EP1846646A1 - Rotor-kolben-verbrennungsmotor - Google Patents

Rotor-kolben-verbrennungsmotor

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EP1846646A1
EP1846646A1 EP06701294A EP06701294A EP1846646A1 EP 1846646 A1 EP1846646 A1 EP 1846646A1 EP 06701294 A EP06701294 A EP 06701294A EP 06701294 A EP06701294 A EP 06701294A EP 1846646 A1 EP1846646 A1 EP 1846646A1
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EP
European Patent Office
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rotor
combustion engine
internal combustion
engine according
piston
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Application number
EP06701294A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1846646B1 (de
Inventor
Ivaylo Sachariev Pelov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pelanel GbR Pelov Andreev & Dittmar
Original Assignee
Pelanel GbR Pelov Andreev & Dittmar
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Publication date
Application filed by Pelanel GbR Pelov Andreev & Dittmar filed Critical Pelanel GbR Pelov Andreev & Dittmar
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Priority to EP06701294A priority patent/EP1846646B1/de
Publication of EP1846646A1 publication Critical patent/EP1846646A1/de
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Publication of EP1846646B1 publication Critical patent/EP1846646B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B57/00—Internal-combustion aspects of rotary engines in which the combusted gases displace one or more reciprocating pistons
    • F02B57/08—Engines with star-shaped cylinder arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B13/00—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion
    • F01B13/04—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder
    • F01B13/06—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement
    • F01B13/068—Reciprocating-piston machines or engines with rotating cylinders in order to obtain the reciprocating-piston motion with more than one cylinder in star arrangement the connection of the pistons with an actuated or actuating element being at the inner ends of the cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B15/00—Reciprocating-piston machines or engines with movable cylinders other than provided for in group F01B13/00
    • F01B15/02—Reciprocating-piston machines or engines with movable cylinders other than provided for in group F01B13/00 with reciprocating cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B73/00—Combinations of two or more engines, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • radial engines in which the cylinders are arranged in a star shape with pistons and the piston rods drive a crankshaft.
  • a special form of the radial engine is the recirculation engine, in which the crankshaft is stationary and the cylinders rotate with pistons.
  • rotary engines such as the Wankel engine are known in which rotates in an ellipsoidal housing with epithrooid chambers, a rotor that follows the ellipsoidal shape.
  • the volume of the individual chambers is changed, and in one revolution of the rotor, the four strokes of the engine are completed, but not optimally segmented.
  • the ellipsoidal shape creates differences in chamber volume and so does the four cycles.
  • the object of the invention is to provide an internal combustion engine which achieves a high efficiency with a simple construction and smooth running. It is also an object of the invention to avoid the ellipsoidal shape with the The aim of the maximum chamber seals to reduce vibrations to a minimum and to simplify the construction.
  • New here is, inter alia, that the combustion of the air / gas mixture is no longer carried out in the cylinders and thus the piston does not ' directly serve the drive, but the cylinders with pistons provide the additional combustion chamber with the compressed air / gas mixture.
  • the gas flowing out of the combustion chamber outside the rotor after ignition drives the rotor.
  • the rotor-piston internal combustion engine is characterized by being small in size, light in weight but very powerful and yet economical, offering a wide range of engine power control, low fuel consumption and higher ignition timing fuels such as diesel engines , As hydrogen, can burn.
  • the rotor-piston-motor has a circular shape of the rotor and built with offset from the center C axis. This eliminates the complicated ellipsoidal movement and allows a good seal of the individual working chambers.
  • the completion of the suction, pressing and the ignition of the fuel-air mixture and the discharge of the exhaust gases can be achieved by the Difference in the distances from the axis of the piston group offset from the center (C) of the rotor at point B (center B) to the periphery of the rotor.
  • the priming and in the sector of the minimum radius (r min.) The ignition of the fuel-air mixture and the emission of the exhaust gases in one revolution of the rotor are performed.
  • the force resulting from the ignition is directed tangentially in the direction of rotation of the rotor, which is predetermined by the combustion chamber, the piston group and the offset center (B).
  • FIG. 2 shows a section according to D-D in FIG. 1 - one of the variants for mounting the piston group
  • FIG. 3 shows a section according to F-F in FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a section along E-E in FIG. 1,
  • FIG. 5 is an end view of the engine
  • FIG. 6 is a top view of the engine
  • FIG. 8 Schematic representation of the process of sucking in the fuel-air mixture and the controllable sector (X), which determines its initial torque
  • FIG. 9 Schematic representation of the working process and the controllable sector (Y), which determines the initial momentum of the emission of the exhaust gases
  • FIG. 10 Circuit diagram of the processes suction (N), injection (M), work (H), discharge of exhaust gases (E), vacuum generation (G).
  • the rotor-piston internal combustion engine consisting of three or more mutually parallel, cooperating liquid-cooled housings 1, has - according to Figures 1 to 3 - depending on a housing 1 to which a spark plug 2, an exhaust port 3 and a suction port 4 are mounted.
