DE60011422T2 - Rotierende turbobrennkraftmaschine - Google Patents

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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B53/00Internal-combustion aspects of rotary-piston or oscillating-piston engines
    • F02B53/04Charge admission or combustion-gas discharge
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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  • Retarders (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Rotationsmotoren, deren Arbeitsteile oszillierende Bewegungen um eine an einem Rotor festgelegte Achse ausführen.
  • Bekannt ist eine Rotationsverbrennungskraftmaschine, enthaltend einen Rotor mit radialen und sich längs erstreckenden Stützen und Längsschaufeln, die im Bereich ihres Außendurchmessers schwenkbefestigt sind, wobei die Schaufeln Träger aufweisen, die ein Führungsmittel kontaktieren, wobei der Rotor in einem zylindrischen Gehäuse positioniert ist, das an seinen Stirnseiten durch Seitenwände begrenzt ist und eine Einlaßöffnung und eine Auslaßöffnung aufweist, wobei eine Arbeitskammer definiert ist durch die Außenoberfläche einer Längsschaufel, die zylindrische Oberfläche des Gehäuses und durch die Seitenwände des Gehäuses. Eine koaxiale Abtriebswelle ist vorgesehen, die zusätzliche radiale Stützen und Kniehebeleinrichtungen aufweist, die an den Rotorarbeitsschaufeln angelenkt sind. (UdSSR Erfinderzertifikat Nr. 151 8555, IPC F 02 B 53/00, 1989 veröffentlicht).
  • Die Luft in der Maschine wird komprimiert durch Rotation von benachbarten Schaufeln des Rotors und durch Rotation der Abtriebswelle um die Stützen, wenn auf einem Nocken eine Kurvenrolle der Gelenkverbindung der benachbarten Schaufeln abrollt.
  • Ein Nachteil der bekannten Erfindung ist das Vorhandensein einer zusätzlichen Abtrebswelle, die des weiteren bei einer variablen Geschwindigkeit bezüglich des Antriebswellen-Rotationswinkels rotiert, was die Konstruktion dieser Vorrichtung komplex macht. Es muß angemerkt werden, daß bei dieser Lösung, wie bei vielen Verbrennungskraftmaschinen, nur die Außenseite der Schaufeln (eine Seite eines Zylinders bei Kolbenbrennkraftmaschinen) bei dem Arbeitszyklus teilnimmt. Aus der Sicht des Arbeitszyklus wird der Raum unter den Schaufeln nicht verwendet.
  • Dieser Nachteil ist bei einer anderen technischen Lösung überwunden, und zwar bei einer Rotationsverbrennungskraftmaschine, die einen Rotor mit Längsklappen aufweist, die an diesem im Bereich des Außendurchmessers entlang seiner Rotationsachse schwenkbeweglich gelagert sind und die die Räume voneinander trennen, die darin an beiden Seite von jeder der Klappen angeordnet sind, und wobei der Rotor in einem zylindrischen Gehäuse installiert ist, an dessen Stirnseitenwand eine geschlossene ovalförmige Führung in Kontakt mit den Trägern der Klappen angeordnet ist, und eine Leitung zum Gasaustausch zwischen den Räumen an beiden Seiten der Klappen angeordnet ist. Die Stirnseitenflächen der Klappen und die Oberflächen der benachbarten Stützen, die die Stirnseitenflächen der Klappen kontaktieren, sind einander zugeordnet, kontaktieren sich gegenseitig, wobei jede der Klappen den Kompressionsraum von dem Arbeitsraum trennt. Ansaug- und Auslaßöffnungen sind vorgesehen. (US-Patent Nr. 5 261 365, NPC 123–241, 1993 veröffentlicht; US-Patent Nr. 5 345 905, NPC 123–241, 1994 veröffentlicht).
  • Ein vorteilhaftes Merkmal dieser Lösung ist, daß beide Seiten einer Klappe an dem Arbeitszyklus des Motors teilnehmen, wobei eine Seite als eine Wand des Kompressionsraumes teilnimmt und die andere Seite als eine Wand des Arbeitsraumes teilnimmt.
  • Diese technische Lösung hat eine Anzahl wesentlicher Nachteile. Die Träger sind in der Form zylindrischer Stifte an den Stirnseitenflächen der Klappen gebildet. Dies hat zur Folge, daß in einer derartigen Anordnung stets Gasverlust auftreten wird, der durch Schlitze in der Rotorwand und in der Gehäusewand erfolgt. Ein Versuch zum Reduzieren dieser Verluste gemäß US-Patent Nr. 5 261 365, NPC 123–241, 1993 veröffentlicht, und US-Patent Nr. 5 3435 905, NPC 123-241, 1994 veröffentlicht, durch Verdicken der Klappenwand hat eine Abnahme der Volumina der Arbeitsräume und der Kompressionsräume zur Folge.
