DE4112058C2 - Rotationskolbenverbrennungsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationskolben­ verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Rotationskolbenmotor soll als Verbrennungsmotor ausgestaltet sein, wobei ein 4-Takt-Verfahren zwei Mal pro Kolbenumlauf im ringförmigen Arbeitsraum abläuft.

Ein Verbrennungsmotor der vorgenannten Art ist bereits aus der US-PS 15 62 299 vorbekannt. Der Aufbau besteht aus einem Zylinder mit drei innenlaufenden Kolben, wobei das Ansaugen, das Verdichten und das Austreiben der Gase im Zylinder geschieht, während die Verbrennung im Kolben abläuft. Dieser Vorgang wiederholt sich zwei Mal pro Kolben und Umdrehung. Demnach ist dieser Zylinder in vier Zonen eingeteilt, zwei kleine Verdichtungsräume und zwei große Arbeitsräume.

Das Austreiben des eingeschlossenen Gases aus dem Kolben geschieht dort durch am Rückteil der Kolben angebrachte Schieber. Das heißt, es gibt eine Einlaßöffnung mit Ventil und eine Austrittsöffnung mit Schieber für das eingeschlossene verdichtete Gas. Die Schieber, durch mechanische Führungsschienen gesteuert, bewegen sich zwei Mal pro Umdrehung auf und ab zum Öffnen und Schließen des Kolbens.

Drehzahlbegrenzend ist dabei, daß der Schieber am Rückteil des Kolbens sich zwei Mal pro Kolbenumlauf ruckartig auf- und abbewegen muß. Ebenso ist zu erwarten, daß die Führungsschiene, die den Schieber steuert, sich an den Übergängen von den Arbeitsräumen zu den Verdichtungsräumen bzw. von den Verdichtungsräumen zu den Arbeitsräumen abnützt.

Weiterhin ist durch die US-PS 19 97 119 ein Verbrennungs­ motor vorbekannt, bei dem zwei parallele Zylinder mit je zwei Kolben angeordnet sind. Die Unterteilung des Zylinders erfolgt durch zwei Trennscheiben, die wiederum in zwei Teilstücke getrennt sind. Dabei werden diese Teilstücke axial bewegt. Der Ansaug- und Verdichtungsvorgang erfolgt im Zylinder, anschließend verläßt die verdichtete Luft (nur Luft möglich) den Zylinder und strömt in einen externen Tank. Dort wird die Luft mit Benzin gemischt und in eine ebenfalls außenstehende Verbrennungskammer geführt. Nach der Zündung in dieser außenstehenden Verbrennungs­ kammer geschieht das Austreiben der Gase wiederum in den Zylinder.

Die Trennscheiben werden über Hebel und Noppen ruckartig bewegt und sind daher störungsanfällig und drehzahlbegrenzend.

Zusätzlich gehen aus der US-PS 29 44 533 Verbrennungs­ motoren als bekannt hervor. Eine erste Bauform weist einen Zylinder mit zwei Kolben auf, wobei der Zylinder in zwei Zonen unterteilt ist. In beiden Zonen finden gleiche, synchrone Abläufe statt. Im Zylinder selbst erfolgt kein Ansaugen, kein Verdichten und nur teilweise eine Verbrennung, lediglich ein Austreiben der Gase. Anstelle des Ansaugens und Verdichtens wird Druckluft in einem äußeren System erzeugt und über Einlaßventile in den Zylinder gepreßt. Der anschließende Verbrennungsvorgang erfolgt teils in einer Vorkammer, teils im Zylinder. Drehzahlbegrenzend ist dabei das Einlaßventil mit seiner Auf- und Abbewegung ebenso wie die Zylindertrennscheibe wegen ihrer ruckartigen Bewegung.

Bei einer zweiten Bauform geschieht das Ansaugen und Verdichten im Zylinder, danach jedoch ein Speichern und Verbrennen des Gases außerhalb des Zylinders, anschließend das Austreiben der Gase wieder im Zylinder. Durch die Ein- und Auslaßöffnungen ist die Verdichtungsstrecke auf nur 1/4 des Zylinders begrenzt. Die Trennscheibe hat nur eine Öffnung für den Kolben und einen Schlitz für eine Tragscheibe der Kolben. Sie muß demnach eine exakte Stellung einnehmen bei Kolbeneintritt, sich anschließend blitzartig um 180 Grad drehen, um den Kolben und die Tragscheibe wieder auszulassen. Dies begrenzt die Umlaufgeschwindigkeit des Kolbens enorm und unterliegt gleichzeitig einem hohen Verschleiß.

Die DE-PS 1 38 394 zeigt eine Antriebsmaschine, die einen von außen erzeugten Dampf ausnützt, um thermische Energie in mechanische Drehenergie umzusetzen. In dem mit einem Kolben und einer Trennscheibe versehenen Zylinder findet kein Ansaugen, kein Verdichten, kein Verbrennen und nur ein Austreiben statt. Der Dampfzutritt wird dort über die Zylindertrennscheibe gesteuert, während Auslässe in der Gehäusewand des ringförmigen Arbeitsraumes angeordnet sind.

