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Drehkol benverbrennungsmotor
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Dies Erfindung betrifft einen Drehkolbenverbrennungsmotor mit minciestens
einem Arbeitsraum mit mindestens einem Abgasauslats, einem Verbrennungslufteinlaß,
einem Treibstoffeinlaß und einer Einrichtung zur Auslösung des Verbrennungsvorganges.
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Drehkolbenverbrennungsmotoren sind bekannt beispielsweise durch den
sogen. Wankel-Motor. Solche bekannten Motoren weisen jedoch den Nachteil auf, daß
sie einen kompliziert gestalteten (trochoidförmigen) Arbeitsraum benötigen und hierdurch
unrund laufende Massen (Drehkolben) erforderlich machen.
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ber Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Drehkolbenverbrennungsmotor
der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, dessen Arbeitsraum einfacher gestaltet
ist und damit fertigungstechnisch besser beherrschbar ist und der außerdem keine
unrund laufenden Massen aufweist und somit die damit verbundenen Drehzahlbeschränkungen
und Vibrationen vermeidet.
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Nach der Erfindung ist diese Aufgabe gelöst durch einen kreiszylindrischen
Arbeitsraum, in welchem zwei den Arbeitsraum radial je in zwei Hälften teilende
und sich je über die Länge des Arbeitsraumes erstreckende Drehflügel koaxial zueinander
und zur Zylinderachse um diese und in einem begrenzten Winkel relativ zueinander
nur in einer und für beide Drehflügel gleichen Drehrichtung drehbar angeordnet sind,
wobei beide Drehflügel Uber ein in Drehrichtung der Drehflügel sperrendes Gesperre
mit einer koaxial angeordneten Antriebswelle verbunden sind. Der kreiszylindrische
Arbeitsraum ist sehr einfach herstellbar. Die hierzu koaxiale Anordnung der Drehflügel
ermöglicht eine exakt ausgeglichene Massenverteilung.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die
Drehflügel so geformt sind, daß sie in einer Drehwinkellage den Abgasauslaß abdecken.
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Durch diese Gestaltung wird erreicht, daß keine Abgase angesaugt werden
können. Hierzu müssen die Drehflügel lediglich entsprechend dick gestaltet oder
z.B. mit einer Abdeckschürze ausgerüstet sein.
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Das Prinzip des Drehkolbenverbrennungsmotors nach der Erfindung soll
anhand der beigefügten Zeichnungen nun näher erläutert werden.
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Es zeigen Figur 1 Querschnitt durch den Arbeitsraum des Motors am
Ende eines Arbeitsspiels Figur 2 Querschnitt nach Figur 1 zu Beginn eines Arbeitsspiels
Figur 3 Querschnitt nach Fig. 1 während des Arbeitsspiels Figur 4 Viertelschnitt
I-I nach Figur 1.
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Ein Zylinder 14 weist einen kreiszylinderförmigen Arbeitsraum 1 auf,
welcher einerseits durch einen Zylinderboden 15 und andererseits durch einen Zylinderdeckel
16 abgeschlossen ist. Im Inneren dieses Arbeitsraumes 1 sind koaxial zur Zylinderachse
8 zwei Drehflügel 6 und 7 angeordnet. Die Drehflügel 6 und 7 bestehen je aus Flügelteilen
F 2 und F 4 bzw.
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F 1 und F 3. Die Flügelteile F 1 und F 3 des Drehflügels 7 sind auf
einer Nabe 17 und die Flügelteile F 2 und F 4 des Drehflügels 6 sind auf einer Nabe
18 angeordnet. Die Naben 17 und 18 sind über Gesperre 11 bzw. 12 mit einer Abtriebswelle
13 verbunden. Die Naben 17 und 18 weisen außenliegende Lagersitze 21 bzw. 22 auf,
auf denen wiederum Gesperre 23 bzw. 24 angeordnet sind, welche sich andererseits
in Lagerbohrungen 19 bzw 20 des Zylinderbodens 15 bzw. des Zylinderdeckels 16 abstützen.
Die Gesperre 11 und 12 sperren hierbei in umgekehrter Drehrichtung wie die Gesperre
23 und 24. Uber Lagerdeckel
25 und 26 wird der gesamte innere Aufbau
in axialer Richtung fixiert.
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Die koaxial zueinander angeordneten Drehflügel 6 und 7 unterteilen
den kreiszylinderischen Arbeitsraum 1 in 4 Sektoren.