  • Als ein Ergebnis der Tatsache, daß die Trägerstifte an den Klappen befestigt sind (als ein integraler Bestandteil der Klappen hergestellt) und Übertragung der Arbeitskräfte auf den Motor durch diese Stifte bewirkt wird, muß ihre Auslegung stärker sein und sie müssen notwendigerweise auf beiden Seiten der Klappen positioniert sein. Andernfalls, wenn die Stifte auf nur einer Seite positioniert sind, müssen sie viel größer gemacht werden, was eine vergrößerte Leckage zur Folge haben wird. Des weiteren kann es in dem Fall, daß die Stifte auf einer Seite der Klappenstirnfläche angeordnet sind, vorkommen, daß die Klappe schief steht und sich fest frißt und sogar ein Ausfall des Motors kann auftreten. Ein Verstärken der Stifte und ein Erhöhen der Steifigkeit der Klappen durch Vergrößen ihrer Abmessungen ist hier auch nicht akzeptabel, da dies eine Reduzierung der Arbeitsvolumina des Motors zur Folge haben wird.
  • Ein weiterer Nachteil ist, daß in einem derartigen Motor der Träger in einer Hochtemperaturzone angeordnet ist, er nicht gut gekühlt werden kann und akzeptable Arbeitsbedingungen für die Reibungspaarung von Träger und Führungsnut nicht bereitgestellt werden kann.
  • Ein sehr wesentlicher Nachteil der in dem US-Patent Nr. 5 261 365, NPC 123–241, 1993 veröffentlicht, und dem US-Patent Nr. 5 345 905, NPC 123-241, 1994 veröffentlicht, offenbarten Lösungen ist, daß die Führung für die Träger, die in der Form von Nuten an den Stirnwänden des Gehäuses gebildet ist, eine komplexe Gestalt aufweist. Dies hat zur Folge, daß mit einer derartigen Nut:
    • a) es praktisch unmöglich ist, eine ausreichend hohe Frequenz der Rotorrotation des Motors zu erreichen;
    • b) es technisch schwierig ist, eine hochpräzise Fertigung und hohe Qualität der Nutoberfläche zu erreichen. Das Material, aus dem dieses Teil hergestellt sein sollte, sollte einerseits leicht zu bearbeiten sein und sollte ausreichend duktil sein im Hinblick darauf, daß es Stoßbelastungen ausgesetzt ist, und andererseits sollte es eine sehr hohe Härte aufweisen, so daß es fähig sein könnte, für eine langdauernde Periode unter Bedingungen kontinuierlicher Reibung der Nut-Träger-Paarung zu arbeiten.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Führung mit einer derartigen Form zu schaffen, daß sie, während sie eine gute Glätte der Bewegung des Trägers darauf bereitstellt, mit hoher Qualität der Arbeitsoberflächen einfach herzustellen ist. Das Erreichen dieser Aufgabe macht es möglich, hohe Frequenzen der Rotorrotation des Motors zu erzielen.
  • Zusätzliche Aufgaben der Erfindung sind das Schaffen normaler Arbeitsbedingungen für die Paarung Träger-Führung im Hinblick auf Temperatur, Qualität der Schmierung, und weiterhin das Erzielen eines Drehmoments an dem Rotor des Motors, das auch auf der Reaktionskraft beruht, die während Abgasauslaß (durch Nutzung eines Turboeffekts) erzielt wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Rotationsturbobrennkraftmotor enthaltend einen Rotor mit Längsklappen, die an dem Rotor im Bereich seines Außendurchmessers entlang der Rotationsachse schwenkbar angebracht sind und Räume voneinander trennen, die auf beiden Seiten jeder der Klappen angeordnet sind, wobei der Rotor in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, an dessen Stirnseitenwand eine geschlossene Führung in Kontakt mit Trägern der Klappen angeordnet ist, und eine Leitung zum Gasaustausch zwischen den auf beiden Seiten der Klappen angeordneten Räumen, ein Führung vorgesehen ist, die an der Stirnseitenwand des Gehäuses angeordnet ist, als eine ringförmige Führung gebildet ist und ihre Längsachse mit einer Exzentrizität relativ zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist. Die Aufgabe wird auch dadurch gelöst, daß die ringförmige Führung in einem schwimmenden Ring gebildet ist, der koaxial zur Führung ist und an der Stirnseitenwand des Gehäuses angeordnet ist.
  • Die Erfindung ist darin neu, daß jeder Träger in der Form einer Kurbel gebildet ist, die außerhalb der Wand positioniert ist und mit einer Klappe derart starr verbunden ist, daß die Rotationsachsen der Kurbel und der Schwingklappe zusammenfallen, und ein zweites Ende der Kurbel die Führung kontaktiert.