  • the rotor 5 is mounted with two sprockets 14.
  • the segments 9 are mounted on both sides of each individual working chamber 11 of the cylinder 6, which serve to seal those.
  • the parts of the cylinder 6, which are movably captured in the rotor 5, are spherical from the outside, which fulfills the function of a ball joint.
  • the cylinders 6 are radially movable and orbitally overflow and slide on the pistons 8 equipped with smaller pistons 13 (expanders), which in turn are sealed with the segments 9.
  • the pistons 8 are movable independently of each other, as shown in FIG. 2, mounted axially.
  • the pistons 8 / I and 8 / II store in the housing 1 and the piston 8 / II is stored between and in pistons 8 / and S / 11.
  • the bearing of the piston group 8 / I + II + III is from the center C of the rotor 5 offset in point B (offset center B, intersected by the axis 10).
  • the pistons 8 are axially immobile relative to the center B and orbital not overflow.
  • each piston is reached in the area where exhaust gas discharge begins ( Figure 1).
  • the straight line passing through the center C of the rotor and through the offset center B shows exactly this area.
  • the combustion chamber 17 is at an angular distance of 30 °, precisely from this straight line in front of the exhaust port. Upon ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber 17, the piston 8 has not quite reached the top dead center.
  • the spherically movably received in the rotor 5 cylinder 6) act as balancing arms (Winkelkompensatoren), which compensate for the angular transitions to the various orbitalen positions, which are determined by the offset center B and the circular shape of the rotor 5.
  • a smaller piston 13 is structurally predetermined, by which the different load moments are compensated at the different predetermined powers up to the time of ejection of the exhaust gases.
  • This smaller piston 13 exerts no influence on the indicator voltage (pressure) formed in the working chamber 11.
  • the movement is transmitted tangentially by pressure on the rotor 5 in its direction of movement. This direction of movement is predetermined by the construction of the combustion chamber 17 in the housing 1 and by the piston group displaced from the center C of the rotor 5 and which is mounted in the housing 1 (FIG. 2) (axis 10).
  • the cylinder travel (working volume) is changed, and as a result, the power of the engine can be changed during its running.
  • the intake 4 is set so constructive that by their selectable positioning in Sector X, the initial torque of the intake of the fuel-air mixture can be changed.
  • the function of the motor is realized after switching on the starter and turning the rotor 5. Due to the constructive differences in the distance from the periphery of the rotor 5 to the axis 10 offset from the center C, the cylinders 6 change the volume of the working chambers 11 and depending on their points of contact, the five working processes (see FIG. 10) in one revolution of the Rotor 5 completed.
  • the ignition process at the position of the piston (8 / I, see FIG. 1) the working chamber 11 and the combustion chamber 17 meet in the housing 1. At this moment, the fuel-air mixture in the working chamber 11 is maximally pressed. In the meeting with the combustion chamber 17, the fuel-air mixture is pressed into this and ignited immediately.
  • the resulting force F acts on the piston head 8 / I 1 and on the rotor 5.
  • the force F is distributed tangentially to the rotor 5 in its direction of movement and acts until the moment of expulsion of the exhaust gases through the adjustable discharge opening 3.
  • the working chambers 11 in the rotor 5 are positioned at an angular distance of 120 ° from each other.
  • the ignition process takes place three times (at an angular distance of 120 °) for one revolution of the rotor 5. This process takes place separately in each of the three housings 1 / R1, R2, R3 of the motor.
  • the complete motor consists of three or more housings 1 / R1, R2, R3, which are intermeshed by gear gear 15a and operate synchronously.
  • the piston group 8 of each subsequent housing 1 is compared with the previous offset at a certain angle which is proportional to the number of housings 1 in the engine. With three housings 1, each subsequent piston group 8 is positioned offset by 40 ° with respect to the previous one.
  • the combination of different housing diameter sizes in the engine allows different power values per individual rotor 5 to be achieved.
  • the design thus specified gives, depending on the need and situation, the possibility of automatically selecting the number of housings 1 which participate in the working operation of the engine. As a result, one achieves a lower fuel consumption.
  • all housing 1, R1, R2, R3 participate in the working operation of the engine.
  • the rotor 5 At rest, the rotor 5 has a certain constructive mass, which has a smaller value overall than during rotation.
  • the space of the interior side of the rotor 5 is filled once with oil.
  • centrifugal forces which distribute the oil on the inner wall of the rotor 5.
  • the rotor 5 has a structurally predetermined relief shape of the inner wall. This causes the sputtering of the oil back into the internal space of the engine. As a result, a new, larger value of the mass of the rotor 5 is produced during rotation. This allows low power consumption at engine startup and higher rotational torque during engine operation.
  • the invention belongs to the internal combustion engines of the rotor-piston type and can be used in automobile, aircraft and shipbuilding, for motorcycles, generators, pumps and for driving various transmissions and mechanisms.