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Diese 4 Sektoren müssen in jeder Drehstellung ausreichend gegeneinander
abgedichtet sein.
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Im folgenden soll nun die Arbeitsweise des Motors nach dem Ausführungsbeispiel
beschrieben werden.
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In der Drehstellung nach Fig. 1 ist der Drehflügel 6 in Richtung des
Pfeils 10 um seinen größtmöglichen Winkel 9 relativ zum Drehflügel 7 verdreht. In
dieser Stellung schließen die Flügelteile F 1 und F 4 den kleinstmöglichen Raum
zum Ausstoßen des Abgases und die Flügelteile F 2 und F 3 den kleiristmöglichen
Kompressionsraurn zum Komprimieren des Verbrennungsluft-Gasgemisches ein. Die Drehflügel
6 und 7 oder wahlweise deren Naben 17 bzw. 18 sind so ausgebildet, daß sie in dieser
Drehstellung an geeigneten Flächen aneinander liegen, sodaß spätestens jetzt der
Drehimpuls, der dem Drehflügel 6 aus dem gerade abgelaufenen Arbeitsspiel erteilt
wurde, auch den Drehflügel 7 in Richtung des Pfeiles 10 weiterdreht. Dies bedeutet
also, daß nunmehr beide Drehflügel 6 und 7 gleichzeitig und gleichsinnig in Richtung
des Pfeiles 10 gedreht werden.
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Hierbei erreichen sie eine Drehstellung nach Fig. 2. In dieser Drehstellung
erfolgt über die Einrichtung 5 zur Auslösung des Verbrennungsvorganges die Zündung
durch einen Zündfunken. Der nunmehr durch die nachfolgende Verbrennung im Kompressionsraum
ansteigende Druck will den Drehflügel 7 in Richtung des Pfeiles 10 und den Drehflügel
6 in umgekehrter Drehrichtung drehen. Der Drehflügel 6 und das Gesperre 24 sind
auf der Nabe 18 angeordnet und über die Lagerbohrung 20 des Zylinderdeckels 16 mittels
des Gesperres 24 mit dem Zylinder 14 verbunden. Das Gesperre 24 -ebenso wie auf
der anderen Seite das Gesperre 23- sperrt die zum Pfeil 10 umgekehrte Drehrichtung.
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Dies bedeutet für die Ausgangssituation nach Fig. 2, daß der Drehflügel
6 dem von der Verbrennung herrühenden ansteigenden
Druck nicht ausweichen
kann. Der auf der Nabe 17 angeordnete Drehflügel 7 hingegen kann in Richtung des
Pfeiles 10 drehen, weil das Gesperre 23 diese Drehrichtung freigibt. Das in der
Nabe 17 angeordnete Gesperre 11 hingegen sperrt diese Drehrichtung, sodaß hierdurch
die Abtriebswelle 13 -wie gewünschtgedreht wird. Der Drehflügel 6 steht also still,
während der Drehflügel7 sich in Richtung des Pfeiles 10 dreht. Durch diese Drehbewegung
vergrößert sich jedoch der von den Flügel teilen F 4 und F 1 eingeschlossene Raum,
sodaß hier ein Unterdruck entsteht und damit durch den Verbrennungslufteinlaß 3
-der im Ausführungsbeispiel gleichzeitig Treibstoffeinlaß 4 istein Treibstoff-Luftgemisch
angesaugt wird.
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Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, schließen die Flügelteile F
1 und F 2 einen Raum ein, der bei dem Arbeitsspiel nach Fig. 1 bereits ein Treibstoff-Luftgemisch
angesaugt hat.
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Durch die Drehrichtung des Drehflügels 7 in Richtung des Pfeiles 10
wird dieser von den Flügel teilen F 1 und F 2 eingeschlossene Raum immer kleiner,
sodal3 hier das Treibstoff-Luftgemisch komprimiert wird. Eine Mittelstellung dieses
Vorganges ist in Fig. 3 dargestellt. Schließlich ist die Drehbewegung des Drehflügels
7 in Richtung des Pfeiles 10 an ihrem durch den Winkel 9 gekennzeichneten Maximalwert
angekommen.