  • Des weiteren kann die Erfindung mit den folgenden Merkmalen versehen sein:
    • a) ein zweite Stirnseitenwand des Rotors ist derart gebildet, daß sie die Stirnseitenwand des Gehäuses direkt kontaktiert, wobei diese Wand eine Ansaugöffnung, die mit einem Raum unter einer Klappe verbunden ist, und auch einen Einlaß und einen Auslaß der Gasaustauschleitung aufweist, wobei der Einlaß der Gasaustauschleitung gegenüber dem Raum unter der Klappe in dem Bereich des minimalen Abstandes zwischen der Klappe und der Rotationsachse des Rotors und der Auslaß der Gasaustauschleitung gegenüber dem Raum über der Klappe angeordnet ist, die Ansaugöffnung in einer Winkelstellung in einem Bereich der maximalen Verlagerung des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist; der Einlaß und der Auslaß der Gasaustauschleitung und auch eine Abgasöffnung ist in einer Winkelstellung im Bereich der minimalen Verlagerung des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors angeordnet;
    • b) der Motor ist als eine Einheit aus zwei einzelnen Motoren gebildet, die sich an den Stirnseitenwänden der Gehäuse gegenüberliegen, wobei die Wände die Stirnseiten der Rotoren direkt kontaktieren, Wellen der Rotoren fest miteinander verbunden sind, wobei die Wände der Gehäuse eine integrale Stirnseitenwand der Einheit bilden, und Exzentrizitäten der Längsachsen der Führungen der zwei Motoren in Richtungen ausgerichtet sind, die zu den Rotationsachsen der Rotoren entgegengesetzt sind;
    • c) ein zusätzlicher Raum, der mit dem vorhandenen Raum kommuniziert, ist an der Rotorwand unter jeder der Klappen gebildet, eine Durchgangsöffnung, die mit dem Einlaß der Gasaustauschleitung kommuniziert, ist in der Wand des zusätzlichen Raumes gebildet;
    • d) der Einlaß der Gasaustauschleitung an der Stirnseitenwand des Gehäuses weist eine Segmentnut auf, die in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors ausgerichtet ist;
    • e) der Rotor ist entlang seines Außendurchmessers mit einer Wand versehen, wobei tangentiale Öffnungen, beispielsweise in der Form von Schlitzdüsen, in der Wand gebildet sind;
    • f) die Ansaugöffnung ist gekrümmt gebildet und erstreckt sich in einer Richtung, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors ist.
  • Indem die Führung ringförmig gebildet ist, wird es möglich, die maximal hohen Frequenzen der Rotorrotation in einem derartigen Motor zu erzielen, wobei die Frequenzen erreicht werden aufgrund der Glattheit der Rollbewegung des Führungsprofils und aufgrund der Qualität der Arbeitsoberflächen der Führung. Hohe Präzision bei der Herstellung, hohes Oberflächenfinish, Qualität der Oberflächenschicht in Bezug auf Härte und Beschichtungen sind in diesem Fall leicht gewährleistet.
  • Das Anordnen der Längsachse der ringförmigen Führung mit einer Exzentrizität relativ zu der Rotationsachse des Rotors gewährleistet zyklisches Schwenken der Klappen, wenn eine Führung verwendet wird, die im Hinblick auf die Technologie die Einfachste ist. Jede Klappe, die ihren Träger verwendet, der an einer mit einer Exzentrizität relativ zur Rotationsachse des Rotors gebildeten Führung rollt, wird für eine vollständige Umdrehung des Motors über ihre Außenseite eine Kompression der Luft über der Klappe und eine Expansion des Heißgases ausführen, und die Innenseite der Klappe wird das Ansaugen der Luft sicherstellen, ihre geringfügige Vorkompression und den Transfer dieser vorkomprimierten Luft, um den Raum oberhalb der Klappe durchzublasen und diesen Raum mit Luft für weitere Kompression darin zu füllen. In einer vollständigen Umdrehung des Rotors ermöglicht es die Klappe, den vollständigen Zyklus eines Zweitaktmotors auszuführen. Die Anzahl solcher vollständiger Zyklen während einer Umdrehung des Rotors wird mit der Anzahl der an dem Rotor vorgesehenen Klappen übereinstimmen.
  • Indem die ringförmige Führung in einem schwimmenden Ring gebildet ist, der koaxial zur Führung und an der Stirnseitenwand des Gehäuses angeordnet ist, wird es möglich, daß als Ergebnis der ringförmigen Rotation dieses Rings alle neuen Regionen des Rings das zweite Ende des Trägers kontaktieren, was seine Lebensdauer verlängert. Rotation des schwimmenden Rings relativ zum Gehäuse reduziert die Relativgeschwindigkeit des Endes des Trägers und der Führung. Darüber hinaus ist der schwimmende Ring ein ausgezeichneter Dämpfer. Eine ringförmige Nut, die die Führung sein wird, ist in diesem Ring leicht herzustellen.