  • the rotor 5 After starting the rotor-piston engine, the rotor 5 is set in a right rotational movement, wherein the volume of the working chamber 11 during the working process (ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber 17) remains constant.
  • the piston 8 does not make any return movement at this moment.
  • the pistons 8 serve only to suck in fuel-air mixture in the cylinders 6, and to press into the combustion chamber 17 and expel exhaust gases.
  • the entire piston group rotates about the axis 10, which is offset from the center C.
  • the ignition of the fuel-air mixture happens outside of the working chambers 11 namely in the combustion chamber 17.
  • the piston 8, which has pressed the fuel-air mixture into the combustion chamber 17, forms an angle of 70 ° to the rotor.
  • the resulting during detonation force F is directly distributed tangentially by pressure on the rotor 5.
  • the piston 8 is not set in return movement due to the detonation, as shown in FIGS. 1 and 3.
  • Each individual piston 8 has a smaller piston 13, which absorbs part of the detonation force F at the first moment and thereby enables a balancing (compensation) the different strong detonations at a change in the position of the ejection port 3 or suction port 4 or the center B. It protects the combustion chamber 17 and housing 1 thus from overloading.
  • the rotor-piston internal combustion engine consists of 3 rotors 5 and 3 piston groups 8/1, 8 / II, S / i 11 with the associated cylinders 6, a total of 9 pistons 8.
  • Each piston 8 is positioned relative to the other structurally given that between them an angle of 40 ° exists. This means that when starting the engine, ignition is performed at intervals of 40 °. This angular distance is accordingly reduced in a possible execution of the engine with 4 rotors 5 proportional to 30 °. (For example: with 5 rotors 5 at 24 °)
  • a rotor-piston internal combustion engine has been developed by the invention, which performs no ellipsoidal movement compared to the Wankel engine and has constructive advantages.

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Description

Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor
Die Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Sternmotoren bekannt, bei denen die Zylinder mit Kolben sternförmig angeordnet sind und die Kolbenstangen eine Kurbelwelle antreiben. Eine Sonderform des Sternmotors ist der Umlaufmotor, bei dem die Kurbelwelle stillsteht und die Zylinder mit Kolben umlaufen.
Femer sind Kreiskolbenmotoren wie der Wankel-Motor bekannt, bei dem in einem ellipsoiden Gehäuse mit epithrohoiden Kammern ein Rotor umläuft, der der ellipsoiden Form folgt. Bei Bewegung des Rotors wird das Volumen der einzelnen Kammern verändert und es werden in einer Umdrehung des Rotors die vier Takte des Motors vollzogen, bei nicht optimaler Segmentierung. Die ellipsoide Form schafft Unterschiede in den Kammervolumen und so vollziehen sich die vier Arbeitszyklen. Diesen Motoren, wie auch den übrigen Verbrennungsmotoren mit Kolben, ist gemeinsam, dass die Verbrennung im Zylinder den Kolben bewegt und hierdurch die Antriebskraft erzeugt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der bei einfacher Konstruktion und ruhigem Lauf einen hohen Wirkungsgrad erzielt. Auch ist es Aufgabe der Erfindung, die ellipsoide Form zu vermeiden mit dem Ziel der maximaler Kammernabdichtungen, Vibrationen bis zu einem Minimum zu reduzieren und die Konstruktion zu vereinfachen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Neu ist hierbei u. a., dass die Verbrennung des Luft/Gas-Gemisches nicht mehr in den Zylindern erfolgt und damit die Kolben dem Antrieb nicht' mehr direkt dienen, sondern die Zylinder mit Kolben versorgen die zusätzliche Brennkammer mit dem komprimierten Luft/Gas-Gemisch. Das nach der Zündung aus der außerhalb des Rotors liegenden Verbrennungskammer ausströmende Gas treibt den Rotor an.
Durch diese Trennung von Verdichten und Verbrennen werden der Wirkungsgrad erhöht, Vibrationen verringert und der Verschleiß verringert. Verdichten und Verbrennen können in getrennten Bereichen der Maschine optimiert werden.
Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass er kleine Außenmaße hat, leicht im Gewicht, aber sehr leistungsfähig und trotzdem sparsam ist, ein breites Spektrum der Regelung der Motorleistung bietet, einen geringen Kraftstoffverbrauch aufweist und Kraftstoffe mit höherem Zündpunkt, wie z. B. Wasserstoff, verbrennen kann.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
Gemäß der Erfindung weist der Rotor-Kolben-Motor eine Kreisform des Rotors auf und mit vom Zentrum C versetzter Achse gebaut. Dies beseitigt die komplizierte ellipsoide Bewegung und erlaubt eine gute Abdichtung der einzelnen Arbeitskammern.
