DE3627962A1 - Drehkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenbrennkraftmaschine mit einem Drehkolbenverdichter und einem Drehkolbenmotor. Der Dreh­ kolbenverdichter arbeitet synchron zum Drehkolbenmotor und ist mit diesem durch einen schlupffreien Antrieb verbunden (Fig. 1 und Fig. 2). Der Drehkolbenverdichter besteht aus einem Gehäuse (1) mit den Zylinderräumen (3, 4 und 5) sowie den Zylinderräumen (6, 7 und 8). Die Zylinderräume sind durch die Zwischenplatten (9 und 10) voneinander getrennt. Der Zylinderraum (3) hat den gleichen Inhalt wie die Summe der Inhalte der Zylinderräume (4 und 5). Der Zylinderraum (4) ist gleichgroß wie der Zylinder­ raum (5). Die gleiche Aufteilung haben die Zylinderräume (6, 7 und 8). Die Drehkolben (12, 13 und 14) sind so angeordnet, daß der Drehkolben (12) den Drehkolben (13 und 14) genau gegenüberliegt. Durch diese Anordnung werden die Fliehkräfte aufgehoben. Die gleiche Anordnung gilt für die Drehkolben (15, 16 und 17). Die Drehkolben sind auf den Keilwellen (18 und 19) angeordnet und drehen gegen­ läufig mit gleicher Drehzahl. Sie sind um 90° zueinander versetzt auf den Keilwellen fixiert. Der Drehkolbenmotor besteht aus dem Gehäuse (2) mit den Zylinderräumen (20, 21 und 22) sowie den Zylinderräumen (23, 24 und 25). Die Zylinderräume sind durch die Zwischenplatten (47 und 48) voneinander getrennt. Die Drehkolben (26, 27 und 28) sowie die Drehkolben (29, 30 und 31) sind in gleicher Weise wie beim Drehkolbenverdichter angeordnet. In ihrer Winkelstellung sind sie jedoch um einen bestimmten Beitrag zu den Drehkolben des Verdichters versetzt und auf den Keilprofilwellen (32 und 33) achsial verschiebbar gelagert. Die Drehkolben sind als Hohlkörper ausgebildet und weisen auf den Flachseiten Taschen (34, 35, 36) auf, welche mit dem Hohlraum (73, 74) in Verbindung stehen. Die Taschen haben die Aufgabe, den Druck auf beiden Seiten des Kolbens auszugleichen und somit den Kolben berührungsfrei schwimmend zu halten. Im Gegensatz zur Patentschrift DE 34 45 979 C1 wird die Abdichthülse (37) von den Umfangsflächen der um 180° versetzt voneinander angeordneten Drehkolben (26 und 27) unter leichter Vorspannung wechselweise angetrieben. Da jeder Drehkolben eine 180° lange Umfangsfläche aufweist, erfolgt der Antrieb der Abdichthülse ununterbrochen. In gleicher Weise wird die Abdicht­ hülse (38) ununterbrochen von den Drehkolben (26 und 28) angetrieben. Durch den ununterbrochenen Antrieb der Abdichthülse wird verhin­ dert, daß beim Anfahren ein Verschleiß auftritt.

Auf den Wellen (32 und 33) sind die Zahnräder (39 und 40, Fig. 3) fest montiert. Sie drehen sich gegensinnig mit gleicher Drehzahl. Das Zahnrad (39) kämmt mit dem Zahnrad (40). Das Zahnrad (41) wird über das Zwischenrad (43) vom Zahnrad (40) angetrieben. Zahnrad (41) ist auf der Welle (42) fest montiert. Auf der Welle (33) ist fest montiert das Zahnriemenrad (44), welches über die Umlenkrolle (45) mittels Zahnriemen (46) das Zahnriemenrad (47) des Verdichters im Verhältnis 1 : 1 antreibt.

Da die Drehkolben des Drehkolbenmotors sich im Gehäuse mit einem Spiel von wenigen Hundertstel mm drehen und auf der Abdichthülse spielfrei unter geringer Vorspannung abrollen, kann unter Verwendung keramischer Werkstoffe mit sehr hohen Temperaturen gefahren werden. Das Brennstoff-Luftgemisch wird also vollständiger verbrannt als beispielsweise beim Ottomotor. Der Wirkungsgrad wird außerdem noch durch die größere Ausdehnung der Gase verbessert.

Um zu verhindern, daß die nadelgelagerten Abdichthülsen (37 und 38) die Temperatur auf die Nadellager (49 und 50) übertragen, werden die Wellen (32 und 33) durch Kühlkanäle (51) gekühlt. Der Kühlmittelzu­ lauf erfolgt über Kanal (52) und Hülse (53). Hülse (53) weist einen Zulauf (54) und einen Rücklauf (55) auf.

Der Drehkolbenmotor ist mit dem Drehkolbenverdichter über die Flansche (56 und 57) verbunden. Um zu verhindern, daß die Tempera­ tur vom Drehkolbenmotor auf den Drehkolbenverdichter übertragen wird, ist eine wärmeisolierende, elastische Platte (58) vorgesehen. In gleicher Weise sind die Lager (59 und 60) mittels Scheiben (61 und 62) wärmeisoliert, zusätzlich erfolgt noch eine Kühlung über die Kühlkanäle 63 und 64. Alle in Fig. 2 sichtbaren Kühlkanäle werden mit der gleichen Kühlmitteltemperatur gekühlt. Die Kühlkanäle (66, Fig. 1) des Drehkolbenmotors werden mit einem unter hohem Druck stehenden Kühlmittel durchspült, so daß die Temperatur des Ge­ häuses (2) konstant gehalten werden kann. Die Kühlkanäle (70) des Drehkolbenverdichters werden mit der normalen Kühlmitteltemperatur gekühlt.