  • Indem jeder Träger in der Form einer Kurbel hergestellt ist, die außerhalb der Seitenwand des Rotors angeordnet ist, wobei ein Ende der Kurbel die Führungsnut kontaktiert, werden sowohl die Kurbel selbst wie auch der Kontaktpunkt mit der Führung in der Zone relativ niedriger Temperaturen angeordnet, wodurch es möglich wird, eine zuverlässige Ölkühlung an dieser Stelle zu organisieren. Bei einer solchen Anordnung deckt die Seitenwand des Rotors jetzt die Hochtemperaturzone zuverlässig ab.
  • Durch das starre Verbinden der Kurbel mit einer Klappe in einer solchen Weise, daß ihre Rotationsachsen zusammenfallen, wird nun das von der Klappe auf die Kurbel bewirkte Drehmoment über die Schwenkwelle übertragen, wobei die Welle leicht abgedichtet werden kann. Das Verstärken dieser Anordnung wird nicht schwierig sein, da sogar eine wesentliche Verstärkung des Schwenkteils eine minimale Reduzierung des Arbeitsvolumens der Motorräume verursachen wird. Die Möglichkeit der Übertragung großer Drehmomente über ein System von Kurbeln, die an einer Seite des Rotors angeordnet sind, läßt die zweite Wand des Gehäuses frei und macht es möglich, sie für andere Zwecke zu nutzen, die für den Motor sehr wichtig sind.
  • Indem die zweite Stirnseite des Rotors in direktem Kontakt mit der Stirnseitenwand des Gehäuses gebildet ist, wird die zweite Stirnseitenwand des Gehäuses ein Teil der Räume oberhalb und unterhalb jeder der Klappen und daher ist es leicht, die Ansaugöffnung, wobei der erforderliche Arbeitsbereich bereitgestellt ist, und auch den Einlaß und den Auslaß der Gasaustauschleitung an dieser Wand zu bilden.
  • Durch das Anordnen des Einlasses der Gasaustauschleitung gegenüber dem Raum unter der Klappe in dem Bereich des minimalen Abstandes zwischen ihr und der Rotationsachse des Rotors und ihres Auslasses – gegenüber dem Raum oberhalb der Klappe, und durch das Drehen der Ansaugöffnung in eine Winkelstellung in dem Bereich des maximalen Versatzes des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors, und durch das Anordnen des Einlasses und des Auslasses der Gasaustauschleitung und auch der Abgasöffnung im Bereich des minimalen Versatzes des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors ist es möglich, den ausgewählten Betriebszyklus des vorgeschlagenen Motors, d. h. den Zweitaktzyklus, auszuführen.
  • Indem die Einheit als aus zwei Motoren bestehend gebildet wird, die sich mittels der Stirnseitenwände der Gehäuse gegenüberliegen, die unmittelbar die Stirnseiten der Rotoren kontaktieren, und indem die Rotorwellen miteinander starr verbunden werden, wird eine einzige Stirnseitenwand der Einheit erzielt. Mit einer solchen einzigen Stirnseitenwand der Einheit, wobei die Wand in direktem Kontakt mit zwei eine einzige Gesamtheit bildenden Rotoren ist, und indem die Exzentrizitäten der Längsachsen der Führungen dieser Motoren in Richtungen ausgerichtet werden, die entgegengesetzt zu der Rotationsachse der Rotoren sind, wird ein praktisch ausbalanziertes System aus zwei Rotoren bereitgestellt. In diesem System wird das erzwungene Ungleichgewicht des einen Rotors, das im Betrieb des Motors auftritt, kompensiert durch das entgegengesetzt gerichtete erzwungene Ungleichgewicht des anderen Rotors, das aufgrund der Bewegung der Klappen auftritt. Des weiteren wird die Notwendigkeit der Installierung zweier Schwungrad-Gegengewichte, wie beim Wankelmotor, vermieden.
  • Durch das Bereitstellen eines zusätzlichen Raumes an der Rotorwand unter jeder der Klappen, wobei der Raum mit dem vorhandenen Raum kommuniziert und eine Durchgangsöffnung in der Wand aufweist, wobei die Öffnung mit dem Einlaß der Gasaustauschleitung kommuniziert, wird ein Raum gebildet, mit dem der Vorkompressionsdruck in dem Raum unter der Klappe angepaßt werden kann. Dieser Druck muß während des Betriebsablaufs eines Motors ausgewählt werden, wobei berücksichtigt werden muß, daß dieser Druck minimal sein sollte, da Energie verbraucht wird, jedoch sollte er ausreichend sein, um garantiertes Ausblasen der Abgase aus dem Raum oberhalb der Klappe und Füllen des Raumes mit Frischluft bereitzustellen.