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Der Arbeitsdruck ist durch die Vergrößerung des Arbeitsraumes stark
abgefallen und durch die Kompression der Druck in Richtung des Drehpfeiles 10 auf
den Flügelteil F 2 stark angestiegen. Unmittelbar mit oder ganz kurz vor Erreichen
der Grenzwinkellage des Winkels 9 wird also durch die Kompression auf den Flügelteil
F 2 der größte Druck ausgeübt, während gleichzeitig der Flügelteil F 3 den Abgasauslaß
2 öffnet.
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Hierdurch bricht der Arbeitsdruck zusammen und bereits der Kompressionsdruck
treibt den Flügelteil F 2 vorwärts bis wieder eine Drehlage erreicht ist, die der
der Fig. 2 entspricht.
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Nach erfolgter Zündung bleibt nunmehr der Dret'flügel 7 stehen, während
der Drehflügel 6 von dem Flügelteil F 2 in Richtung des Pfeiles 10 gedreht wird.
Diese Drehrichtung wird von dem Gesperre 24 freigegeben. Das Gesperre 12 hingegen
sperrt diese
Drehrichtung, sodaß die Welle 13 nunmehr vom Drehflügel
6 angetrieben wird. Es erfolgt somit ein kontinuierlicher Drehantrieb der Abtriebswelle
13.
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Ln den Figuren 1 - 3 ist eine stark vereinfachte Darstellung gewählt,
bei welcher die erforderlichen Einlaß- und Auslaßöffnungen direkt in der Wandung
des Zylinders 14 angeordnet sind. Für die Funktion des Motors ist dies nicht erforderlich.
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Fertigungstechnisch günstiger ist die Anordnung dieser Öffnungen beispielsweise
im Zylinderdeckel, wie dies nach Fig. 4 dargestellt ist.
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Im Ausführungsbeispiel ist ein Ansaugmotor mit Yremdzündung beschrieben.
Es ist hierbei nicht erforderlich1 daß die Zündkerze einen Zündfunken in einem ganz
bestimmten Moment abgibt. Es reicht vielmehr völlig aus, wenn diese Zündkerze kontinuierlich
Funken abgibt, sodaß eine aufwendige Zündanlage und die dazugehörige Steuereinrichtung
entfallen kann.
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lurch die Drehbewegung der Drehflügel ist eine Zündung des trennbaren
Gemisches immer nur dann möglich, wein sie für die Punktion des Motors auch richtig
ist.
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Der Motor nach der Erfindung kann jedoch auch als Selbstzünder -also
nach dem Dieselprinzip- ausgeführt werden. lierzu ist lediglich erforderlich, Verbrennungslufteinlaß
3 und 'rreibstoffeinlaß 4 zu trennen. Es darf durch den Einlaß 3 nur noch Verbrennungsluft
eintreten. Die Einrichtung 5 zur Auslösung des Verbrennungsvorgariges ist dann keine
Zündkerze mehr sondern eine mit einer Einspritzpumpe verbundene Einspritzdüse. Der
Arbeitsablauf des Motors ist dann genau so wie bereits beschrieberl. Es erfolgt
lediglich in der Drehwinkellage der Drehflügel nach Fig. 2 nicht die Zündung durch
einen Funken sondern durch den Einspritzvorgang. Bei der nach dem Dieselprinzip
arbeitenden Variante muß allerdings darauf geachtet werden, daß der Einspritzvorgang
in der richtigen Drehwinkellage erfolgt.
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Der beschriebene Drehkolbenverbrennungsmotor zeichnet sich aus durch
einen überschaubaren, unkomplizierten Aufbau, sehr einfach herzustellenden Dichtflächen
und vollkommen ausgeglichener Massenverteilung aller drehenden Massen.
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Liste der verwendeten Bezugszeichen 1 Arbeitsraum 2 Abgasauslaß 3
Verbrennungslufteinlaß 4 Treibstoffeinlaß 5 Einrichtung zur Auslösung des Verbrennungsvorganges
6 Drehflügel 7 Drehflügel 8 Zylinderachse 9 Winkel 10 Pfeil 11 Gesperre 12 Gesperre
13 Abtriebswelle 14 Zylinder 15 Zylinderboden 16 Zylinderdeckel 17 Nabe 18 Nabe
19 Lagerbohrung 20 Lagerbohrung 21 Lagersitz 22 Lagersitz 23 Gesperre 24 Gesperre
25 Lagerdeckel 26 Lagerdeckel F 1 Flügelteil F 2 Flügelteil F 3 Flügelteil F 4 Flügelteil
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