Zwischen Drehkolbenverdichter und Drehkolbenmotor befinden sich Explosionskanäle (Fig. 4), (67, 68, 69, 70, 71, 72). Der Zylinder­ raum (6) ist über den Explosionskanal (67) mit dem Zylinderraum (23) verbunden. Der Zylinderraum (3) ist über den Explosionskanal (70) mit dem Zylinderraum (20) verbunden. Die Winkelstellung des Kolbens (12) gegenüber dem Kolben (29) ist so fixiert, daß, wenn Kolben (12) den Explosionskanal (70) gerade geschlossen hat, der Explosions­ kanal (70) vom Kolben (29) gerade geöffnet wird. Analog für Kolben (15) Explosionskanal (67) und Kolben (26). Das über die Ansaug­ öffnung (75) vom Kolben (15) während einer halben Umdrehung angesaug­ te Gemisch wird während der restlichen halben Umdrehung verdichtet und gelangt in den Explosionskanal (67). Während dem Verdichtungs­ vorgang ist der Explosionskanal (67) zum Zylinderraum (23) durch die Umfangsfläche des Kolbens (26) geschlossen. Um ein möglichst geringes verdichtetes Restvolumen zu erreichen besteht eine Ver­ bindung (76, 77) zwischen dem Zylinderraum (6) und dem Explosions­ kanal (67). Trotz dieser Verbindung bleibt noch ein Restvolumen, welches nicht in den Explosionskanal (67) gelangt. Dieses Rest­ volumen wird dem vom Kolben (15) bereits angesaugten Gemisch beim Übergang der konkav ausgebildeten Kolbenstirnflächen im Zylinder­ raum (6) zugeführt, so daß die Ladung im Zylinderraum (6) erhöht wird. Durch die Überleitung des verdichteten Restvolumens wird dem­ nach keine Energie vernichtet. Es erfolgt lediglich ein Austausch. Die Zündung mittels Kerze (81 bzw. 82) erfolgt in Abhängigkeit der Winkelstellung der Kolben (12 und 29 bzw. der Kolben 15 und 26) und in Abhängigkeit der Drehzahl.

Der Zündzeitpunkt wird also mit zunehmender Drehzahl vorverlegt. Nach erfolgter Zündung dehnt sich das Gemisch im Zylinderraum (20) aus und treibt den Kolben (29) in Pfeilrichtung an. Gleichzeitig werden die verbrannten Gase von der gegenüberliegenden Kolbenfläche des Kolbens (26) über die Auslaßöffnung (83) in den Auspuffkanal (84) gedrückt. Der gleiche Vorgang, wie er sich im Kanal (67) abspielt, spielt sich auch in den Kanälen (70, 68, 69, 71, 72) ab. Es er­ folgt also ein wechselseitiger Antrieb der Abtriebswelle (42), wobei jeder der Kolben (26, 27, 28) den Antrieb für eine halbe Um­ drehung übernimmt. Analog der gleiche Vorgang in den Gehäusen (23, 24 und 25) mit den Kolben (29, 30 und 31).

Claims (6)

1. Drehkolbenbrennkraftmaschine mit Drehkolbenverdichter und Drehkolbenmotor mit sowohl im Verdichter als auch im Motor gegensinnig umlaufenden Drehkolben, deren Umfangsflächen Ab­ dichthülsen antreiben und die Zylinderräume der Drehkolben gegeneinander abdichten, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (26, 27, 28, 29, 30, 31) des Drehkolbenmotors und die Drehkolben (12, 13, 14, 15, 16, 17) des Drehkolbenverdichters gleichsinnig und synchron zueinander umlaufen und daß jeder der Zylinderräume (3, 4, 5, 6, 7, 8) des Drehkolbenverdichters mit je einem Zylinderraum (20, 21, 22, 23, 24, 25) des Drehkolbenmotors durch je einen Explosionskanal (67, 68, 69, 70, 71, 72), dessen Volumen etwa dem Verdichtungsverhältnis entspricht, verbunden ist und daß jeder Drehkolben des Drehkolbenverdichters in seiner Winkellage auf der zugehörigen Drehkolbenwelle (18/19) so angeordnet ist, daß er den Explosionskanal etwa gerade geschlossen hat, wenn ein korrespondierender Drehkolben des Drehkolbenmotors den Explosionskanal etwa gerade öffnet.

2. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf den beiden in einem bestimmten Abstand parallel angeordneten Wellen (18, 19) des Drehkolbenverdichters und den beiden Wellen (32, 33) des Drehkolbenmotors mindestens je 2 nebeneinander liegende in getrennten Zylinderräumen (3, 4 bzw. 20, 21) umlaufende Drehkolben um 180° versetzt zueinander ange­ ordnet sind und daß 2 Drehkolben je eine in beide Zylinderräume ragende auf der gegenüber liegenden Welle frei umlaufende Ab­ dichthülse ununterbrochen antreiben.

3. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Anordnung von 3 Drehkolbenpaaren die in der Mitte liegenden Kolbenpaare gleich breit sind wie die links und rechts liegenden Kolbenpaare zusammen.

4. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zündung des angesaugten Gemischs in den Explosionskanälen (67, 68, 69, 70, 71, 72) erfolgt und zeitlich von der Winkelstellung der Motorkolben (26, 27, 28, 29, 30, 31) und von der Drehzahl abhängig gesteuert wird.

5. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Abtriebswelle (42) gleichzeitig von beiden Motorkolbenwellen angetrieben wird.

6. Drehkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verdichterwellen (18, 19) von den Motorwellen (32, 33) durch Zahnriemenräder (44, 47) und Zahnriemen (46) mit gleicher Drehzahl und gleichsinnig angetrieben werden.