Das Vollziehen des Ansaugens, Anpressens und der Zündung des Kraftstoff- Luft-Gemisches und des Ausstoßens der Abgase erreicht man durch den Unterschied in den Entfernungen von der vom Zentrum (C) des Rotors im Punkt B (Zentrum B) versetzter Achse der Kolbengruppe bis zur Peripherie des Rotors. Im Sektor des maximalen Radiuses ( r max. ) wird das Ansaugen und im Sektor des minimalen Radiuses ( r min. ) das Zünden des Kraftstoff-Luft-Gemisches und der Ausstoß der Abgase in einer Umdrehung des Rotors vollzogen. Die Kraft, die in Folge der Zündung entsteht, wird tangential in die Drehrichtung des Rotors gerichtet, die von der Verbrennungskammer, der Kolbengruppe und dem versetzten Zentrum (B) vorbestimmt ist.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Figur 1 einen Querschnitt des Rotor-Kolben-Verbrennungsmotors,
Figur 2 einen Schnitt nach D-D in Figur 1 - eine von den Varianten zur Lagerung der Kolbengruppe,
Figur 3 einen Schnitt nach F-F in Figur 1 ,
Figur 4 einen Schnitt nach E-E in Figur 1 ,
Figur 5 eine Stirnansicht des Motors,
Figur 6 eine Ansicht von oben auf den Motor,
Figur 7 Darstellung der Verzahnung zwischen den einzelnen Rotoren (R1. R2, R3) im Motor,
Figur 8 Schematische Darstellung des Prozesses des Ansaugens des Kraftstoff- Luft-Gemisches und des regelbaren Sektors (X), welcher dessen Anfangsmoment bestimmt, Figur 9 Schematische Darstellung des Arbeitsprozesses und des regelbaren Sektors (Y), welcher den Anfangsmoment des Ausstoßes der Abgase bestimmt,
Figur 10 Kreisdiagramm der Prozesse Ansaugen (N), Einpressen (M), Arbeit (H), Ausstoß der Abgase (E), Vakuumentstehung (G).
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor bestehend aus drei oder mehr parallel zueinander stehenden, zusammenwirkenden flüssigkeitsgekühlten Gehäusen 1 , hat - gemäß den Figuren 1 bis 3 - je ein Gehäuse 1 , an welchem eine Zündkerze 2, eine Abgasöffnung 3 und eine Ansaugöffnung 4 angebracht sind. Im Gehäuse 1 ist der Rotor 5 mit zwei Zahnkränzen 14 angebracht. Auf diesem Rotor 5 sind die Segmente 9 beidseitig jeder einzelnen Arbeitskammer 11 der Zylinder 6 angebracht, welche zur Abdichtung derer dienen. Die Teile der Zylinder 6, welche im Rotor 5 beweglich erfasst sind, sind von der Außenseite kugelförmig, was die Funktion eines Kugelgelenkes erfüllt.
Die Zylinder 6 sind radial beweglich und orbital übergängig und gleiten an den mit kleineren Kolben 13 (Expandern) ausgerüsteten Kolben 8, welche ihrerseits mit den Segmenten 9 abgedichtet sind. Die Kolben 8 sind unabhängig voneinander beweglich, wie auf Fig. 2 gezeigt, axial montiert. Die Kolben 8/I und 8/Il I lagern im Gehäuse 1 und der Kolben 8/Il lagert zwischen und in Kolben 8/ und S/l 11. Die Lagerung der Kolbengruppe 8/I+II+III ist vom Zentrum C des Rotors 5 in Punkt B versetzt (versetztes Zentrum B, durchschnitten von der Achse 10). Die Kolben 8 sind gegenüber dem Zentrum B axial unbeweglich und orbital nicht übergängig. An den Zahnkränzen 14 an den beiden Seiten eines jeden Rotors 5 sind Zahnradgetriebe 15a verzahnt, und von den Endgehäusen R1 und R3 (siehe Fig. 7), gehen Ausgangswellen 15 aus. Die Bewegung geht von der Peripherie des Rotors 5 und nicht von seinem Zentrum aus. Durch den Durchmesser der Kolben 8, den Durchmesser des Rotors 5 und die vom Zentrum C des Rotors 5 versetzte Achse 10 werden die Volumen der Arbeitskammern 11 und die Leistung des Motors bestimmt.
Der obere Totpunkt eines jeden Kolbens wird im Bereich erreicht, wo das Ausstoßen der Abgase anfängt (Fig. 1). Die gerade Linie, welche durch das Zentrum C des Rotors und durch das versetzte Zentrum B geht, zeigt genau diesen Bereich. Die Verbrennungskammer 17 befindet sich in einem Winkelabstand von 30°, genau von dieser geraden Linie vor der Abgasöffnung. Bei der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Verbrennungskammer 17 hat der Kolben 8 noch nicht ganz den oberen Totpunkt erreicht.
