DE4300264C2 - Rotationskolben-Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

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

Bekannt ist durch die US-PS 3861362 ein Drehkolbenmotor, bei dem ein Drehkolben in der einen Gehäuseseite als Kompressor über einen gemeinsa­ men Schieber mit einem Drehkolben im anderen Gehäuseteil als Motor in Tandemart zusammenarbeitet. Die durch den Kompressor verdichtete Luft wird anschließend in einer Brennkammer mit Kraftstoff vermischt und gezündet. Der Verbrennungsdruck treibt dann den Motor an. Wegen der dort exzentrisch angeordneten Drehkolben, die sich in kreisförmigen Zylin­ dern drehen, sind die Arbeitsräume nicht optimal ausgenutzt.

Durch die DE 40 32 630 A1 ist ferner eine Rotationskolben-Brenn­ kraftmaschine der Flügelzellenbauart bekannt, bei der ebenfalls ein Kom­ pressor und ein Motor in Tandemanordnung zusammenarbeiten. Zur Leistungs­ steigerung wird dort durch Einspritzen von Wasser in eine Arbeitskam­ mer des Motors ein Gas-Dampfgemisch erzeugt. Eine Anpassung an unter­ schiedlichen Leistungsbedarf ist hierbei nicht ohne weiteres möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bauliche Nachteile, Verfah­ rensnachteile und Energieverluste wesentlich zu verringern.

Es war deshalb eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine zu schaffen, die bei kleinen Abmessungen einen großen Arbeitsraum aufweist mit kleinen und einfachen Absperrorganen und bei der auf der Motorseite ein ständig gleichbleibender Arbeitsdruck bei allen Drehzahlen vorliegt.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rotationskolben-Brennkraftmaschine näher erläutert:

Die prinzipielle Bauweise des Kompressors und des Motors der Rotations­ kolben-Brennkraftmaschine ist in Fig. 1 dargestellt.

In einem Gehäuse mit teilweise zylindrischer Gehäusewand 1 ist ein Dreh­ kolben 2 auf einer Welle 3 zentrisch angeordnet. Die feste Gehäusewand hat eine einseitige Einengung 4, der Drehkolben 2 einen einseitigen An­ satz 5. Bei Drehung des Drehkolbens 2 berührt Ansatz 5 fast die Einen­ gung 4 (Totpunkt).

Der Kreis durch diesen Punkt unterteilt den Zylinder-Ringraum in einen äußeren Bereich 6 und einen inneren Bereich 7. Bei einer Umdrehung des Drehkolbens 2 gleitet der Schieber 8 in der Einengung 4 auf dem Ansatz 5 und dem zylindrischen Teil des Drehkolbens 2. Er muß also nur den In­ nenbereich 7 abdecken. Der Rollschieber 9 rollt an der Gehäusewand 1 und den Auf- und Abgleitflächen 13 und 14 der Einengung 4 ab, muß also nur den äußeren Bereich 6 abdecken, um den Gesamtraum in Saug- und Druckraum beim Kompressor bzw. in Arbeits- und Entlastungsraum beim Mo­ tor zu unterteilen. Durch die Anwendung je eines Schiebers sowohl im Drehkolben als auch im Gehäuse wird bei sonst gleichen Außenabmessungen des Gehäuses eine wesentlich höhere Leistung erzielt. Bei einer derarti­ gen Ausführung tritt das Arbeitsmedium durch Leitung 10 ein und aus Leitung 11 aus. Ein Rückschlagventil 12 verhindert ein Rückströmen (bei Kompressoren) bei Totpunktdurchgang. Bei der Einengung 4 und dem Ansatz 5 müssen die Auf- und Abgleitflächen 13 und 14 im Gehäuse für Rollschie­ ber 9 sowie Auf- und Abgleitflächen 15 und 16 an den Ansätzen 5 des Dreh­ kolbens 2 für den Schieber 8 umso weiter an der Gehäusewand 1 bzw. am Drehkolben 2 auslaufen, je höher Drehzahl und Druck sind, um eine mög­ lichst harmonische und reibungsarme Bewegung zu erzielen.