  • Indem der Einlaß der Gasaustauschleitung an der Stirnseitenwand des Gehäuses mit einer Segmentnut, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors ausgerichtet ist, versehen ist, ist es möglich, den Vorkompressionsdruck in dem Raum unter der Klappe einzustellen. Dies wird möglich in Anbetracht der Tatsache, daß die Luft zum Ausblasen ursprünglich von Zonen mit niedrigerem Luftdruck entnommen wird.
  • Indem der Rotor an seinem Außendurchmesser mit einer Wand mit tangentialen Öffnungen versehen ist, wird es möglich, auch ein Drehmoment an dem Rotor aufgrund von der Reaktionskraft zu erzielen, die während dem Ausblasen der Heißgase durch diese Öffnungen bewirkt wird, d. h. es gibt die Möglichkeit den Turbineneffekt zu nutzen und eine fast vollständige Expansion der Heißgase bis auf Atmosphärendruck zu haben. Der Turbineneffekt wird verstärkt, wenn die tangentialen Öffnungen in der Form von Schlitzdüsen gebildet sind.
  • Indem die Ansaugöffnung gekrümmt gebildet ist, verlängert in die Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors, kann zusammen mit dem Vergrößern des Ansaugbereichs das Ansaugen praktisch sofort beginnen, nachdem die komprimierte Luft aus dem Raum unter der Klappe zum Ausblasen evakuiert worden ist, und dies bedeutet, daß es keinen negativen Druck (Vakuum) unter der Klappe geben wird, und kein Aufwand an Energie dafür erforderlich sein wird.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt des vorgeschlagenen Motors entlang der Linie B – B, wobei eine Führung gezeigt ist als eine ringförmige Nut an der Stirnseitenwand des Gehäuses;
  • 2 zeigt einen Längsschnitt des Motors entlang der Linie B – B mit einer ringförmigen Führung in der Form eines schwimmenden Ringes;
  • 3 zeigt einen Querschnitt des Motors entlang der Linie A – A im Bereich der Klappen;
  • 4 zeigt einen Querschnitt des Motors entlang der Linie C – C im Bereich einer Kurbel;
  • 5 zeigt einen Längsschnitt einer Motoreinheit;
  • 6 zeigt einen Querschnitt des Motors entlang der Linie D – D, wobei eine Wand, die tangentiale Öffnungen in der Form von Schlitzdüsen aufweist, entlang des Außendurchmessers des Rotors gebildet ist.
  • Ein Rotationsturbobrennkraftmotor enthält einen Rotor 1 mit Längsklappen 2, die unter Verwendung von Schwenkgelenken 3 im Bereich des Außendurchmessers des Rotors 1 entlang seiner Rotationsachse angebracht sind. Jede Klappe trennt einen Raum 5 unterhalb einer Klappe und einen Raum 6 oberhalb der Klappe voneinander. Der Rotor 1 ist in einem zylindrischen Gehäuse 7 montiert, an dessen Stirnseitenwand 8 eine geschlossene ringförmige Führung 9 angeordnet ist, die Träger 10 der Klappen 2 kontaktiert. Die Längsachse 11 der Führung 9 ist mit einer Exzentrizität „e" relativ zu der Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Längsachse 11 der Führung 9 vertikal aufwärts verlagert in Bezug auf die Rotationsachse 4 des Rotors 1, wenn auch, was den Motor anbelangt, die Richtung der Exzentrizität keine Bedeutung hat. Eine zweite Stirnseitenwand des Gehäuses 7 ist in der Form einer entfernbaren Abdeckung 12 gebildet, die in direktem Kontakt mit einer Stirnseite 13 des Rotors 1 ist, weist eine Ansaugöffnung 14 auf, die in einer Winkelstellung im Bereich des maximalen Versatzes des Profils der Führung 9 in Bezug auf die Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet ist und mit den Räumen 5 unter den Klappen 2 verbunden ist. Die Ansaugöffnung 14 kann in der Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors 1 gebogen und verlängert sein. Eine Leitung 15 zum Ausführung von Gasaustausch zwischen Räumen 4 und 5 ist in der Abdeckung 12 auch vorgesehen. Ein Einlaß 16 der Gasaustauschleitung 15 ist gegenüber dem