Die im Rotor 5 kugelförmig beweglich erfassten Zylinder 6) wirken wie Ausgleichsarme (Winkelkompensatoren), welche die verwinkelten Übergänge zu den verschiedenen orbitalen Positionen, die durch das versetzte Zentrum B und die Kreisform des Rotors 5 bestimmt sind, kompensieren. In der Arbeitskammer 11 eines jeden Zylinders 6 ist konstruktiv ein kleinerer Kolben 13 vorgegeben, durch welchen die verschiedenen Belastungsmomente bei den unterschiedlich vorgegebenen Leistungen bis zum Zeitpunkt des Ausstoßens der Abgase kompensiert werden. Dieser kleinere Kolben 13 übt keinen Einfluss auf die in der Arbeitskammer 11 gebildete Indikatorspannung (Druck) aus. Die Bewegung wird durch Druck auf den Rotor 5 in seine Bewegungsrichtung tangential weitergegeben. Diese Bewegungsrichtung ist durch die Konstruktion der Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 und von der vom Zentrum C des Rotors 5 versetzten Kolbengruppe, welche im Gehäuse 1 Fig. 2 (Achse 10) lagert, vorgegeben.
Mit Änderung der Position des versetzten Zentrums B von Punkt B zu einem anderen Punkt (das kann automatisch gesteuert werden) wird der Zylinderlauf (Arbeitsvolumen) verändert, und infolgedessen kann die Leistung des Motors während seines Arbeitslaufs verändert werden. Wie auf Fig. 1 und 9 zu sehen ist, kann der Abstand von der Verbrennungskammer 17 bis zur Ablassöffnung 3, welcher Bogen € darstellt, im Sektor Y verändert werden, dieses Verstellen beeinflusst und bestimmt den Arbeitsprozess (A = F cosφ) und den Anfangsmoment des Ausstoßens der Abgase. Im Sektor (r max.) ist die Ansaugöffnung 4 so konstruktiv vorgegeben, dass durch derer wählbarer Positionierung im Sektor X der Anfangsmoment des Ansaugens des Kraftstoff-Luft-Gemisches verändert werden kann.
A = F cos φ φ = ω t
F = φ t I = r φ
A = Arbeit
F = Kraft ω = Winkelgeschwindigkeit φ = Drehwinkel t = Zeit
I = der Bogen (Weg) von der Verbrennungskammer 17 bis zur Ablassöffnung 3
Z = Übertragungszahl
Mit einem konstanten Volumen der Arbeitskammer 11 während des Arbeitsprozesses H wird durch diese Erfindung mit einer wesentlich kleineren Kraftstoffmenge der gewünschte Indikatordruck erreicht, der der vorgegebenen Kraft F entspricht, welche auf den Drehwinkel φ für eine bestimmte Zeit t wirkt.
Die Funktion des Motors wird nach dem Einschalten des Starters und dem Drehen des Rotors 5 realisiert. Infolge der konstruktiven Unterschiede in der Entfernung von der Peripherie des Rotors 5 bis zur vom Zentrum C versetzten Achse 10 verändern die Zylinder 6 das Volumen der Arbeitskammern 11 und in Abhängigkeit von ihren Berührungspunkten werden die fünf Arbeitsprozesse (siehe Fig. 10) in einer Umdrehung des Rotors 5 vollzogen. Bei dem Zündungsprozess bei Position des Kolbens (8/I, siehe Fig. 1 ), treffen die Arbeitskammer 11 und die Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 aufeinander. In diesem Moment ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Arbeitskammer 11 maximal gepresst. Bei dem Zusammentreffen mit der Verbrennungskammer 17 wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch in diese eingepresst und sofort gezündet. Nach der Zündung wirkt die entstandene Kraft F auf den Kolbenboden 8/I1 respektive auf den Rotor 5. Infolgedessen verteilt sich die Kraft F tangential auf den Rotor 5 in seine Bewegungsrichtung und wirkt bis zum Moment des Ausstoßens der Abgase durch die verstellbare Ablassöffnung 3. Die Arbeitskammern 11 im Rotor 5 sind in einem Winkelabstand von 120° von einander positioniert. Dadurch erfolgt für eine Umdrehung des Rotors 5 der Zündungsprozess dreimal (im Winkelabstand von 120°). Dieser Vorgang erfolgt in jedem der drei Gehäusen 1/R1 , R2, R3 des Motors separat.
