzlager 12 am Ende des Fußes über die ganze axiale Länge des Rotors und das Wälzlager 11, das in axialer Richtung über den Rotor vorsteht und radial von der Rotorachse weiter entfernt ist als das Wälzlager 12.

Der in den Figuren 13 bis 15 dargestellte Gehäusedeckel trägt ein wesentliches Element der Maschine, nämlich einen Zylinder 23 mit einem unsymmetrischen Querschnitt, der drehfest in das Innere des Gehäuses I hineinragt und auf dem das Wälzlager 12 bei Drehung des Rotors aufliegt. Die Welle 7 ist in einem Wellenloch 22 dieses Deckels mithilfe zweier Kugellager 21 frei drehend geführt, und eine Dichtung 20, die außen auf;den Deckel montiert ist, dichtet diese Durchführung ab.

Der Querschnitt des Zylinders 23 ist im wesentlichen oval> so daß bei einer Umdrehung des Rotors das bewegliche Element zweimal in seine äußere und zweimal in seine innere Endlage gelangt. Um zu verhindern, daß aufgrund der Zentrifugalkraft das bewegliche Element bzw. das Wälzlager 12 von dem Zylinder 23 abhebt, greift das Wälzlager 11 in eine Ringnut 24 ein, die sich am Fuß des Zylinders 23 befindet und nach außen durch einen Ringrand 25 begrenzt ist.

Die erfindungsgemäße Maschine arbeitet folgendermaßen :

Die Brennkammer wird über den Einlaß 4 mit gasförmigem Kraftstoff gemisch versorgt. Dieses Gemisch wird zuerst bei Drehung des Rotors durch die Bewegung des beweglichen Glieds 15 kom-

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primier/t und gelangt dann in den Bereich der Zündkerze. Hier erfolgt die Zündung, wodurch eine mechanische Kraft über das bewegliche Element 15 auf den Zylinder 23 übertragen wird, die den Rotor weiter anstößt. Dabei gelangt die Brennkammer in den Bereich des Auslasses 6, wo das Abgas einmal durch die Bewegung des beweglichen Glieds 15 und zum anderen durch das einströmende neue Gas in den Auslaß abgeleitet wird.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß nicht nur zwei Brennkammern, wie in Fig. 12 dargestellt, vorgesehen sein können, sondern eine, drei oder gar vier Brennkammern über den Umfang des Rotors verteilt·sein können.

Fig. 16 zeigt eine Variante zu Fig. 8, bei der der T-Balken des beweglichen Elements 15 nach außen gewölbt ist.

Die Figuren 17 bis 21 schließlich zeigen eine Variante, bei der im Inneren des Rotors für jede Brennkammer ein Hubkolben 26 vorgesehen ist, der das in den bisher dargestellten Ausführungsformen die Brennkammer begrenzende bewegliche Element ersetzt. Dieser Hubkolben ist in einem entsprechenden Zylinderraum entlang einer Achse beweglich, die in einer zur Rotorachse senkrechten Ebene liegt. Der Kolben ist über eine Kolbenstange 31 und einen Hebel 27 an einem Gelenk 29 mit dem Rotorblock gelenkig verbunden. Ein Wälzlager 28 ist am Hebel 27 angebracht und liegt auf dem am Deckel III montierten Zylinder 30 auf. Die Stirnseite des Kolbens 26 ist durch Abstufung an die Krümmung des Rotors bzw. der zylindrischen Wand des Gehäuses I angepaßt. Der Vergleich der Figuren 18 und 19 zeigt, daß der Hubkolben je nach der Drehstellung des Rotors zwei unterschiedliche Endstellungen einnehmen kann.

Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders einfache dem klassischen Hubkolbenmotor angepaßte Lösung des Dichtungsproblems gegenüber der zuerst dargestellten Ausführunsgform aus, da die Dicthlippe am beweglichen Ende des Elements 15 durch einen klassischen Kolben-Dichtungsring ersetzt ist. ■ Natürlich

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mu% in dieser Ausführungsform der Gaseinlaß aus dem Bereich des Bodens des Gehäuses in den Bereich der zylindrischen Wand verlegt werden.

Der konische Vorsprung 13 am Rotor dient allein der Versteifung der Befestigung der Welle 7 im Rotorblock und kann gegebenenfalls auch wegfallen.

Claims

W202 D

Hojatollah SETOUDEH Ave. Assadabadi, Ave. Ebnessina Ave. 35 Orientale N° 17, CP. 14346 TEHERAN, Iran

DREHKOLBEN-VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE

PATENTANSPRÜCHE

ί 1.j Drehkolben-Verbrennungskraftmäschine mit einem Drehkolben

und einem Gehäuse, das einen -Einlaß für· ^Verbrennungsgase,

einen Auslaß für Abgase und eine'Zündkerze aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (I, III) einen im wesentlichen kreiszylindrischen Innenraum bildet, in dem der Kolben (II) um die zentrale Achse des Innenraums auf seiner Welle (7) drehbar gelagert ist, daß der Kolben (II) zusammen mit der zylindrischen Wand des Gehäuses (I) mindestens eine Brennkammer (19) definiert, die durch diese Wand und ein am Rotor (II) befestigtes, zwischen zwei Endstellungen bewegliches Element (15) begrenzt ist, und daß dieses Element durch eine exzentrische geschlossene Bahn (24), die in das Gehäuse (III) stirnseitig eingebracht ist, bei jeder Rotorumdrehung zweimal in seine beiden Endstellungen geführt wird.
2. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (15) im Schnitt quer zur Drehachse die Form eines T besitzt, dessen Querbalken mit einem Ende am Kolben angelenkt ist und am anderen Ende eine Dichtung trägt, die gegen eine der Bewegung des Elements angepaßte gekrümmte Fläche des Kolbens anliegt, während der Fuß (10) dieses Elements in der Bahn (24) geführt wird. - "■■-.- tr

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3. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element ein Hubkolben (26) ist, der sich in einer Endstellung nahe der zylindrischen Wand befindet und damit die kleinste Ausdehnung der Brennkammer definiert, und in der anderen Endstellung näher bei der Drehachse liegt.
4. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubkolben (26) eine der Krümmung der Wand des Gehäuses (I) angepaßte Stirnfläche besitzt
5. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Bahn aus einem Zylinder (23) mit unsymmetrischem Querschnitt besteht, der in das drehsymmetrische Gehäuse von einer Stirnseite her hineinragt und auf dem sich das bewegliche Element (15, 26) abstützt.
6. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Fuß des Zylinders (23) eine Ringnut (24) vorgesehen ist, in die ein Vorsprung (11) des beweglichen Elements (15) eingreift.
7. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element Wälzlager (11, 12) im Kontaktbereich mit dem Zylinder (23) bzw. der Ringnut (24) aufweist.
8. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß (4) in das Gehäuse (I) stirnseitig einmündet, während der Gasauslaß (6) im Bereich der zylindrischen Wand liegt.
9. Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei bis vier Brennkammern (19) gleichmäßig über den Umfang des Kolbens verteilt sind.

10^ Drehkolben-Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (I) mit Ausnahme des Bereiches der Brennkammer (19) eine der zylindrischen Wand des Gehäuses angepaßte zylindrische Form besitzt, wobei der Abstand des Kolbens von der Wand in der Nähe der beiden Stirnseiten des Gehäuses geringer als im dazwischenliegenden Bereich (17) ist.