Raum 5 unter der Klappe 2 im Bereich seines minimalen Abstandes von der Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet, und ein Auslaß 17 ist gegenüber dem Raum 6 oberhalb der Klappe 2 angeordnet. Dabei sind der Einlaß 16 und der Auslaß 17 der Gasaustauschleitung 15 in einer Winkelstellung im Bereich des minimalen Versatzes des Profils der Führung 9 in Bezug auf die Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet. Die andere Stirnseite des Rotors 1 ist mit einer Stirseitenwand 18 versehen. Jeder Träger 10, der zum Rotieren seiner Klappe 2 bezüglich des Schwenkgelenks 3 dient, ist in der Form einer Kurbel 19 gebildet, die von der Wand 18 entfernt angeordnet ist und mit der Klappe 2 im Bereich des Schwenkgelenks 3 fest verbunden ist, so daß sowohl die Kurbel 19 wie auch die Klappe um eine Achse 20 des Schwenkgelenks 3 rotieren können. Die Führung 9 ist in Kontakt mit einem weiteren Ende 21 der Kurbel 19. Die ringförmige Führung 9 kann in der Form einer Nut 22 in einem schwimmenden Ring 23 gebildet sein, der koaxial zu der Führung ist und bezüglich seines Innendurchmessers an einer verschleißfesten Anpaßbuchse 24 angeordnet ist, die wiederum an der Stirnseitenwand 8 des Gehäuses 7 fest angebracht ist. Die ringförmige Nut 22 weist zwei ringförmige Arbeitsoberflächen 25 und 26 auf, die mit den Enden 21 der Kurbel 19 in Kontakt sind. Ein Ölraum 27 ist zwischen der Wand 18 des Rotors 1 und der Stirnseitenwand 8 des Gehäuses 7 gebildet. Öl liefernde Öffnungen 28 sind in der Anpaßbuchse 24 unter dem schwimmenden Ring 23 angeordnet. Die Öffnungen 28 sind mit Öl liefernden Öffnungen 29 des Gehäuses 7 in dem Bereich des minimalen Versatzes gekoppelt, die wiederum mit einem Ölversorgungssystem gekoppelt sind. Eine Abgasöffnung 30 ist in einer Winkelstellung an dem Gehäuse 7 in dem Bereich des minimalen Versatzes des Profils der Führung 9 in Bezug auf die Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet. Eine Zündkerze 31 ist an dem Gehäuse 7 innerhalb desselben und gegenüber den Räumen 6 angeordnet. Die Zündkerze ist in einer Winkelstellung im Bereich des maximalen Versatzes des Profils der Führung 9 in Bezug auf die Rotationsachse 4 des Rotors 1 angeordnet.
  • Zwei Motoren sind in einfacher Weise als eine integrale Einheit angeordnet. In der Einheit liegen sich zwei separate Motoren mittels der Abdeckungen 12 gegenüber, wobei die Abdeckungen in diesem Fall eine integrale Stirnseitenwand 32 bilden. Exzentrizitäten „e" der Längsachsen 11 der Führungen 9 dieser zwei Motoren sind in Richtungen entgegengesetzt zur Rotationsachse 4 des Rotors 1 ausgerichtet. Die Einheit weist einen gemeinsamem Ölraum 33 auf und ihre zwei Rotoren haben eine gemeinsame Welle 34. Es gibt zwei Ansaugöffnungen 14, die in der integralen Wand 32 mit radialen Einlaßleitungen 35 gebildet sind, die dazu dienen, Luft in den linken und den rechten Motor zu liefern.
  • Ein zusätzlicher Raum 37, der mit dem Raum 5 kommuniziert und an seiner Wand eine Durchgangsöffnung 38 aufweist, die mit dem Einlaß 16 der Gasaustauschleitung 15 kommuniziert, kann an der Wand 36 des Rotors 1 unter jeder Klappe 2 gebildet sein.
  • Der Einlaß 16 der Gasaustauschleitung an der Abdeckung 12 kann mit einer Segmentnut 39 versehen sein, die in der Richtung entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung des Rotors 1 ausgerichtet ist.
  • Der Rotor 1 kann an seinem Außendurchmesser mit einer Wand 40 versehen sein, in der tangentiale Öffnungen 41 in der Form von beispielsweise Schlitzdüsen gebildet sind.
  • Die ringförmige Führung 9 kann auch in der einfachsten Weise insbesondere in der Form einer ringförmigen Nut 42 an der Stirnseitenwand 8 des Gehäuses 7 gebildet sein (1).