Ein anderer Antriebsmotor ist durch die US-PS 13 32 468 bekannt. Dort wird ebenfalls eine von außen erzeugte Energie, wie z. B. Dampf oder Gas, in mechanische Dreh­ energie umgesetzt. Dies geschieht in zwei Zylindern, die mit je zwei Kolben und zwei Trennscheiben ausgestattet sind. Ein Kompressor ist dabei zugeschaltet. In dem Zylinder findet kein Verdichten statt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ver­ brennungsmotor nach dem Rotationskolbenprinzip zu schaffen, der zum einen alle Arbeitsabläufe eines 4-Takt- Verfahrens innerhalb des ringförmigen Arbeitsraumes ablaufen läßt, und zum anderen nur rund und synchron laufende Teile beinhaltet und deshalb höhere Drehzahlen ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei wird der ringförmige Arbeitsraum durch zwei Kolben mit deren innenliegenden kugelförmigen Hohlkörpern und zwei Trennscheibenanordnungen in vier Arbeitskammern aufgeteilt, wobei in den Arbeitskammern bei jeder Umdrehung der Antriebswelle zweifach die Arbeitstakte eines 4-Takt-Verfahrens ablaufen. Die Trennscheiben­ anordnungen werden jeweils durch zwei Trennscheiben mit Durchlaßöffnungen unterschiedlicher Größe gebildet, wobei sich die Trennscheiben mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen. Eine derartige Anordnung der beschriebenen Elemente beinhaltet ein rund- und gleichlaufendes, in sich geschlossenes, reibungs- und verschleißarmes System. Diese Konstruktion erlaubt bei hohem Wirkungsgrad höchste Drehzahlen, selbst bei Anwendung verschiedener Kraftstoffarten.

Es folgen die Erläuterungen der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und Wirkungsweise.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellten charakteristischen Merkmale des Rotationskolbenverbrennungsmotors umfassen einen ringförmigen Arbeitsraum 1, zwei umlaufende Kolben 2/2a mit ihren Öffnungen 8c/8d/8a/8b, wobei die Kolben 2/2a kugelförmige Hohlkörper 9/9a enthalten, sowie zwei Trennscheibenanordnungen 3/3a mit deren dazugehörigen Trennscheiben 3b/3c/3e/3d.

Der ringförmige Arbeitsraum 1 teilt sich durch die Kolben 2/2a und die Trennscheibenanordnungen 3/3a in vier Arbeitskammern A1/A2/A3/A4 auf, die zusammen die Arbeitstakte eines 4-Takt-Verfahrens darstellen. Dabei verdeutlicht A1 den Verbrennungsraum, A2 den Abgasraum, A3 den Ansaugraum und A4 den Verdichtungsraum.

Beim Ablauf der Arbeitstakte des 4-Takt-Verfahrens übernehmen die Kolben 2/2a die Aufgabe, die freigesetzte Energie über die ringförmige Betriebsplatte 2b und das Kraftübertragungselement 6 auf die Antriebswelle 7 zu übertragen.

Bei einem vollständigen Umlauf eines Kolbens erfolgt das 4- Takt-Verfahren einmal. Dabei geschieht das Ansaugen der Gase über die Einlaßöffnung 5 in den Arbeitsraum A3 durch die Sogwirkung des Kolbens 2 oder 2a. Der Arbeitsraum A3 ist bis auf die Einlaßöffnung 5 geschlossen durch die Absperrung über die Trennscheibenanordnung 3a und den Kolben 2 oder 2a. Gleichzeitig erfolgt das Verdichten des Gases im Arbeitsraum A4 durch den Vorlauf des Kolbens 2 oder 2a in Richtung der geschlossenen Trennscheibenanordnung 3. Während dieses Vorgangs dreht sich der im Kolben 2 oder 2a befindliche Hohlkörper 9 oder 9a mit seiner nach vorne gerichteten Öffnung 9b oder 9c um eine radiale Achse.