Wie am Anfang erwähnt (siehe Fig. 6), besteht der komplette Motor aus drei oder mehr Gehäusen 1/ R1 , R2, R3, welche miteinander durch Zahnradgetriebe 15a verzahnt sind und synchron arbeiten. Die Kolbengruppe 8 eines jeden nachfolgenden Gehäuses 1 ist im Vergleich mit der vorherigen bei einem bestimmten Winkel, der proportional der Zahl der Gehäuse 1 im Motor entspricht, versetzt. Bei drei Gehäusen 1 wird jede nachfolgende Kolbengruppe 8 um 40°, gegenüber der Vorherigen, versetzt positioniert. Die Kombination aus verschiedenen Gehäuse-Durchmessergrößen im Motor erlaubt unterschiedliche Leistungswerte pro einzelnem Rotor 5 zu erreichen. Die so vorgegebene Konstruktion gibt je nach Bedarf und Situation die Möglichkeit, die Zahl der Gehäuse 1 , welche am Arbeitsbetrieb des Motors teilnehmen, automatisch auszuwählen. Infolgedessen erreicht man einen geringeren Kraftstoff- Verbrauch. Bei hohem Leistungsbedarf beteiligen sich alle Gehäuse 1 , R1 , R2, R3 an dem Arbeitsbetrieb des Motors.
Im Sektor vom maximalen Radius (r max., siehe Fig. 8), durch den ringförmigen Kolben 16 erfolgt das Luftansaugen und im Sektor vom minimalen Radius (r min., siehe Fig. 9), das Lufteinpressen. Durch Kanäle in den Zylindern 6 und im Rotor 5, bei bestimmten Berührungspunkten, übereinstimmend mit solchen Kanälen im Gehäuse 1 , geht die Luft zu den Zonen ein, in welchen sie zusätzliche Abkühlung vollzieht. Die eingepresste Luft kühlt Kerzen 2 und Verbrennungskammer 17 im Gehäuse 1 ab und unterstützt den Ausstoß der Abgase. Die radial in den Zylindern 6 angeordneten ringförmigen Kolben 16 bilden einen Kompressor. Bei Bedarf kann die Luft für zusätzliches Einpressen des Kraftstoff-Luft-Gemisches genutzt (eingesetzt) werden.
Im Stillstand hat der Rotor 5 eine bestimmte konstruktive Masse, welche insgesamt einen kleineren Wert hat als bei Rotation. Der Raum von der Innen- seite des Rotors 5 wird einmalig mit Öl befüllt. In Folge der Rotation entstehen Zentrifugalkräfte, welche das Öl auf die Innenwand des Rotors 5 verteilen.
Der Rotor 5 hat eine konstruktiv vorgegebene Relief-Form der Innenwand. Diese bewirkt das Zerstäuben des Öls zurück in den inneren Raum des Motors. In Folge dessen entsteht ein neuer, größerer Wert der Masse des Rotors 5 bei Rotation. Das erlaubt ein niedriger Energieverbrauch bei Motorstart und ein höheres Rotationsmoment während des Arbeitsbetriebs des Motors.
Die Erfindung gehört zu den Verbrennungsmotoren vom Rotor-Kolben-Typ und kann im Automobil-, Flugzeug- und Schiffsbau, für Krafträder, Generatoren, Pumpen sowie zum Antrieb verschiedener Getriebe und Mechanismen verwendet werden.
Nach dem Anlassen des Rotor-Kolben-Motors wird der Rotor 5 in eine rechte Drehbewegung versetzt, wobei das Volumen der Arbeitskammer 11 während des Arbeitsprozesses (Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches in Verbrennungskammer 17) konstant bleibt. Der Kolben 8 vollzieht in diesem Moment keine rücklaufende Bewegung. Die Kolben 8 dienen nur dazu, Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Zylindern 6 anzusaugen, und in die Verbrennungskammer 17 einzupressen und Abgase auszustoßen. Jeder einzelne Kolben 8 von denen lagert unabhängig voneinander. Die ganze Kolbengruppe rotiert um die Achse 10, welche vom Zentrum C versetzt ist.
Die Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches geschieht außerhalb der Arbeitskammern 11 nämlich in der Verbrennungskammer 17. In diesem Moment bildet der Kolben 8, welcher das Kraftstoff-Luft-Gemisch in die Verbrennungskammer 17 eingepresst hat, einen Winkel von 70° zum Rotor. Die bei der Detonation entstandene Kraft F wird direkt tangential durch Druck auf den Rotor 5 verteilt. Der Kolben 8 wird nicht in Rückbewegung in Folge der Detonation versetzt, so wie von der Fig. 1 und 3 ersichtlich. Jeder einzelne Kolben 8 weist einen kleineren Kolben 13 auf, welcher einen Teil der Detonationskraft F im ersten Moment auffängt und ermöglicht dadurch, eine Ausbalancierung (Kompensierung) der unterschiedlich starken Detonationen bei einer Änderung der Position von Ausstoßöffnung 3 oder Ansaugöffnung 4 oder des Zentrums B. Er schützt Verbrennungskammer 17 und auch Gehäuse 1 somit vor Überbelastung.