Da die Leistungsaufnahme des Kompressors über die Umdrehung ungleichför­ mig ist und dies auch wegen der Übergänge 13 und 14 für die Leistungs- Abgabe des Motors gilt, müssen je zwei Kompressoren und je zwei Motoren jeweils um 180° gegeneinander versetzt, zusammenarbeiten. Fig. 2 zeigt ein solches Aggregat im Querschnitt (Schnitt A-B in Fig 3) und die Fig. 3 zeigt die Längsschnitte C-D-E-F-G und C-D-F-G in Fig. 2. Die Bauelemente von Kompressor und Motor sind gleich. In Fig. 2 zeigt der Bereich 50 eine Kompressorseite mit Brennkammer und Bereich 51 eine Motorseite.

Der kreisförmige Drehkolben 20 hat einen Ansatz 21 bekommen, der mit seinen Auf- und Abgleitflächen ebenfalls kreisförmig ist. An ihnen glei­ tet der im Gehäuse 23 geführte Schieber 22. Auf der gegenüberliegenden Seite gleitet er ebenfalls auf dem Ansatz des zweiten Drehkolbens. Durch die spiegelbildliche Ausführung der Einengungen 24 im Gehäuse 23 und die Synchronisation der Drehbewegung der Wellen 25 über die Zahnräder 26 (Fig. 3) und das Zahnrad 27 auf der Abtriebsachse 28 ist der Schieber 22 also zwangsweise geführt zwischen den sich drehenden Kreisen der Gleitflächen 21 der Drehkolben 20. Aus diesem Grunde sind die Ansätze der Drehkolben mit Auf- und Abgleitflächen in Kreisform ausgeführt. Auch eine synchrone, jedoch gegenläufige Drehung ist unter Fortfall des Zahnrades 27 bei Direkteingriff der Zahnräder 26 möglich. Der rechteckige Schieber 22 muß so breit sein, daß er an den Gleit­ flächen 21 beim Drehen derselben immer tangential anliegt. Er schließt die Arbeitsräume 29 über die ganze Tiefe derselben ab.

Von der Saugleitung 30 gelangt die Luft (gegebenenfalls auch Zweitakt­ gemisch) in den Arbeitsraum 29. In den Ansätzen 21 der Drehkolben 20 sind Ausbuchtungen 31 angebracht, in denen Rollschieber 32, die vorzugs­ weise als Rohre ausgeführt werden, mit federnd an die Gehäusewand ange­ drückten Dichtscheiben in den Stirnenden, geführt sind. Durch die Drehung der Wellen 25 wird die Luft im Arbeitsraum 29 durch die Ansätze 21 und den Rollschieber 32 komprimiert und über die Bohrungen 33 in die Brenn­ kammer 34 gedrückt. Diese ist in Fig. 4 vergrößert dargestellt. Hier tritt die komprimierte Luft durch die Bohrungen 33 ein. Gegen Ende der Kompression wird durch die Düse 36 Kraftstoff eingespritzt (falls als Kraftstoff nicht Zweitaktgemisch verwendet wird). Unmittelbar darauf er­ folgt die Zündung durch Zündkerze 37. Danach wird über Düse 38 eine do­ sierte Menge Wasser eingespritzt, das zuvor durch Abwärme auf etwa Sie­ detemperatur erhitzt wurde. Es verdampft augenblicklich. Hiermit findet intermittierende Hochdruckverdampfung statt, ohne daß die zu übertra­ gende Wärmeenergie Kessel- oder Rohrwandungen zu überwinden hätte. Dabei kühlt der Dampf die Brennkammerwandung (innere Verdampfungskühlung) und setzt die Temperatur des Dampf-Gasgemisches herab. Gleichzeitig ent­ steht ein ökologischer Vorteil dadurch, daß durch die niedrigeren Tempe­ raturen weniger NO_x entsteht.

In Fig. 3 sind zwischen zwei Doppelaggregaten die Zwischenwände 40a und 40b angebracht. Zwischen ihnen befinden sich auf den Wellen 25 die Steu­ erscheiben 41. Von der Brennkammer 34 führt eine Bohrung 42 auf den Um­ fang der Steuerscheibe 41. Diese hat auf dem Umfang eine Ausnehmung 43, die nach Zündung und Verdampfung die Brennkammer 34 über den Gasschwing­ kanal mit dem umgebenden Druckkessel 45 verbindet. Der Gasschwingkanal 44 ist in Länge und Querschnitt so ausgelegt, daß das unter hohem Druck entweichende Dampf-Gasgemisch wie ein Kolben wirkt und einen starken Druckabfall in der Brennkammer hervorruft. Unmittelbar darauf schließt die Steuerscheibe 41 diese Verbindung wieder und stellt eine Verbindung mit Kanal 45 her, der den Restdruck der Brennkammer zum Antrieb eines Turboladers abführt, der zur Druckerhöhung der Ansaugluft dient. Bei dem Bereich 51, der Motorseite (Fig. 2), tritt durch den Eintritts­ kanal 46 über ein steuerbares Ventil 47 aus dem Druckkessel 45 das Dampf-Gasgemisch mit bei der Drehung konstant bleibendem Druck in den Arbeitsraum 29 ein und treibt über Rollschieber 32 und Drehkolbenansatz 21 die Welle 25 an. Während der Drehkolben 21 immer kreisrund sein muß, ist dies bei der Gehäusewand nicht erforderlich. Durch eine modifizierte Gehäusewand-Kontur kann bei Mehrfachmotoren (z. B. 4-fach Drehkolbenmotor = 2 Tandemaggregate) die Gesamtdrehmomentkurve auf einer konstanten Höhe gehalten werden. Auf der druckabgewandten Seite entspannt der Restdruck über die Leitung 48, die ebenfalls zum Turbolader führt. Der Dampf-Gas­ anteil gerät bei der weiteren Entspannung unter den Taupunkt und kann als Wasser aufgefangen und zur Einspritzung in die Brennkammer wieder verwendet werden. Die Zahnräder 26 auf den Wellen 25 treiben über die Zahnräder 27 die Hauptwellen 28 an. Von diesen Wellen erfolgt der Abtrieb auf der einen Seite zum Leistungsabnehmer, auf der anderen Seite (z. B. bei PKW-Motoren) zum Antrieb der Zusatzgeräte, wie Lichtmaschine, Anlasser u. a. m. Es werden zudem von diesen Wellen 28 die Kraftstoff- und Wasser­ einspritzung sowie die Zündung gesteuert.

Claims (3)

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Drehkolbenkom­ pressor und einem Drehkolbenmotor in Tandemanordnung mit in Arbeitsräu­ men eines Gehäuses rotierenden exzentrischen Drehkolben, zwischen denen in der Verbindungslinie der Drehachsen ein im Gehäuse beweglicher und auf den Drehkolben gleitender Schieber angeordnet ist, wobei die von dem Drehkolbenkompressor verdichtete Luft in einer Brennkammer mit Kraftstoff vermischt wird, das Gemisch gezündet wird und anschließend der entste­ hende Druck den Drehkolbenmotor antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß in die Brennkammer (34) Wasser eingespritzt und ein Dampf-Gasgemisch einem das gemeinsame Gehäuse (23) des Drehkolbenkompressors (50) und des Drehkolbenmotors (51) umgebenden Druckkessel (45) zugeführt wird und die­ sen mit Druck auflädt, und daß der Drehkolbenmotor (51) durch den Druck im Druckkessel (45) angetrieben wird.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkolben (20) kreisrund ausgebildet sind und im Bereich ihrer größten Exzentrizität einen Rollschieber (32) aufweisen, daß die Gehäu­ seinnenwand der Arbeitsräume (29) eine Einengung bezüglich der Drehachse aufweist, in deren Bereich die Drehkolben (20) den gehäuseseitigen Schie­ ber (22) gleitend berühren, so daß der jeweilige Arbeitsraum (29) durch den am Drehkolben (20) gleitenden Schieber (22) und den an der Gehäuse­ wand gleitenden Rollschieber (32) abgeschlossen wird.

3. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäuseseitige Schieber (22) als Flachschieber ausgebildet ist und mindestens eine der doppelten Exzentrizität der Drehkolben (20) entsprechende Breite aufweist.