Direkt vor der Trennscheibenanordnung 3 hat sich der kugelförmige Hohlkörper 9 oder 9a im Kolben 2 oder 2a soweit radial gedreht, daß die verdichteten Gase im Kolben 2 oder 2a eingeschlossen sind. Während des Ansaug- und Verdichtungsvorgangs haben sich die Trennscheiben 3b und 3c in der Trennscheibenanordnung 3 soweit axial gedreht, daß der Kolben 2 oder 2a durch die Durchlaßöffnung der Trennscheiben 3b und 3c treten kann. Nach Passieren des Kolbens 2 oder 2a durch die Trennscheibenanordnung 3 schließen die Trennscheiben 3b und 3c durch ihre kontinuierlich axiale Drehung die Arbeitsräume A1 und A4 wieder ab. In der Zwischenzeit hat sich der kugelförmige Hohlkörper 9 oder 9a wieder soweit radial weitergedreht, daß die zuvor verdichteten und eingeschlossenen Gase jetzt über die Öffnung 9b oder 9c in den Arbeitsraum A1 austreten können. Dabei erfolgt auch die Entzündung der Gase. Durch die dabei ausgelöste Explosion wird der Kolben 2 oder 2a in Richtung der Trennscheibenanordnung 3a beschleunigt. Mit dieser Rotationsbewegung des Kolbens 2 oder 2a werden die in dem Arbeitsraum A2 befindlichen Abgase über die Auslaßöffnung 4 ausgetrieben. Bei dem Bewegungsvorgang des Kolbens 2 oder 2a in Richtung Trennscheibenanordnung 3a dreht sich der kugelförmige Hohlkörper 9 oder 9a kontinuierlich in radialer Richtung soweit, daß er seine Öffnung 9b oder 9c beim Durchlaufen der Trennscheiben­ anordnung 3a nach vorne freigibt zum erneuten Aufnehmen der Gase. Während des Verbrennungs- bzw. des Austreibungs­ vorganges in dem Arbeitsraum A1 bzw. A2 haben sich die Trennscheiben 3e und 3d in der Trennscheibenanordnung 3a soweit axial gedreht, daß der Kolben 2 oder 2a durch die Durchlaßöffnung der Trennscheiben 3e/3d treten kann.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Kolbens 2/2a mit seinen Öffnungen 8a/8b bzw. 8d/8c, die ringförmige Betriebsplatte 2b, das Kraftübertragungselement 6, sowie die Antriebsachse 9d für den kugelförmigen Hohlkörper.

In Fig. 3 sind die kugelförmigen Hohlkörper 9/9a schematisch dargestellt. Sie sind bestimmt durch die Öffnung 9b/9c und die Antriebsachse 9d.

Die Fig. 4 und 5 zeigen den unterschiedlichen Aufbau der Trennscheiben 3c/3e und 3b/3d. Beide sind in der Trennscheibenanordnung 3/3a untergebracht und bewirken in ihrem Zusammenspiel den Abschluß der Arbeitsräume A1/A4 bzw. A2/A3 und den Durchlaß des Kolbens 2/2a im ringförmigen Arbeitsraum 1. Dabei drehen sich die Trennscheiben 3b und 3d schneller und haben gleichzeitig größere Durchlaßöffnungen 3f/3h als die Trennscheiben 3c/3e mit deren Durchlaßöffnung 3g/3i. Dadurch wird erreicht, daß die Trennscheiben blendenartig öffnen und schließen. Um diesen blendenartigen Aufbau zu erreichen, können beliebig viele Trennscheiben herangezogen werden. Die Bezeichnung 3h/3l/3n/3m kennzeichnen die Antriebsachsen der Trennscheiben 3c/3e/3b/3d, die Bezeichnung 3o/3p stehen für den Durchlaß von Achsen zum Antrieb weiterer Trennscheiben.

Fig. 6 veranschaulicht den Aufbau des ringförmigen Arbeitsraumes 1 mit der ringförmigen Betriebsplatte 2b und dem Kraftübertragungselement 6. Der ringförmige Arbeitsraum 1 und die ringförmige Betriebsplatte 2b sind an der Stelle 2c überlappt, so daß sich die ringförmige Betriebsplatte 2b im ringförmigen Arbeitsraum 1 in Pfeilrichtung drehen kann.

Claims (3)

1. Rotationskolbenverbrennungsmotor mit einem ringförmigen Arbeitsraum mit Einlaß- und Auslaßöffnungen, mit in dem ringförmigen Arbeitsraum umlaufenden Kolben, die einen Hohlraum und an gegenüberliegenden Stirnseiten verschließ­ bare Öffnungen aufweisen und die mit einer Antriebswelle fest verbunden sind, sowie mit von der Antriebswelle drehbar angetriebenen Trennscheiben, die in den ring­ förmigen Arbeitsraum radial hineinragen und Auslaß­ öffnungen für die Kolben aufweisen, wobei die Trennscheiben den Arbeitsraum absperren oder für den Kolbendurchlaß öffnen, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kolben (2, 2a) kugelförmige Hohlkörper (9, 9a) mit je einer Öffnung (9b, 9c) um eine radiale Achse (9d) drehbar angeordnet sind und daß sich die kugelförmigen Hohlkörper (9, 9a) mit der Drehzahl der Antriebswelle (7) drehen, wobei ihre Öffnung (9b, 9c) die Öffnungen (8a, 8b; 8c, 8d) der Kolben (2, 2a) jeweils im Bereich der Trennscheiben (3b, 3c; 3d, 3e) freigibt oder verschließt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Arbeitsraum (1) durch zwei Kolben (2, 2a) und zwei Trennscheibenanordnungen (3b, 3c; 3d, 3e) in vier Arbeitskammern (A1, A2, A3, A4) aufgeteilt wird, wobei in den Arbeitskammern (A1, A2, A3, A4) bei jeder Umdrehung der Antriebswelle (7) zweifach die Arbeitstakte eines 4-Takt- Verfahrens ablaufen.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Trennscheibenanordnungen durch jeweils zwei Trennscheiben (3b, 3c und 3d, 3e) mit Durchlaßöffnungen (3g, 3i; 3f, 3h) unterschiedlicher Größe gebildet wird, wobei sich die Trennscheiben mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen.