DE3433261C2

DE3433261C2 -

Info

Publication number: DE3433261C2
Application number: DE3433261A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Wirtsch.-Ing. 6101 Bickenbach De Eisele
Original assignee: Individual
Current assignee: EISELE, MARTIN, DIPL.-WIRTSCH.-ING., 6102 PFUNGSTA
Priority date: 1984-09-11
Filing date: 1984-09-11
Publication date: 1989-04-20
Also published as: DE3433261A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rotationskolben-Brennkraftmaschinen mit drehbarem äußeren Rotor, der ggf. einem rotierenden Motorgehäuse gleichkommt, sind in der Literatur, im Gegensatz zu den Rotationskolben- Brennkraftmaschinen mit feststehendem äußeren Gehäuse und rotierendem inneren Rotor, äußerst selten zu finden.

Das liegt an der Ansicht, daß eine Rotationskolben-Brennkraft maschine mit feststehendem Gehäuse im Aufbau vermeintlich einfacher und damit wirtschaftlicher sei.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß keine Rotations kolben-Brennkraftmaschine einschließlich der Wankelmotoren, einem Vergleich mit den konventionellen Hubkolbenmotoren in bezug auf Dauereinsatz und Wirtschaftlichkeit standhalten konnte. Der Hauptgrund liegt bekanntlich in der Kühlungs-, Schmierungs- und Dichtungsproblematik der Rotationskolben- Brennkraftmaschinen, ein Problem, das leider bisher noch nicht gelöst werden konnte. Dennoch wird ständig versucht, neue Rotationskolben-Brennkraftmaschinen zu entwickeln aus der grund legenden Erkenntnis heraus, daß nur in einer Richtung bewegte Massen einen geringeren Energiebedarf haben als Massen, die eine ständige Richtungsänderung erfahren, wie beispielsweise die Pleuel mit Kolben im Hubkolbenmotor. Dabei wird nicht verkannt, daß auch Rotationskolben-Brennkraftmaschinen oszillierende Massen wie Schieber, Ventile und dergleichen aufweisen können. Diese Massen sind weit geringer und ihre Beschleunigung sehr klein, entsprechend der in einer Richtung zu bewältigenden kleineren Strecke, als die der Pleuel und Kolben eines Hubkolbenmotors, so daß dadurch der zusätz liche, relativ kleine Energiebedarf unberücksichtigt bleiben kann.

Es ist bereits seit dem Jahr 1921 durch die DE-PS 3 33 550 ein Motor mit feststehender Verbrennungskammer und drehbarem Gehäuse bekannt, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die feststehende Trommel die Verbrennungskammer umschließt, und daß die in der Kammer entzündeten Gase durch eine Düse gegen die Schieber drücken, welche in dem um die Trommel sich drehenden Gehäuse angeordnet sind.

Dieser Motor hat gegenüber dem sogenannten "Innenläufer" den Vorteil eines größeren Drehmoments, da der Gasdruck weit ab vom Drehpunkt an dem Widerlagerschieber des drehenden Gehäuses, d. h. an einem großen Hebelarm angreift.

Nachteilig zeichnet sich dagegen die zu der Expansionskammer relativ große Verbrennungskammer aus. Das widerspricht dem Erkenntnisstand des heutigen Verbrennungsmotorenbaus, der eine kleine Kompressionskammer und eine relativ große Expan sionskammer fordert, um einen hohen Wirkungsgrad der Verbren nung zu erreichen.

Durch die US-PS 36 82 143 ist weiterhin eine Rotationskolben- Brennkraftmaschine bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen einem elliptischen Stator und einem, in einem bestimmten Abstand parallel verlaufenden Gehäuse sich ein kreisförmiger Rotor mit gelagerten Kolbenschiebern bewegt, die zwischen Stator und Gehäuse dichtend eingepaßt sind. Die zwischen dem elliptischen Stator und kreisrunden Rotor entstehenden Arbeitskammern dienen zum Ansaugen und Kompri mieren des Arbeitsmediums.

Die zwischen dem kreisrunden Rotor und elliptischen Gehäuse entstehenden Arbeitskammern dienen der Expansion und dem Ausstoßen des Arbeitsmediums.

Eine Verbindung der Arbeitskammern Kompression-Expansion wird durch einen Überströmkanal hergestellt, der sich in den Kolbenschiebern befindet, und der bei bestimmten Drehwinkel stellungen der Schieber geöffnet ist, bei anderen Stellungen geschlossen gehalten ist.

Bei dieser Rotationskolben-Brennkraftmaschine zeigt sich jedoch, daß zwischen dem Öffnen des Kanals und somit dem Überströmen des komprimierten Arbeitsmediums bis zum Schließen des Kanals und somit der Zündfreigabe des Arbeitsmediums eine geraume Zeitspanne liegt, in der das komprimierte Arbeitsmedium durch die erfolgte Drehbewegung und somit durch eine Vergrößerung der Expansionskammer bereits entspannt wird.

Weiterhin werden die Kolbenschieber durch die Verbrennung des Arbeitsmediums an derselben Stelle erhitzt, ohne daß ein Kühl takt die Verbrennungstakte unterbrechen würde, und ohne daß ein Kühlmedium an sie gelangen könnte.

Auch ist eine Kühlung des zwischen dem Stator und dem äußeren Gehäuse drehbar gelagerten Rotor nur mit sehr großem Aufwand realisierbar.

Einzubringende Schmiermittel, die für das Abdichten und Schmieren der Kolbenschieber gegen die beiden Statorlaufbahnen und gegen die Gleitbahn der Schieber im Rotor unerläßlich sind, werden zwangsläufig der Verwendung zugeführt und müssen kontinuier lich erneuert werden.

Es zeigte sich jedoch, daß gerade verbrannte Schmiermittel die Umwelt ganz besonders belasten.

Des weiteren wäre festzustellen, daß die in der US-PS 36 82 143 dargelegte Führung der Kolbenschieber nicht geeignet erscheint, Kippbewegungen, die infolge der auf die Kolbenschieber wirkenden Kräfte auftreten, zu vermeiden. Diese Kippbewegungen gestalten jedoch das Abdichten der Schieber innerhalb des kreisrunden Rotors problematisch, da die Dichtleisten verkanten und ihre Dichtwirkung verlieren würden.

Durch die US-PS 38 20 513 ist weiterhin eine Rotationskolben- Brennkraftmaschine bekannt, die ein äußeres, feststehendes kreisrundes Gehäuse mit beweglichen Widerlagerschiebern und zwei im Innern rotierende elliptische Rotoren mit in sich rotierenden Drehschiebern aufweist.

Beide Rotoren sind durch eine Wand getrennt.

Arbeitskammern werden zwischen den Widerlagerschiebern und der stark gekrümmten Seite der elliptischen Rotoren gebildet, wobei der eine Rotor das Arbeitsmedium ansaugt und verdichtet, der andere Rotor das Arbeitsmedium entspannt und ausstößt. Je ein, in jeder der stark gekrümmten Seiten der elliptischen Rotoren befindlicher, um seine eigene Achse rotierender, in drei Kammern unterteilter Drehschieber verbindet die beiden Rotoren in der Weise, daß der rotierende Drehschieber auf der einen Rotorseite gerade den Einlaßkanal einer Drehschieber kammer schließt, wenn er auf der anderen Rotorseite den Aus laßkanal derselben Drehschieberkammer freigibt, um das un mittelbar vorher eingebrachte Arbeitsmedium zu verbrennen. Bei dieser Rotationskolben-Brennkraftmaschine handelt es sich um einen "Innenläufer" und nicht um einen "Außenläufer".

Eine Verbindung ergibt sich jedoch durch das Konstruktions merkmal des Drehschiebers, nicht jedoch durch ein Funktions merkmal. In der US-PS 38 20 513 dient der Drehschieber aus schließlich dazu, das Arbeitsmedium aufzunehmen und von einer Rotorseite zur anderen zu leiten.

Dadurch entstehen jedoch neben den Überströmkanälen noch zu sätzliche Toträume.

Um eine Überschneidung der Einlaßkanäle auf der einen Rotor seite mit den Auslaßkanälen der anderen Rotorseite zu ver meiden, müssen die beiden Kanäle um einen Winkel von 120° auseinanderliegen.

Dies bedeutet jedoch, daß die um 120° versetzten, in die Arbeitskammern mündenden Kanäle beträchtliche Toträume ver ursachen, die sich negativ auf die Leistungsmöglichkeit dieser Kreiskolben-Brennkraftmaschine auswirken.

Ein notwendigerweise einzubringendes Schmiermittel für das Abdichten und Schmieren der Rotorgleitbahnen und der Dreh schiebergleitbahn verbrennt während des Betriebes.

Eine Kühlung des um seine eigene Achse rotierenden Drehschiebers ist nur schwer realisierbar. Auch die Kühlung des Rotors ist nur mit großem technischen Aufwand möglich.

Eine Kühlung ist jedoch umso dringlicher, als die Verbrennung immer auf derselben Rotorseite stattfindet und eine Kühlung durch das angesaugte Arbeitsmedium auf gerade dieser Rotorseite nicht zustandekommt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der Rotationskolben-Brennkraftmaschine als Außenläufer zu nützen und ihn derart zu gestalten, daß ein Langzeitbetrieb bei verbesserter Verbrennung und Kühlung sowie Schmierung, ohne daß das Schmiermittel verbrennt, gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Motor durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es ist vorgesehen, daß dem Auslaßkanal zwei Ableitungen und dem Einlaßkanal zwei Zuleitungen zugeordnet sind, die jeweils einzeln durch eine Steuerscheibe mit dem jeweiligen Ein- und Auslaßkanal verbunden sind. Die beiden Zuleitungen, ebenso wie die beiden Ableitungen, werden jeweils nach einer 180° Drehung des äußeren Rotors in wechselnder Folge mit dem Ein- und Auslaßkanal angeschlossen, so daß entsprechend dem je weiligen durch die Zuleitungen strömenden Medium einmal ein Arbeitsmedium das andere Mal ein Schmier- und Kühlmittel in Form eines Ölnebels in die jeweilige Kammer einströmt bzw. durch die Ableitungen aus der jeweiligen Kammer ausströmt. Hierdurch wird erreicht, daß jeweils zwei sich gegenüber liegende Kammern für das bekannte Viertaktsystem Verwendung finden. Es findet also das Ansaugen des Gasgemisches, Ver dichten desselben, Expansion (d. h. Arbeit durch Zündung) letztlich Ausstoß des verbrauchten Gasgemisches statt, während die beiden verbleibenden Kammern die Kühlung und Schmierung der Dichtungsstellen und aller Gleitflächen der Kammer, ebenfalls im Viertaktsystem durchführen. Nach dem Ansaugen des Ölnebels wird beim Verdichten desselben der Ölnebel in einem Zwischenspeicher, in Form eines Drehschiebers, leicht komprimiert, ferner expandiert, wodurch die Gleitflächen einer weiteren Kammer gekühlt und geschmiert werden. Letztlich erfolgt das Ausstoßen des verbliebenen Ölnebels, der über den Auslaßkanal und der entsprechenden Ableitung zur Wiederverwen dung abgeleitet wird. Der Motor arbeitet somit in zwei verschiedenen, voneinander getrennten 4-Taktsystemen gleichzeitig, die einmal dem Kühl- und Schmiervorgang, zum anderen unmittelbar der motorischen Arbeit bzw. Leistung dienen. Weiterhin sollen die Kolbenschieber vorzugsweise oszillierend in dem äußeren Rotor gelagert und durch Labyrinthabdichtungen gegen die Druckdifferenz beidseitig des Rotors abgedichtet sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Rotationskolben-Brenn kraftmaschine mit drehbarem äußeren Rotor,

Fig. 2 einen schematisierten Querschnitt entsprechend Fig. 1 mit 8 verschiedenen Darstellungen I bis VIII.

Die Teile der Rotationskolben-Brennkraftmaschine sind wie folgt bezeichnet:

1 Kolbenschieber, gelagert im äußeren Rotor 12
1 a Dichtung
1 a′ Gleitfläche der Dichtung
2 Führung der Kolbenschieber
3 Einlaßkanal für Luft bzw. Gasgemisch oder Ölnebel
3 a Einlaßkanal für Luft bzw. Gasgemisch oder Ölnebel
4 Auslaßkanal für Luft bzw. Gasgemisch oder Ölnebel
4 a Auslaßkanal für Luft bzw. Gasgemisch oder Ölnebel
5 a Zuleitung für Luft bzw. Gasgemisch
5 b Zuleitung für Ölnebel
6 a Ableitung für Luft bzw. Gasgemisch
6 b Ableitung für Ölnebel
7 Steuerscheibe
8 Labyrinthdichtung
9 Abtriebswelle, sowie Antriebswelle für Drehschieber und Steuerschieber
10 innerer Stator (feststehend)
11 feststehender Steuerring
12 äußerer Rotor (Drehkörper)
13 Drehschieber mit Hohlräumen a ₁, b ₁, c ₁, d ₁
a, c Arbeitskammer, in der die 4 Arbeitstakte erfolgen
b, d Arbeitskammer, in der die 4 Schmiertakte erfolgen
a ₁, b ₁, c ₁, d ₁ Hohlräume im Drehschieber 13

Das wesentliche Merkmal der erfindungsgemäßen Rotationskolben- Brennkraftmaschine ist darin zu sehen, daß jede zweite Arbeits kammer nach dem Ansaugen des Gasgemisches Ölnebel ansaugt. Zu diesem Zweck sind zwei Zuleitungen 5 a, 5 b und entsprechen zwei Ableitungen 6 a, 6 b vorgesehen. Die Kammer a ist nach Fig. 2/I in ihrer vollen Größe mit Luft ggf. Luft gasgemisch gefüllt, dementsprechend ist auch die gegenüberliegende Arbeitskammer c nach erfolgtem Arbeitstakt mit Rauchgas gefüllt. Die Kammer d, die zunächst mit Ölnebel gefüllt war, um alle Gleitflächen hauchdünn zu schmieren, hat diesen voll in den Hohlraum b ₁ ggf. d ₁ des Drehschiebers leicht komprimiert und die Kammer b hat den in ihr befindlichen Ölnebel voll über den Auslaßkanal 4 und die Ableitung 6 b zur Wiederverwendung ausgestoßen, ohne daß der Ölnebel verbrannt wurde, so daß in der genannten Darstellung die Kammern b und d räumlich nicht vorhanden sind. Fig. 2/II zeigt nach einer 90°-Drehung des äußeren Rotors, daß durch die Kammer a die Kompression und die Beförderung der Luft bzw. des Luftgasgemisches in den Hohlraum a ₁ des Dreh schiebers 13 erfolgt, während die Kammer b Ölnebel ansaugt, die Kammer c Rauchgas ausstößt und in die Kammer d Ölnebel aus den Hohlräumen b ₁ oder d ₁, die vorzugsweise zu einem Hohl raum zusammengefügt sein können, einströmt.

Nach insgesamt 180° Drehung des äußeren Rotors ergibt sich aus Fig. 2/III folgendes Bild: Nach voll durchgeführter Kompression und Rauchgasausstoß sind die Räume der Kammern a und c am oberen und unteren Scheitel der ovalen Bahn kurzzeitig Null, d. h. nicht vorhanden, während in Kammer b der Ölnebel voll angesaugt und in Kammer d der Ölnebel voll expandiert worden ist. Nach ins gesamt 270° Drehung ergibt sich aus Fig. 2/IV folgende Dar stellung: Aus dem Hohlraum c ₁ des Drehschiebers 13 strömt die komprimierte Luft, bzw. das Luftgasgemisch in die Kammer a ein. Durch Zündung erfolgt in bekannter Weise die Verbrennung und damit der Arbeitstakt. Hierbei ist unbeachtlich, ob der Brenn stoff, wie bei den Hubkolbenmotoren, durch Vergaser oder durch Einspritzpumpe in die Kammer a gelangt. Während des Arbeits taktes in Kammer a wird aus der Kammer b der Ölnebel in die Hohlräume b ₁ und d ₁ des Drehschiebers unter leichter Kompression gedrückt, die Luft und dergleichen in die Kammer c angesaugt und der Ölnebel aus der Kammer d ausgestoßen. Nach einer Drehung von 360° des äußeren Rotors 12 wiederholen sich die Takte ent sprechend Fig. 2/V bis VIII, wobei Kammer a und c sowie Kammer b und d ihre Funktionen vertauschen, bis der Rotor 12 sich volle zweimal um den Mittelpunkt, also um 720° gedreht hat. Sodann arbeitet der Motor von neuem in der gleichen Weise, wie in Fig. 2/I bis VIII dargestellt.

Claims

1. Rotationskolben-Brennkraftmaschine mit Kolbenschiebern, die in einem kreisförmigen äußeren Rotor gelagert sind und mit einem inneren, oval geformten Stator, in dem Ein- und Aus laßkanäle für ein Arbeitsmedium angeordnet sind, im Hubein griff stehen und zwischen Stator und Rotor Arbeitskammern bilden, wobei die sich einander gegenüberliegenden Kolben schieber auf einer ovalen Bahn des Stators dichtend gleiten und durch einen feststehenden, im konstanten Abstand zu den Krümmungen der ovalen Bahn angeordneten Steuerring ge führt sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Stator (10) ein Dreh schieber (13) vorgesehen ist, der mit der halben Drehzahl des Rotors (12) und entgegen dessen Drehsinn angetrieben ist und der bei einer Anordnung von zwei Kolbenschiebern (1) im Rotor vier Kammern (a ₁, b ₁, c ₁, d ₁) aufweist, die intermittierend jeweils mit den entsprechenden Arbeitskammern (a, b, c, d) in Verbindung stehen, wobei zwei Kammern (a ₁, c ₁) jeweils das hochverdichtete Arbeitsmedium und zwei weitere Kammern (b ₁, d ₁) jeweils ein leicht verdichtetes Schmier- und Kühlmittel enthalten.

2. Rotationskolben-Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Einlaßkanal (3) zwei Zuleitungen (5 a, 5 b) und dem Auslaßkanal (4) zwei Ableitungen (6 a, 6 b) zugeordnet sind, die jeweils einzeln durch eine Steuer scheibe (7) mit dem jeweiligen Ein- und Auslaßkanal ver bunden sind.