  • Der Motor arbeitet in der folgenden Weise:
  • Wenn die Klappe 2 in der obersten Position ist, strömt atmosphärische Luft über die Ansaugöffnung 14 in den Raum 5 unter der Klappe 2, und wenn der Rotor rotiert, erfolgt eine Vorkompression der Luft. Maximale Vorkompression wird bewirkt, wenn sich der Rotor um eine halbe Umdrehung dreht. Wenn die Klappe 2 im Bereich der obersten Position ist, wird die Luft in dem Raum 6 über der Klappe 2 um das maximale Maß komprimiert. In diesem Moment wird Brennstoff in den Raum 6 eingespritzt, seine Verbrennung erfolgt und die hohe Energie aufweisende Gasmischung beginnt auf die Klappe 2 zu wirken, wodurch das Volumen in dem Raum 6 oberhalb der Klappe 2 vergrößert wird. Wenn sich der Rotor 1 um eine halbe Umdrehung dreht, ist der Raum 5, der in diesem Moment die darin komprimierte Luft enthält, in einer Position gegenüber dem Einlaß 16 der Gasaustauschleitung 15, und diese Luft strömt über die Leitung 15 und durch ihren Auslaß 17 in den Raum 6, der in diesem Moment maximales Volumen und demzufolge minimalen Druck aufweist. Das Abgas wird aus dem Raum 6 ausgestoßen und der Raum wird mit Frischluft aus dem Raum 5 gefüllt. Das verlagerte Gas wird über die Auslaßöffnung 30 in die Atmosphäre abgelassen. Bei weiterer Rotation des Rotors 1 beginnt die Kompression der Luft in dem Raum 6 und die auf einen Höchstwert komprimierte Luft ist in dem obersten Punkt angeordnet. Atmosphärische Luft wird in den Raum 5 über die gebogene Ansaugöffnung 14 angesaugt. Die Klappe 2 ist wieder in dem obersten Punkt und der Arbeitszyklus wiederholt sich. Da es vergleichsweise viele Klappen an dem Motor gibt, gibt es so viele Zyklen während einer Umdrehung des Rotors wie es Klappen an dem Rotor gibt.
  • Bei dem Rotor 1 mit der Wand 40 an seinem Außendurchmesser wird, wenn der Rotor 1 in der untersten Position ist, Gas von dem Raum 6, das ausgeblasen wird, und die Luft, die das Ausblasen ausführt und von dem Raum 5 kommt, zu den tangentialen Öffnungen 41 in der Wand gelenkt, wodurch der „turbinenartige" Effekt in dem Rotor geschaffen wird und ein zusätzliches Drehmoment an dem Rotor erzeugt wird.
  • Die Einheit, die aus zwei Motoren besteht, die sich an den Abdeckungen 13 gegenüberliegen und in diesem Fall eine integrale Stirnseitenwand 32 bilden, arbeitet derart, daß, wenn die Rotoren rotieren, ihre erzwungenen Ungleichgewichte in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind und ein praktisch ausbalanziertes System aus zwei Rotoren erreicht ist. Somit wird die Notwendigkeit der Installation zweier Flügelrad-Ausgleichsgewichte wie z. B. beim Wankelmotor vermieden.
  • Der zusätzliche Raum 37, der an der Wand 36 des Rotors 1 unter jeder Klappe 2 gebildet ist und eine Durchgangsöffnung 38 aufweist, die mit dem Einlaß 16 der Gasaustauschleitung 15 kommuniziert, steuert durch sein Volumen die Vorkompression, die in dem Raum 5 unter der Klappe 2 erfolgt. Die Segmentnut 39 an der Abdeckung 13, die an dem Einlaß 16 der Gasaustauschleitung 15 beginnt und in die Richtung entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors 1 gerichtet ist, führt die gleiche Funktion aus.
  • Somit macht es die ringförmige Führung möglich, daß sich die Kurbel auf ihrer hochqualitativen Oberfläche gleichmäßig bewegen kann, wodurch es möglich ist, eine ausreichend hohe Rotationsfrequenz des Motors zu erzielen. Wie es aus dem oben vorgestellten Beispiel ersichtlich ist, ist ein Zyklus eines Zweitaktmotors, der ein ausgezeichnetes System zum Ausblasen der Abgase aufweist, die Arbeitsräume mit Frischluft füllt und des weiteren eine Vorkompression aufweist, in einfacher Weise erreicht.
  • Die tangentialen Öffnungen an der Außenwand des Rotors machen es möglich, daß der Rotor bis auf hohe Drehzahlen bewegt werden kann infolge der Ausströmung der Abgase dort hindurch. Somit zeigt sich eine Turbinenstufe des Motors, die ein zusätzliches Drehmoment erzeugt. In Anbetracht diese Umstandes ist der Titel der Erfindung ein Rotationsturbinenmotor.
  • Fig. 1
  • 18
    Stirnseitenwand
    12
    entfernbare Abdeckung
    14
    Ansaugöffnung
    1
    Rotor
    13
    Stirnseite
    4
    Rotationsachse
    16
    Leitungseinlaß
    15
    Gasaustauschleitung
    21
    Ende der Kurbel 19
    10
    Träger
    8
    Stirnseitenwand
    19
    Kurbel
    20
    Schwenkachse
  • Fig. 2
  • 21
    anderes Ende der Kurbel 19
    23
    schwimmender Ring
    24
    Anpaßbuchse
    4
    Achse
    11
    Längsachse
    29
    Öl liefernde Öffnungen in dem Gehäuse
    28
    Öl liefernde Öffnungen
    8
    Stirnseitenwand
    10
    Träger
  • Fig. 3
  • 31
    Zündkerze
    40
    unterste Position
    5
    Raum
    6
    Raum
    2
    Klappe
    7
    Gehäuse
    3
    Schwenkgelenke
    36
    Rotorwand
    37
    zusätzlicher Raum
    38
    Öffnungen
    39
    Segmentnut
    44
    oberste Position
    16
    Leitungseinlaß
    17
    Leitungsauslaß
    43
    Bereich der obersten Position
    42
    Einspritzung
    41
    Arbeitsweg
    14
    Ansaugöffnung
  • Fig. 4
  • 22
    Nut
    11
    Führungslängsachse
    9
    ringförmige Führung
    4
    Achse
    19
    Kurbel
  • Fig. 5
  • 14
    Ansaugöffnung
    35
    Einlaßkanal
    33
    Ölraum
    34
    Welle
    35
    Einlaßleitung
    32
    Stirnseitenwand
  • Fig. 6
  • 31
    Zündkerze
    30
    Auslaßöffnung
    40
    Wand

Claims (9)

  1. Rotationsturbobrennkraftmotor enthaltend einen Rotor (1) mit Längsklappen (2), die an dem Rotor im Bereich seines Außendurchmessers entlang der Rotationsachse schwenkbar angebracht sind und Räume voneinander trennen, die auf beiden Seiten jeder der Klappen angeordnet sind, wobei der Rotor in einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, an dessen Stirnseitenwand eine geschlossene Führung (9) in Kontakt mit Trägern (10) der Klappen angeordnet ist, und eine Leitung (15) zum Gasaustausch zwischen den auf beiden Seiten der Klappen angeordneten Räumen, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung, die an der Stirnseitenwand des Gehäuses angeordnet ist, als eine ringförmige Führung gebildet ist und ihre Längsachse mit einer Exzentrizität relativ zu der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist und daß jeder Träger in der Form einer Kurbel (19) gebildet ist, die außerhalb der Wand angeordnet und mit einer Klappe fest verbunden ist, so daß die Rotationsachse der Kurbel und der Schwenkklappe übereinstimmen, und ein zweites Ende der Kurbel die Führung kontaktiert.
  2. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Führung in einem schwimmenden Ring gebildet ist, der koaxial zur ringförmigen Führung ist und an der Stirnseitenwand des Gehäuses angeordnet ist.
  3. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Stirnseite des Rotors derart gebildet ist, daß sie die Stirnseitenwand des Gehäuses direkt kontaktiert, wobei diese Wand eine Ansaugöffnung, die mit einem Raum unter einer Klappe verbunden ist, und auch einen Einlaß und einen Auslaß der Gasaustauschleitung aufweist, wobei der Einlaß der Gasaustauschleitung gegenüber dem Raum unter der Klappe in dem Bereich des minimalen Abstandes zwischen ihm und der Rotationsachse des Rotors und der Auslaß der Leitung gegenüber dem Raum über der Klappe angeordnet ist, die Ansaugöffnung in einer Winkelstellung in einem Bereich der maximalen Verlagerung des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist, und der Einlaß und der Auslaß der Gasaustauschleitung und auch eine Abgasöffnung in einer Winkelstellung im Bereich der minimalen Verlagerung des Führungsprofils bezüglich der Rotationsachse des Rotors angeordnet ist.
  4. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als eine Einheit gebildet ist, die aus zwei Motoren besteht, die sich an den Stirnseitenwänden der Gehäuse gegenüberliegen, wobei die Wände die Stirnseiten der Rotoren direkt kontaktieren, Wellen der Rotoren fest miteinander verbunden sind, die Wände der Gehäuse eine einzige Stirnseitenwand der Einheit bilden, und die Exzentrizitäten der Längsachsen der Führungen der zwei Motoren in Richtungen ausgerichtet sind, die zu den Rotationsachsen der Rotoren gegenüber liegen.
  5. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Raum, der mit dem vorhandenen Raum kommuniziert, an der Rotorwand unter jeder der Klappen gebildet ist, und daß eine Durchgangsöffnung, die mit dem Einlaß der Gasaustauschleitung kommuniziert, in der Wand des zusätzlichen Raumes gebildet ist.
  6. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaß der Gasaustauschleitung an der Stirnseitenwand des Gehäuses eine Segmentnut aufweist, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors ausgerichtet ist.
  7. Rotationsturbomotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor entlang seines Außendurchmessers mit einer Wand versehen ist, die tangentiale Öffnungen aufweist.
  8. Rotationsturbomotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die tangentialen Öffnungen als Schlitzdüsen gebildet sind.
  9. Rotationsturbomotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung gekrümmt gebildet ist und sich in einer Richtung erstreckt, die entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Rotors ist.
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