Der Rotor-Kolben-Verbrennungsmotor besteht aus 3 Rotoren 5 und 3 Kolbengruppen 8/1, 8/II, S/i 11 mit den dazugehörenden Zylindern 6, insgesamt 9 Kolben 8. Jeder Kolben 8 ist so gegenüber dem anderen konstruktiv vorgegeben positioniert, dass zwischen ihnen ein Winkel von 40° besteht. Das bedeutet, dass beim Anlassen des Motors, Zündung in Intervallen von 40° vollzogen wird. Dieser Winkelabstand wird bei einer eventuellen Ausführung des Motors mit 4 Rotoren 5 dementsprechend proportional auf 30° reduziert werden. (Zum Beispiel: Bei 5 Rotoren 5 auf 24°)
Bei einem niedrigen Drehlaufmoment des Motors werden hohe Umdrehungen an der Ausgangswelle 15, welche direkt mit dem Rotor 5 an seiner Peripherie verzahnt ist, erreicht und das ohne komplizierte Ausführungen, wie zum Beispiel Untersetzungsgetriebe.
Abschließend ist festzustellen, dass durch die Erfindung ein Rotor-Kolben- Verbrennungsmotor entwickelt worden ist, welcher im Vergleich zum Wankel-Motor keine ellipsoide Bewegung ausführt und konstruktive Vorteile aufweist. Optimales Abdichten der Arbeitskammer 11 ; niedriger Energieverbrauch bei Motorstart; leichter im Gewicht und leistungsfähiger im Betrieb; kleine Motorgröße; guter dynamischer Abgleich; sparsam; nach Bedarf automatische nutzerorientierte Regelung der Motorleistung, daher je nach Situation wählbarer Kraftstoffverbrauch, fähig Kraftstoffe mit höherem Detonationspunkt, wie Wasserstoff, zu verbrennen.

Claims

Ansprüche
1. Verbrennungsmotor mit einem um eine mittlere Achse (C) in einem Gehäuse (1) drehbar gelagerten Rotor (5), in dem in derselben Ebene Zylinder (6) angeordnet sind, in denen Kolben (8) einliegen, deren inneres Ende an einer exzentrisch angeordneten Achse (B) angelenkt sind,
dadurc h gekennzeichnet,
- dass die Zylinder (6) jeweils mit ihren äußeren Enden drehbar im äußeren Rand des Rotors (5) gelagert sind,
- dass die Zylinder (6) im Außenmantel des Rotors (5) münden,
- dass im Gehäuse (1) mindestens eine Verbrennungskammer (17) angeordnet ist, deren inneres Ende in der inneren Gehäusewand mündet, die den Außenmantel des Rotors (5) umgibt, und
- dass die Verbrennungskammer (17) in einem Winkel (α) von 45 bis 90 Grad insbesondere von 70 bis 85 Grad zum Radius des Rotors (5) angeordnet ist.
2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Zylinder (6) mit Kolben (8) im Rotor (5) voneinander in einem Winkelabstand von jeweils 120 Grad angeordnet sind.
3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Drehrichtung des Rotors (5) hinter der Verbrennungskammer (17) eine Abgasöffnung (3) und dahinter die Ansaugöffnung (4) im Motorengehäuse (1 ) angeordnet ist.
4. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Rotor (5) eine Innenverzahnung aufweist, in die ein Abtriebsritzel (15) eingreift.
5. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Außenwand des Rotors (5) Erhebungen und/oder Vertiefungen für das in der Verbrennungskammer (17) sich ausdehnende Gas aufweist.
6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 5, dadu rch gekennzeichnet, dass eine Vertiefung vom Ausgang des Zylinders (6) gebildet ist.
7. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der zylindrischen Außenwand des Rotors (5) angeordnete, zum Innenraum (11) des Zylinders (6) führende Durchlassöffnung eine Innenwandfläche aufweist für das in der Verbrennungskammer (17) sich ausdehnende Gas.
8. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rotor (5), Zylinder (6), Kolben (8) und Verbrennungskammer (17) in einer ringförmigen Gehäusescheibe (1) angeordnet sind.
9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr scheibenförmige Gehäuse (1) einen Motor bilden.
10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei drei Gehäusescheiben (1) die Verbrennungskammer (17) einer Gehäusescheibe (1) um insbesondere 40 Grad versetzt gegenüber der Verbrennungskammer einer benachbarten Gehäusescheibe (1) ist.
11. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche mit drei oder mehr Gehäusen (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (1) flüssigkeitsgekühlt sind, kreisförmige Rotoren (5) mit einem gleichen Durchmesser, sowie radial-bewegliche, orbital-übergängige um Zentren (7) in Rotoren (5) schwenkende und an den Kolben (8) gleitende Zylinder (6) aufweisen.
12. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (8) radial-unbeweglich, orbital nicht übergängig sind und voneinander unabhängig, um die vom Zentrum (C) versetzte Achse (10) schwingen.
13. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile der Zylinder (6), welche im Rotor (5) beweglich erfasst sind, von der Außenseite kugelförmig sind und die Funktion eines Kugelgelenkes aufweisen.
14. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder (6) zusammen mit den Kolben (8) von einander unabhängige Winkelkompensatoren sind, welche die winkeligen Übergänge zu den verschiedenen von der Rundform des Rotors (5) und sein versetztes Zentrum (B) vorbestimmten orbitalen Positionen kompensieren.
15. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (8) voneinander unabhängig gelagert sind.
16. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Kolben (8) einen im Kolbenkopf axial insbesondere koaxial gleitenden insbesondere federbelasteten kleineren Kolben (13) aufweist als Kompensator der Dynamik während des Arbeitsprozesses.
17. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen und der Kompressionsgrad der Arbeitskammern (11) durch wählbare Positionierung des versetzten Zentrums
(B) gegenüber dem Zentrum (C) veränderbar ist.
18. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogen €, welcher den Abstand von der Verbrennungskammer (17) bis zur Abgasöffnung (3) darstellt, im Sektor (Y) regelbar ist, was die Größe der Arbeit A, entstanden in der Folge der Wirkung der Detonationskraft F auf den Rotor (5) für einen bestimmten Drehwinkel φ, bestimmt.
19. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Umdrehung eines jeden Rotors (5) im Motor die fünf Prozesse Ansaugen (N), Einpressen (M), Arbeit (H), Ausstoß der Abgase (E) und Vakuumentstehung ablaufen.
20. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugöffnung (4) und die Abgasöffnung (3) konstruktiv so vorgegeben sind, dass durch deren wählbarer Positionierung der Anfangsmoment des Ansaugens des Kraftstoff- Luft-Gemisches im ersten Sektor ( X ) und des Ausstoßens der Abgase im zweiten Sektor ( Y ) sowie auch die Zeitdauer dieser Prozesse veränderbar ist.
21. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuse (1 ) Rotoren (5) aufweisen, welche je zwei Zahnkränze (14) besitzen, mit welchen Zahnradgetriebe (15) antreibbar sind, die mit den nachfolgenden parallel angeordneten Rotoren (5) verzahnt sind.
22. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Rotor (5) in den Endgehäusen (1 , R1 und R3) Zahnkränze (14) aufweist, an denen die Ausgangswellen (15) eins zu Übertragungszahl (Z), verzahnt sind.
23. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung durch Zahnradgetriebe (15a ) und Ausgangswellen (15) von der Peripherie des Rotors (5) und nicht von seinem Zentrum (C) ausgeht.
24. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammern (11) eines jeden Rotors (5) bei einem Winkelabstand von 120° von einander positioniert sind, so dass in jedem nachfolgenden Rotor (5) im Motor die Kolbengruppe ( 8 ) bei bestimmtem Winkel, der von der Zahl der eingesetzten Rotoren (5) abhängig ist, verglichen mit der vorherigen, versetzt ist.
25. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl der Gehäuse (1 ) im Motor die Häufigkeit der Arbeitsprozesse für eine Umdrehung bestimmt.
26. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Gehäuse (1 ), samt dazugehörigem Rotor (5), einen unterschiedlichen Durchmesser aufweist, was einen bei Bedarf wählbaren Kraftstoff-Verbrauch sowie auch Leistung in einem kompletten Motor erlaubt.
27. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öleinfüllung vorgesehen ist, so dass der Rotor (5) bei Stillstand eine kleinere Masse als bei seiner Rotation hat, infolge von der Rotation verursachten Ölzerstäubung auf die Innenseite des Rotors (5).
28. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Rotors ( 5 ) zwischen den Zahnkränzen ( 14 ) ein konstruktiv vorgegebenes Relief hat, welches das Zerstäuben des Öls zurück in den Motorraum erlaubt.
29. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Arbeitskammer (11) eines jeden Rotors (5) nach dem Arbeitsprozess Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches bis zum nächsten Arbeitsprozess Zündung eine volle Umdrehung vollzieht, so dass sie sich ausreichend abkühlen kann, was diese Arbeitskammern (11) auch für die Verbrennung von Kraftstoffen mit höherem Detonationspunkt befähigt.
30. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch mit zu jedem Kolben (8) parallel angeordneten in den Zylindern ( 6 ) angebrachten, Kompressor bildenden ringförmigen Kolben (16) und ringförmigen Kammern (18), von welchen Kammern (18) durch Zylinder (6) und durch Rotor (5) Luftkanäle führen, welche sich bei einem bestimmten Drehwinkel mit Luftkanälen im Gehäuse (1) verbinden, wobei die Luft zu den Zonen dort verteilt wird, wo zusätzliche Abkühlung der Verbrennungskammer (17) und zusätzliches Einpressen des Kraftstoff-Luft -Gemisches notwendig ist.
31. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die exzentrisch angeordnete Achse (B) die Zylinder (6) sich gegenüber den Kolben (8) in ihrer Achsrichtung bewegen.
32. Verbrennungsmotor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben in ihrer Axialrichtung unbeweglich sind und auf den Kolben die Zylinder in ihrer Axialrichtung auf- und abgleiten.
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